Bariery akustyczne
W ciągu ostatniej dekady bariery akustyczne stały się kluczowym elementem w projektowaniu szerokiej gamy urządzeń, w tym głośników i mikrofonów. Mogą one znacząco obniżyć poziom dźwięku, jak również poziom pogłosu w pomieszczeniu. Ponadto mogą również poprawić jakość dźwięku w pomieszczeniu poprzez zapewnienie izolacji akustycznej. Bariery te mogą być wykonane z wielu różnych materiałów, w tym z tworzyw sztucznych, szkła i metalu. Istnieją również nowe techniki projektowania i wytwarzania tych barier. Obejmują one technologię modelowania komputerowego i wykorzystanie geometrii fraktalnej.
Ekrany akustyczne w kształcie litery Y
W celu zmniejszenia poziomu hałasu o niższych częstotliwościach zaproponowano bariery akustyczne w kształcie litery Y. Bariery te mają za zadanie blokować bezpośrednią drogę od źródła hałasu do odbiornika. Bariery te zostały przetestowane w kilku dziedzinach, w tym w łagodzeniu hałasu kolejowego.
Bariery te dzieli się zazwyczaj na dwie główne grupy. Pierwsza grupa posiada dyfuzory cylindrycznie zwieńczone i welurowane. Druga grupa nazywana jest barierą reaktywną, która posiada wnęki akustyczne. Bariery te nie są tak skuteczne jak pierwsza grupa przy niższych częstotliwościach.
Ogólnie rzecz biorąc, bariera przeciwhałasowa w kształcie litery Y okazała się skuteczna w redukcji poziomów hałasu o niższych częstotliwościach. Jednakże skuteczność bariery jest wątpliwa przy wysokich częstotliwościach.
Kilku badaczy próbowało poprawić skuteczność bariery akustycznej stosując materiały dźwiękochłonne. Wyniki tych badań były jednak niejednoznaczne. Niektóre bariery okazały się skuteczne przy wyższych częstotliwościach, podczas gdy inne wykazały jedynie umiarkowane tłumienie.
Warto również zauważyć, że najlepsza bariera przeciwhałasowa niekoniecznie jest najtańsza. Prosta konstrukcja, taka jak bariera odblaskowa, może być bardziej efektywna niż skomplikowany kształt.
Bariera dźwiękowa w kształcie litery Y była również badana pod kątem łagodzenia hałasu kolejowego. Naukowcy zaproponowali eksperymentalną barierę z górną powierzchnią pochłaniającą w kształcie litery Y i układem rur akustycznych. Ocenili skuteczność bariery poprzez pomiar poziomów hałasu „przed” i „po”.
Podpoziomowy szczelinowy ekran akustyczny (SSAS)
Spośród różnych ekranów przeciwhałasowych, jako alternatywę dla klasycznego ekranu akustycznego (AS) zaprojektowano szczelinowy ekran akustyczny (SSAS). Podstawowa konstrukcja ekranu składa się z dwóch rzędów sztywnych pikiet. Każdy rząd oddzielony był od następnego szczeliną powietrzną o długości 0,1 m.
Podstawowe parametry konstrukcyjne SSAS zostały dobrane tak, aby uzyskać maksymalne tłumienie przy częstotliwości 1000 Hz. Pikiety miały grubość 0,1 m i wysokość 1,8 m. Rozmieszczone były w sposób periodyczny o stałej sieciowej p = 0,35 m.
Wewnątrz szczelin zastosowano wyrafinowaną siatkę, aby uwzględnić drobne elementy na styku ciało stałe-powietrze. Rozmiar elementów siatki został ustalony na l/12. Używając metody nieliniowego dopasowania najmniejszych kwadratów, zoptymalizowano akustyczny wzór dyfrakcyjny ekranu. Pola akustyczne zostały obliczone i wyeksportowane do dalszego przetwarzania.
Akustyczny wzór dyfrakcyjny jest produktem transmisji bezpośredniej i wtórnych rozproszeń z pozostałych szczelin. Akustyczne wzory dyfrakcyjne zostały scharakteryzowane za pomocą anomalii Wooda. Anomalia Wooda to pik tłumienia dźwięku w dziedzinie częstotliwości. Jest ona widoczna przy 971 Hz i 1942 Hz, natomiast nie jest wyraźna przy 1500 Hz i 800 Hz. Zjawisko to wynika z interferencji rezonansu Fabry-Perota z falą dźwiękową.
