Исследования физических явлений, определяющих прохождение звука через конструкции с резонансными системами

• Автор: Лазарев, Леонид Анатольевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Краткий обзор работ по методам повышения звукоизолирующей способности конструкций с помощью резонансных систем.
Цель работы
1.1. Краткий обзор
1.2. Цель работы
Глава 2. Основные физические явления, определяющие эффекты повышения звукоизолирующей способности панелей с резонансными системами
2.1. Расчетная модель панели с системой резонаторов
2.2. Резонаторы, возбуждаемые звуковым давлением
2.3. Резонаторы, возбуждаемые через колебания панели
2.4. Резонаторы с комбинированным возбуждением
2.5. Наклонные и перевернутые компенсаторы
2.6. Двусторонние резонаторы...............;...,
Глава 3. Исследования резонансных систем на основе эквивалентных
представлений
3.1. Анализ матриц перехода
3.2. Классификация резонансных систем по реализуемому эффекту
3.3. Эквивалентная схема для компенсаторов
Глава 4. Резонансные системы в составе слоистой конструкции
4.1. Соотношения для оценки эффективности резонансных систем
в составе слоистой конструкции
4.2. Мягкие и жесткие отражатели в составе двустенной конструкции
4.3. Компенсаторы в составе двустенной конструкции
4.4. Двустенная конструкция, связанная с акустическим объемом
Глава 5. Резонансные системы в составе слоистой оболочки
5.1. Математическая модель слоистой оболочки с резонансными элементами
5.2. Анализ влияния панели с резонансными элементами на уровень звукового давления внутри слоистой оболочки
5.3. Расчетные исследования эффективности резонансных систем
Выводы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Проблемы снижения шума методами повышения звукоизолирующей способности ограждающих конструкций являются актуальными и во многих случаях не решенными по настоящее время. Особенно острыми становятся эти проблемы, когда в спектре изолируемого шума доминируют низкочастотные составляющие.
При ограничениях на массу и габариты звукоизолирующих конструкций в области низких частот неэффективно применение традиционных методов повышения звукоизолирующей способности (добавление слоев звуко- и вибропоглощающих материалов и др.). Следовательно, создание высокоэффективных в области низких частот звукоизолирующих конструкций требует разработки и применения качественно иных методов и схем.
В настоящее время бурно развиваются активные методы борьбы с шумом, позволяющие существенно повлиять на акустические свойства звукоизолирующей конструкции. Однако, во многих случаях может быть более рационально применение пассивных методов, не требующих использования сложных электроакустических систем.
В случаях, когда в спектре изолируемого шума доминируют узкополосные или дискретные составляющие, задача создания высокоэффективных звукоизолирующих конструкций может быть решена с помощью резонансных систем, настроенных на необходимую частоту. Резонансные системы способны существенно изменить акустические свойства конструкции в узкой полосе частот.
Резонансные системы, применяемые для звуко- и вибропоглощения хорошо изучены и давно применяются в практике. Существует большое число публикаций, посвященных изучению акустических и механических резонансных элементов разного типа, используемых для звукопоглощения и ослабления вибраций. Количество же аналогичных работ, ориентированных на проблему повышения звукоизолирующей способности, весьма ограничено.
Для создания высокоэффективных звукоизолирующих конструкций и значительного снижения уровней звука в конкретных ситуациях необходимо представлять принципиальные возможности резонансных систем разных типов, уметь выбрать наиболее эффективный тип системы и подобрать для него оптимальные параметры. Для этого требуется ясное понимание физических явлений, определяющих эффекты увеличения звукоизолирующей способности.
Однако, насколько можно судить по имеющимся публикациям, в настоящее время нет требуемого понимания физических явлений. Нет полного и целостного описания акустических свойств панелей с резонансными системами разных типов.

Недостаточно выяснено, как ведут себя резонансные системы в составе многослойных конструкций и более сложных систем, которые сами обладают явно выраженными резонансными свойствами.
В диссертации изучаются акустические свойства панелей с резонансными системами разных типов, выясняются основные физические эффекты, определяющие резонансное повышение звукоизолирующей способности. На основе понимания физических процессов, сопровождающих прохождение звуковых колебаний через конструкцию, проводится четкая классификация резонансных систем. Разрабатывается метод аналогий и эквивалентных представлений для панелей с резонансными системами, существенно облегчающий понимание и анализ влияния резонансных систем на прохождение звука. Исследуются резонансные системы в составе многослойных конструкций и конструкций, ограничивающих акустический объем. На примере рассмотрения резонансных систем в составе слоистой звукоизолирующей конструкции, расположенной на цилиндрической оболочке, показаны особенности взаимодействия резонаторов с оболочкой и с акустическим объемом.
Работа состоит из пяти глав. Первая глава представляет собой краткий обзор работ, посвященных повышению звукоизолирующей способности с помощью резонансных систем, а также работ, в которых описаны системы, которые можно в принципе использовать в целях повышения звукоизолирующей способности. Во второй главе рассматриваются разные типы резонансных систем, выявляются основные физические эффекты повышения звукоизолирующей способности. Третья глава посвящена обобщенному описанию резонансных систем, их классификации, а также описанию эквивалентных представлений и физических аналогий. В четвертой главе исследуются особенности работы резонансных систем в составе многослойных конструкций. В последней, пятой главе, на примере рассмотрения поля в слоистой цилиндрической оболочке изучаются особенности работы резонансных элементов в составе упруго-акустических систем, обладающих резонансными свойствами, а также влияние акустической среды в замкнутом объеме на эффективность резонаторов.
Автор выражает благодарность Б.М. Ефимцову за научное руководство работой.

Эквивалентность двух систем означает, что они неотличимы с акустической точки зрения, т.е. на всех частотах совпадают их матрицы перехода и, как следствие, совпадают коэффициенты прохождения, поглощения, отражения.
В связи с эквивалентностью двусторонних резонаторов с одинаковыми площадями отверстий жестким отражателям условимся называть их двусторонними жесткими отражателями (НЯ2).
В качестве параметров двустороннего жесткого отражателя можно использовать площадь взаимодействия ах,о2 --ах и отношение поверхностных масс материалов из которых изготовлены части панели:
у="±/^. (2.57)
а, / <х
Массы тх,т2 выражаются через параметры сг,у следующим образом:
;т2 =М г- . (2.58)
<т2 +<7У а2+аху
Массы эквивалентной панели с виброгасителями выражаются таким образом:
М'р= М/{(а2 + сг, г)(о-2 + сг, / /)); т' = М'рсгсг2 {у - 2 +1 /у).
Из выражения (2.59) видно, что изменение площади <гх на сг{ = 1 - ох или изменение параметра у на у’ = /у не меняет параметры эквивалентного жесткого отражателя. Одновременная замена <г[ = -оху' = ! у является просто результатом замены индексов 1 и 2. Следовательно для любой панели с системой виброгасителей существует пара эквивалентных двусторонних жестких отражателей.
Рис.2.24. Зависимость параметров эквивалентной панели с виброгасителями от параметров двустороннего жесткого отражателя.