резонансная звукопоглощающая система

Формула изобретения

Резонансная звукопоглощающая система, содержащая несущую часть, образованную тросами, закрепленными с возможностью натяжения с помощью устройств регулирования силы натяжения тросов, и шумозащитную часть, установленную на несущей части с возможностью закрепления на ней и включающую, по меньшей мере, один слой звукопоглощающего материала, отличающаяся тем, что шумозащитная часть установлена на несущей части свободно - при расположении звукопоглощающей системы горизонтально или с незначительным наклоном, или с помощью фиксации - при расположении звукопоглощающей системы вертикально, или с помощью фиксации и прижима - при расположении звукопоглощающей системы со значительным наклоном, а несущая часть выполнена в виде безрамной самостоятельной конструкции из тросов из нержавеющей стали в оплетке ПВХ, пропущенных через взаимодействующие с ними опорные шарнирные элементы, установленные по периметру несущей части с возможностью регулирования силы натяжения на начале и конце каждого входящего и выходящего тросов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для снижения уровня шума в жилых, общественных и производственных помещениях преимущественно для повышения звукоизоляции ограждающих конструкций.

Известно устройство для снижения энергии акустических колебаний, исходящих от твердой поверхности /патент РФ №2140498, МПК Е04В 1/82, Е04В 1/84. Патентообладатель ЗАО «Акустические материалы», 1999 г./, которое содержит двухслойные пластины, состоящие из первого слоя и второго слоя с N сквозными отверстиями в них, заполненными материалом. Первый слой двухслойной пластины, наиболее удаленной от твердой поверхности, состоит из подслоев. Второй слой любой двухслойной пластины может содержать вкрапления с повышенной плотностью. Устройство прикреплено непосредственно к несущей части ограждающей конструкции (к стенам, перегородкам, перекрытиям) определенным количеством так называемых «виброразвязанных узлов крепления».

Недостаток аналога в том, что прочность и упругость устройства настолько мала, что оно не может служить несущей конструкцией для укладки на них какого-либо шумозащитного слоя.

Наиболее близким техническим решением - прототипом к заявляемому является звукопоглощающая панель /авторское свидетельство СССР №1013587, МПК Е04В 1/84, опубликовано 23.04.83 г./. Прототип состоит из каркаса в виде контурной рамы, звукопоглощающего материала, звукопроницаемого экрана из стеклоткани, отделенного воздушным зазором от звукопоглощающего материала и закрепленного на решетке с конгруэнтными ячейками. Решетка образована взаимно пересекающимися струнами, закрепленными на каркасе с возможностью натяжения, причем экран выполнен с карманами для пропуска струн.

Каркас может быть выполнен как из металлических элементов, так и деревянных реек. Струны - диаметром 4-6 мм. Расстояние между струнами определяется в каждом отдельном случае. Чаще всего оно берется равным 200-500 мм. Вместо карманов можно приклеивать стеклоткань к струнам. Для натяжения струн служат гайки.

При применении панели на потолке с ребристыми плитами или непосредственно при устройстве непроходных подвесных потолков со стороны потолка звукопоглощающий материал покрывается отражателем (асбокартон, алюминиевая фольга и т.д.).

Недостатки прототипа:

- возможность изготовления только в заводских условиях при наличии специальной оснастки;

- большая трудоемкость изготовления;

- необходимость специальной упаковки при транспортировке к месту установки;

- специальные условия хранения;

- изготовление специальных монтажных конструкций для крепления;

- трудоемкость монтажа;

- потребность в специально обученном высококвалифицированном персонале при изготовлении и монтаже;

- большая металлоемкость, материалоемкость и многооперационность при изготовлении и монтаже;

- строго определенные размеры и неразрезная конструкция, что требует изготовления специальных панелей для заполнения некратных мест;

- необходимость крепления монтажных конструкций к потолку, что приводит к значительному снижению шумозащитных свойств конструкции в целом;

- наличие выступающих частей (концы струн с натяжительными гайками), что неизбежно приведет к наличию технологических неплотностей в местах стыковки панелей друг к другу, значительно снижающих шумозащитные свойства панелей и требующих применения специальных уплотняющих элементов.

Технической задачей, стоящей перед авторами, является создание простой звукопоглощающей конструкции, обладающей большим числом степеней свободы, которые обеспечат дискретный и достаточно плотный ряд резонансных частот. При этом несущая часть конструкции должна быть достаточно прочной и упругой с возможностью ее установки в любой плоскости (вертикально, горизонтально, с любым наклоном) и на любом расстоянии от стен, перегородок.

