Теоретические основы распространения и гашения шума

(по материалам д.т.н. Б.М.Румянцева)

 

Создание и эффективное применение звукопоглощающих материалов базируется на закономерностях, отражающих распространение звуковых волн:

- в воздухе;

- при переходе из воздуха в поглощающий материал;

- в толще поглощающего материала.

Распространение звуковых волн в воздухе

Звук – это упругие волны, распространяющиеся в газах, жидкостях и твердых телах и воспринимаемые ухом человека.

Основными характеристиками звуковой волны являются звуковое давление (Р) и частота колебаний (f).

Звуковое давление Р зависит от характера источника шума. Измеряется в децибелах (дБ).

Звуковые волны в слышимом диапазоне имеют звуковое давление Р от 2×10^-5 дб (порог слышимости) до 2×10¹ дб (болевой порог).

Частота колебаний звуковой волны выражается периодом колебаний в секунду: где Т – период колебаний, измеряется в герцах (Гц).

По частоте звуковые колебания делятся на:

- низкие частоты (16-500 Гц);

- средние (500-1000 Гц);

- высокие (1000-4000 Гц и выше).

Человеческое ухо лучше приспособлено к восприятию звковых колебаний на средних частотах.

Скорость распространения звуковых волн определяется средой. Так, например, скорость звука (v) в воздухе около 340 м/с, в воде – 1450 м/с, в кирпичной кладке – 2000 м/с, в бетоне – 4000 м/с.

Прохождение звуковой волны из воздуха в материал

В месте контакта звуковой волны с преградой имеет место частичное отражение и поглощение звуковой энергии.

Условие прохождения звуковой волны из воздуха в материал характеризуется входным импедансом (Z) (полное сопротивление) поглощающей поверхности

(10.2)

где Р – суммарное давление в падающей и отраженной волне;

v – колебательная скорость, равная разности скоростей в падающей и отраженной волне.

В акустике используют также безразмерный импеданс:

(10.3)

где W_o – волновое сопротивление воздуха.

Через безразмерный импеданс определяют коэффициент звукопоглощения α:

. (10.4)

Из этого уравнения следует, что между коэффициентом звукопоглощения (α) и безразмерным импедансом () существует тесная связь: так как при поверхность ограждающего (шумопоглощающего) материала полностью поглощает все падающие на нее звуки (α = 1). В этом случае входной импеданс равен волновому сопротивлению воздуха:

Z» W_o = r_в×с_в, (10.5)

где r_в – плотность воздуха;

с_в – скорость распространения звука в воздухе при нормальных условиях.

Знание коэффициента звукопоглощения (α) является важным и необходимым при разработке эффективных звукопоглощающих материалов.