Резонансни звукопоглъщатели
Един от най-обещаващите видове звукопоглъщащи конструкции сарезонансните звукопоглъщатели (RZP). Такива абсорбери са лесни за производство, икономични и, най-важното, могат да осигурят добро поглъщане на звука при средни и ниски честоти, където конвенционалните абсорбери, изработени от порести материали, са неефективни. Освен това има добре разработен и сравнително прост метод за изчисляване на техните акустични характеристики. Този раздел разглежда следните въпроси:
- дизайнът на най-простия RZP,
- физически процеси, протичащи в RZP под действието на звукова вълна,
- механизмът на абсорбиране на енергията на звуковите вибрации,
- метод за изчисляване на акустичния импеданс и коефициента на звукопоглъщане (SAC),
- влиянието на основните параметри на RZP върху резонансната честота и KZP,
- възможност за подобряване на дизайна на RZP (зонален RZP, RZP с дифракционен екран),
- области на възможно приложение на РЗП.
Основни характеристики на резонансните абсорбери
И методи за тяхното изчисляване
Най-простият резонансен звукопоглъщател е панел, перфориран с отвори, разположен на известно разстояние от твърда стена. Пространството зад панела може да бъде разделено чрез прегради на отделни отделения (фигура 10.2). За първи път абсорбер от този тип е предложен от S.N. Ржевкин.
Тази конструкция е осцилаторна система, в която ролята на еластичен елемент се играе от въздух, запълващ пространството зад панела, а въздушните джобове, запълващи отворите на панела, действат като инерционен елемент. Когато честотата на звуковата вълна, падаща върху предната повърхност на звукопоглъщателя, се доближи до естествената честота на резонатора, скоросттадвижението на въздуха в отворите на панела се увеличава драстично. Това увеличава загубата на звукова енергия поради действието на силите на вискозно триене.
Фигура 10.2 - Резонансен звукопоглъщател
Акустичните свойства на RZP се характеризират с входния импедансZи коефициента на звукопоглъщане a.
Входният импеданс на повърхността на звукопоглъщащия звук по дефиниция е равен на съотношението на звуковото налягане към нормалния компонент на вибрационната скорост и в общия случай е комплексна стойност:
. (10.1)
Обикновено се използва така нареченият безразмерен или нормализиран импеданс:
, (10.2)
където r0се вълновото съпротивление на средата. За въздух при нормални условия r0s= 420 kg/(m 2 ×s) (ρ0= 1,27 kg/m 3, s = 330 m/s).
Коефициентът на звукопоглъщане на RZP е равен на:
(10.3)
За да се получи максимален коефициент на поглъщане (a=1), е необходимо входният импеданс на повърхността на звукопоглъщателя да бъде съгласуван с вълновия импеданс на средата. В случай на нормално падане на плоска звукова вълна върху повърхността на абсорбера условието за съвпадение има формата:
От физическа гледна точка разглеждането на процеса на отразяване на звуковите вълни от RZP се свежда до решаване на проблема с дифракцията на звука върху периодична нехомогенна повърхност (преден панел на RZP), като се вземат предвид принудителните вибрации на слабо разсейваща среда (въздух) в обема на абсорбера (зад панела).
Стойността на реалния (активен) компонент на импедансаR1 се определя от разсейването на енергията на звуковата вълна в абсорбера, но механизмите на разсейване могат да бъдат различни.
Ако приемем, че основните загуби на енергия са свързани с действието на вискозитета и топлопроводимостта по време на движение на въздуха в отворите на панела, тогава за изчисляване на импедансадупка, можете да използвате формулата на Крендал за импеданс на тръбата:
(10.4)
където е вълновото число на вискозната вълна, m=2×10 -5 Pa×s е вискозитетът на въздуха (ако материалът на панела има висока топлопроводимост, тогава трябва да се използва повишена стойност на коефициента на вискозитет m′= 2m), w=2pfе цикличната честота на трептенията в звуковата вълна,r0 е радиусът на отвора,tе дебелината на панела, 2d са крайни корекции, които отчитат дифракционните ефекти.
Заkвr0>>1 формула (10.4) влиза във формулата на Хелмхолц:
(10,5)
Използвайки тази формула, получаваме израза за безразмерния специфичен активен импеданс на RZP
(10.6)
където h е коефициентът на перфорация на предния панел, равен на съотношението на площта на отвораSo =pd 2 /4 към площта на квадратната клетка за отвор,S = a2.
За изчисляване на крайната обработка заro/a≤ 0,2 се използва следната формула:
къдетоd= 2roе диаметърът на отвора.
Може да се види от израз (10.6), чеR1 се увеличава с увеличаване на дебелината на панела и намаляване на отворите.
Въображаемият (реактивен) компонент на импедансаY1 се определя от еластичността на въздуха в обема на RZP и инерцията на въздуха, който се колебае в близост до отворите на перфорирания панел:
(10.7)
къдетоlе дълбочината на RZP кухината (разстоянието от вътрешната повърхност на панела до твърдата стена).
При резонанс (f=f res)Y1 = 0 и коефициентът на звукопоглъщане (SFC) на системата α достига своята максимална стойност.
За да определите резонансната честотаfres, решете уравнението:
В общия случай обаче това уравнение изисква числено решение, при условие че дължината на звуковата вълна l >>l(или 2pfl/c