Технический результат достигается тем, что в известной резонансной звукопоглощающей системе, содержащей несущую часть, образованную струнами, закрепленными с возможностью натяжения, шумозащитную часть и крепежные элементы к несущим частям ограждающих конструкций, шумозащитная часть включает, по меньшей мере, один слой звукопоглощающего материала, а несущая часть выполнена в виде самостоятельной безрамной конструкции из тросов из нержавеющей стали в оплетке ПВХ с возможностью протягивания тросов через опорные шарнирные элементы, установленные по периметру несущей части конструкции. При этом концы каждого входящего и выходящего тросов установлены с возможностью регулирования в устройстве регулирования силы их натяжения тросов, которое выполнено в виде винтовой передачи. Заявляемая конструкция может быть установлена в любой плоскости. Несущая часть образована взаимно пересекающимися или натянутыми в одном направлении тросами. Шумозащитная часть установлена на несущей части:

- свободно при расположении системы горизонтально;

- с возможностью фиксации на несущей части при расположении системы вертикально;

- с возможностью фиксации и прижима на несущей части при расположении системы наклонно. Кроме того, конструкция несущей части заявляемого устройства позволяет установить на ее нижней поверхности по меньшей мере один слой листов гипсокартона с возможностью его закрепления на несущей части конструкции с помощью специальных крепежных элементов.

На фиг.1 показан общий вид в сборе заявляемой конструкции;

На фиг.2 - несущая часть конструкции;

На фиг.3 - поперечное сечение троса в оплетке;

Резонансная звукопоглощающая система представляет собой плоскую пружинящую слоистую конструкцию, которая может быть расположена в горизонтальной, вертикальной или наклонной плоскостях как в составе ограждающих конструкций помещений, так и в качестве самостоятельных ограждающих конструкций внутри здания.

Резонансная звукопоглощающая система включает в себя шумозащитную часть 1 (Фиг.1), которая представляет собой один или несколько слоев эффективного звукопоглощающего материала, например «ТермоЗвукоИзол», и несущую часть 2 (Фиг.1, 2), представляющую собой совокупность натянутых как струны тросов. Шумозащитная часть 1 крепится к несущей части способом, зависящим от ориентации резонансной звукопоглощающей системы. Если резонансная звукопоглощающая система располагается горизонтально или с незначительным наклоном, ее шумозащитная часть свободно укладывается на несущую часть и держится на ней за счет собственного веса. Если резонансная звукопоглощающая система распожена вертикально или со значительным наклоном, шумозащитная часть прикреплена к несущей части способом, обеспечивающим предотвращение ее сползания в процессе эксплуатации конструкции в целом. Такими способами могут быть, например:

- прижим, т.е. расположение шумозащитной части системы между тросами, натянутыми в одном или разных направлениях;

- привязывание;

- прижим и привязывание одновременно.

Несущая часть 2 выполнена в виде самостоятельной безрамной конструкции из взаимно перекрещивающихся или натянутых в одном направлении тросов 3 из нержавеющей стали в оплетке 4 ПВХ. Трос свободно протянут через опорные шарнирные элементы 5, которые расположены по периметру несущей части. Концы 6, 7, 8, 9 каждого входящего и выходящего тросов установлены в устройстве регулирования 10 силы натяжения тросов, которое выполнено в виде винтовой передачи и представляет собой, например, талреп с анкером, рым-болтом или рым-гайкой. Опорные шарнирные элементы представляют собой, например, рым-болт или рым-гайку с анкером. Конструкция несущей части заявляемого изобретения обеспечивает возможность установки непосредственно на ее нижней поверхности 11 крепления, по меньшей мере, одного слоя из листов гипсокартона с помощью специальных крепежных элементов для последующей отделки потолка. Специальные крепежные элементы представляют собой упругие пластины произвольной длины шириной 50 мм, изготовленные из оцинкованной стали толщиной 0,6-0,7 мм, имеющие плоские крюки специальной формы, обеспечивающие надежное и простое крепление к тросам. Конструкция несущей части резонансной звукопоглощающей системы (диаметр тросов, усилие, с которым они должны быть натянуты, конструкция и размер опорных шарнирных элементов и натяжителей, размер и конструкция анкеров) выполняется в зависимости от:

- ориентации резонансной звукопоглощающей системы;

- размеров помещения;

- веса шумозащитной части резонансной звукопоглощающей системы;

- наличия и веса прикрепляемого к ней одного или нескольких слоев гипсокартона;

- типа несущих конструкций здания, к которым крепится несущая часть резонансной звукопоглощающей системы (кирпичные, деревянные, железобетонные, гипсолитовые, каркасные стены и перегородки; деревянные, сборные или монолитные перекрытия и т.п.).