Tłumienność wtrąceniowa (IL) jest wskaźnikiem używanym do wyrażenia tłumienia akustycznego. IL ma ostry szczyt przy 1500 Hz, który jest związany z destrukcyjną interferencją pomiędzy nieparzystymi i parzystymi trybami Fabry-Perota.
Trójkąt Sierpińskiego
Opisany przez Leonarda da Vinci, trójkąt Sierpińskiego był używany przez wiele dekad do opisywania barier tłumienia akustycznego. Trójkąt Sierpińskiego jest fraktalem opartym na trzech punktach, które tworzą kąt 120 stopni. Trójkąt jest skonstruowany poprzez przeskalowanie trójkąta równobocznego o jedną połowę.
Jest to stosunkowo prosty wzór fraktalny, ale proces wzrostu jest nieco bardziej skomplikowany. Trójkąty Sierpińskiego są tworzone przez wstępnie uformowaną strukturę nukleującą. Zapewnia to deterministyczny wynik i służy jako wejście do obliczeń.
Trójkąt Sierpińskiego może być wygenerowany przy użyciu wielu różnych metod. Może być wygenerowany przy użyciu innego modułu lub innego zestawu przekształceń. Ma też pewne ciekawe własności topologiczne.
Trójkąt Sierpińskiego można również stworzyć poprzez przeskalowanie trójkąta równobocznego o ułamek. W ten sposób powstanie trójkąt Sierpińskiego, ale powstały wzór nie jest zbyt efektowny.
Prostsza wersja trójkąta Sierpińskiego jest tworzona przy użyciu struktury nukleacyjnej DAE-E lattice. Zestaw płytek DAE-E składa się z czterech płytek molekularnych. Zestaw ten został zaprojektowany tak, aby zminimalizować możliwość powstania alternatywnych struktur.
Poza Trójkątem Sierpińskiego, bariera tłumienia akustycznego pokazuje, jak planarna soczewka oparta na geometrii fraktalnej może być zaimplementowana w elektromagnetyzmie i optyce. Bariera akustyczna oferuje również zaskakująco szczegółową analizę transmisji fal akustycznych.
Geometrie fraktalne
Różne rodzaje geometrii fraktalnych znalazły zastosowanie w różnych naukach. Geometria fraktalna została wykorzystana do badania cech architektonicznych, procesów rozwoju patologicznego oraz parametrów wymiarowych komórek i tkanek. Geometrie fraktalne mają nieregularne kształty i są spotykane w przyrodzie.
Geometria fraktalna została zastosowana do barier tłumiących fale akustyczne. Wykorzystanie fraktali pozwoliło naukowcom na opracowanie nowych struktur, które redukują niższe częstotliwości fal akustycznych. Struktury fraktalne powstają poprzez powtarzanie tego samego motywu w różnych skalach. Promienie rozpraszaczy są optymalizowane tak, aby zachodziły na siebie bandgapy każdej periodyczności. Proces ten pomaga zwiększyć dyfrakcję Bragga i zmniejsza rozmiar pasma tłumienia.
Geometrie fraktalne są nieregularne i mają nieintegralny wymiar fraktalny. Wymiar ten jest średnim wykładnikiem pola powierzchni obiektu. Jest on mierzony przez S(R) i może być wykorzystany do lokalizacji niektórych trybów akustycznych. Wymiar fraktalny większy niż 2.5 jest wymagany do lokalizacji modów akustycznych.
Urządzenie dźwiękochłonne składa się z podstawy ze strefą łamliwości i pustych elementów z wytłoczonymi wzorami. Urządzenie jest produkowane w różnych rozmiarach, w tym w małej rurze 315 mm. Zawiera również co najmniej jedno zagłębienie. Jego wymiary mieszczą się w zakresie od 1 cm do 50 cm.
Geometrie fraktalne zostały również zastosowane do ekranów tłumiących hałas. W ekranach tych utworzono szereg kryształów sonicznych. Wykorzystano w nich specjalny meta-materiał, który został zaprojektowany z symetrycznymi szczelinami.