Конструкция резонансной звукопоглощающей системы выполняется в зависимости от интенсивности и частотных характеристик источника шума (звука), обязательным требованием, которому должны отвечать верхняя и нижняя поверхности шумозащитной части резонансной звукопоглощающей системы, является их способность препятствовать свободному проникновению звуковых волн в толщу звукопоглощающего материала, т.е. обладать некоторой звукоотражающей способностью.

Резонансная звукопоглощающая система работает следующим образом. Падающая звуковая волна создает звуковое давление на поверхности звукопоглощающей системы. Попадая на поверхность звукопоглощающего материала, звуковая волна разделяется на:

- отраженную;

- прошедшую через слой звукопоглощающего материала;

- поглощенную слоем.

Система тросов из нержавеющей стали под действием звукового давления начнет совершать колебания. Они носят резонансный характер. Вблизи резонансных частот амплитуды этих колебаний будут особенно велики. Таким образом, со стороны тросов на поверхность звукопоглощающего материала действуют дополнительные возбуждающие силы. Благодаря этому воздействию поперечная составляющая амплитуды смещения в толще звукопоглощающего материала переходит в продольную составляющую, которая распространяется по двум взаимно перпендикулярным направлениям внутри звукопоглощающего слоя. Происходит затухание звуковой волны в слое толщиной эквивалентной расстоянию между двумя ближайшими тросами. То есть примерно в 30 раз большее. Таким образом, затухание звуковой волны на резонансных частотах увеличивается примерно на 13 дБ.

Благодаря тому, что трос 3 из нержавеющей стали помещен в оплетку 4 из ПВХ, коэффициент шумов механических потерь троса увеличивается в несколько раз. Эта величина зависит от толщины оплетки из ПВХ, отнесенной к радиусу троса, величине силы трения между тросом и звукопоглощающим материалом, а также способа крепления тросов к стенам здания. При толщине оплетки, равной радиусу троса, коэффициент шумов механических потерь может увеличиться, по крайней мере, в три раза. Это означает соответствующее снижение добротности резонансной кривой, т.е. расширение частотной области, в которой появляется дополнительное снижение прохождения звука за счет резонансных колебаний тросов.

В случае расположения источника звука со стороны устройства оставшаяся часть звуковой волны, пройдя через воздушный слой, достигает поверхности основного потолка (междуэтажного перекрытия) и частично отражается от него внутрь помещения. Повторное прохождение звуковой волны через слой звукопоглощающего материал увеличит эффект снижения звуковой волны. Частотная область действия резонансного эффекта системы находится в пределах: (Т/m)/16l ² f² 9 (Т/m)/l², где

- Т - сила натяжения троса;

- m - эквивалентная масса звукопоглощающего материала (например, материала «ТермоЗвукоИзол») плюс масса прикрепленного к несущей конструкции гипсокартона (если таковой имеется), плюс масса единицы длины троса;

- l - длина троса;

- f - текущая частота звукового диапазона эффективности.

Таким образом, новая совокупность существенных признаков заявленного технического решения позволила:

- обеспечить большое число степеней свободы, обеспечивающее дискретный достаточно плотный ряд резонансных частот;

- путем ослабления или натяжения тросов изменять ряд резонансных частот, подбирая наиболее оптимальный для данного спектра частот;

- за счет относительно большой массы резонансной звукопоглощающей системы и большой площади, на которую действует звуковое поле, эффективно бороться с шумом, в особенности в области низких частот;

- иметь самостоятельную несущую конструкцию, которая может быть установлена в любой плоскости (вертикально, горизонтально, с наклоном) и на любом расстоянии от стен, перегородок, плит перекрытия только в зависимости от архитектурных соображений и способную нести значительный вес шумоизолирующих материалов любого типа, а также, по крайней мере, один слой гипсокартона;

- легкое и практически любое регулирование размеров (объемов) воздушных прослоек между поверхностями и конструкциями здания (междуэтажные перекрытия, наружные и внутренние стены, межкомнатные перегородки и т.п.) без каких-либо связей с ними;

- иметь простую конструкцию и не иметь в своем составе нестандартные приспособления и материалы;

- набор материалов и приспособлений для устройства резонансной звукопоглощающей системы ограничивается всего 5-6 наименованиями, которые в изобилии есть на рынке;

- смонтировать конструкцию быстро и без значительных трудовых и материальных затрат.