Pomiar wartości szczytowej tłumienia dźwięku
Wykorzystanie solidnej bariery do tłumienia dźwięku jest skuteczną strategią zmniejszania poziomów hałasu. Jednak solidna bariera musi być wystarczająco duża, aby całkowicie zasłonić źródło hałasu. Bariera musi być również wystarczająco duża, aby zapobiec destrukcyjnym interferencjom.
Tłumienie akustyczne w lodzie zależy od ogólnych warunków środowiskowych panujących w lodowcu. Ma na nie wpływ również formowanie się i przepływ lodowca.
Tłumienie akustyczne w lodowcu może zmieniać się w zależności od temperatury i składu chemicznego. Ma na nie wpływ również proces rehydracji. Jednakże istnieje tylko kilka pomiarów in situ, które zostały wykonane dla różnych środowisk lodowcowych. Największe zmierzone długości tłumienia odnotowano dla częstotliwości pomiędzy 10 kHz a 30 kHz.
Najważniejszym mechanizmem jest relaksacja molekularna. Szybkość zmian tłumienia jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali. Szybkość zmian pozostaje niska przy częstotliwościach większych niż 1000 Hz. Jednakże, gdy długość fali staje się bardziej zbliżona do rozmiarów rozpraszacza, szybkość zmian maleje do kwadratu częstotliwości.
Oprócz szybkości zmian, tłumienie pojedynczego fragmentu będzie również oscylować w funkcji częstotliwości. Oscylacje te mogą być spowodowane błędami w gęstości lub prędkości. Stąd przewidywana tłumienność wtrąceniowa będzie się różnić od zmierzonej.
Badanie miało na celu uzyskanie solidnych pomiarów tłumienia dźwięku w barierach akustycznych. Do prognozowania tłumienia dźwięku wykorzystano szereg różnych modeli tłumienia akustycznego.
Wykorzystując technologię modelowania komputerowego, opracowano bariery tłumiące hałas. Mogą to być okładziny metalowe o wysokiej izolacyjności akustycznej. Mogą one być stosowane w celu poprawy kontroli hałasu w środowisku. Mogą być również stosowane w pomieszczeniach o wysokich parametrach akustycznych.
Ekrany akustyczne zmniejszają poziom hałasu poprzez wysokość i redukują przenoszenie dźwięku. Zmniejszają one poziom hałasu o 3-7 dB w zależności od konstrukcji. Bariery przeciwhałasowe mogą być również stosowane w celu zastąpienia propagacji nad miękkim podłożem. Bariery przeciwhałasowe nie są jednak skuteczne w przypadku ekranowania nieruchomości w odległości od dróg. Dzieje się tak dlatego, że szczelina w barierze przeciwhałasowej spowoduje utratę transmisji o 9 dB.
Ekrany przeciwhałasowe mają również problemy podczas instalacji. Aby poprawić skuteczność akustyczną tych barier, konieczny jest dokładny monitoring podczas procesu instalacji. Ważne jest, aby zidentyfikować i wyeliminować nieszczelności.
Rozwój modeli teoretycznych jest jednym z podstawowych filarów akustyki. Pomaga to zrozumieć fizykę leżącą u podstaw nowych układów. Zostało to zrobione w niniejszej pracy. Jest to również praktyczne zainteresowanie naukowców zajmujących się ochroną środowiska.
W niniejszej pracy przeprowadzono symulację meta-materiału akustycznego przy użyciu oprogramowania COMSOL 5.3a. Symulacja meta-materiału akustycznego wykazała, że może on wyeliminować szkodliwą częstotliwość.
Meta-materiał akustyczny został zaprojektowany z trzema głównymi rurami i asymetrycznymi szczelinami. Ułożono go również w matrycy liniowej bez odstępów LC.
Dane adresowe:
AKTE www.ogrodzeniaplastikowe.info – ekrany dźwiękochłonne – Kontakt
ul. Morasko 17, 61-680 Poznań
Telefon: 61 665 06 06
kom: 784 377 784
opłata za połączenie wg taryfy operatora
e-mail: [email protected]