Материал: Технология акустических материалов и изделий. лабораторный практикум. Суслов А.А., Усачев А.М
Главную характеристику звукопоглощающих материалов – коэффициент звукопоглощенияα – определяют расчетным путем по волновым параметрам материала и экспериментальными методами с помощью акустического интерферометра. Такие определения и расчеты выполняют обычно в специализированных лабораториях.
Для первичной оценки звукопоглощающих свойств материала пользуются акустическим интерферометром, который обеспечивает определение нормального коэффициента звукопоглощения, основанное на измерении разности уровней звукового давления при максимуме (Pmax) и минимуме (Pmin) стоячей волны, которая возникает при наложении прямой и отраженной звуковых волн. Расчеты ведут по формуле
∆h = 20 lg |
Pmax |
. |
(2.2) |
|
|||
|
P |
|
|
|
min |
|
|
Коэффициент звукопоглощения находят по графику [3] в зависимости от величины h.
Реверберационный способ определения коэффициента звукопоглощения материалов позволяет характеризовать звукопоглощение материалов в условиях, близких к реальным. Поэтому среднеарифметический реверберационный коэффициент звукопоглощения принят в нормативных документах в качестве основной характеристики звукопоглощающих свойств материалов и применяется при акустических расчетах помещений. Его значение определяют в реверберационной камере.
Реверберационный способ основан на том, что при внесении в помещение любого предмета или материала общее звукопоглощение в этом помещении увеличивается. Определение ведут по изменению скорости затухания звука. Время, в течение которого уровень звука в п омещении понизится на 60 дБ, называют временем стандартной реверберации. По соотношению времени реверберации до и после внесения определенного объема материала в камеру находят реверберационный коэффициент звукопоглощения исследуемого материала.
2.4. Порядок выполнения работы
Одним из основных показателей акустических свойств материала является нормальный коэффициент звукопоглощения α0, который определяется при перпендикулярном падении звуковой волны на поверхность образца.
Определение коэффициента звукопоглощения при нормальном падении звука осуществляется в соответствии с ГОСТ 16297-80.
Общая компоновочная схема прибора - интерферометра, применяемого для определения коэффициента звукопоглощения, приведена на рис. 2.1.
21
Рис. 2.1. Устройство интерферометра:
1 – металлическая труба; 2 – коробка; 3 – громкоговоритель; 4 – микрофонный щуп; 5 – резиновая диафрагма; 6 – микрофонная тележка; 7
– направляющая рейка; 8 – низкочастотный генератор; 9 – электронный вольтметр; 10 – обойма; 11 – поршень; 12 – микрофон;
13 – указатель отсчета; 14 – акустический фильтр; 15 – электронно-счетный частотомер; 16 – микрофонный усилитель;
17 – лицевая поверхность образца
Металлическая труба интерферометра 1 с гладкими стенками и внутренним диаметром 100 мм прикреплена к коробке 2, в которой размещается громкоговоритель 3 мощностью 4 Вт с диаметром диффузора 24 см, вкл ю- ченный на выход звукового генератора 8. Керн магнита громкоговорителя имеет отверстие для микрофонного щупа 4, изготовленного из трубки с наружным диаметром 3 мм и внутренним диаметром 2 мм. Щуп соединен с резиновой диафрагмой 5 толщиной 2 мм, укрепленной в центре днища микрофонной тележки 6, которую передвигают по направляющей рейке 7 длиной 1 м. В тележке установлен микрофон 12 с чувствительностью не менее 0,25·10-5 мВ·м/Н, включенный на вход электронного вольтметра 9.
Для испытаний изготовляются цилиндрические образцы диаметром 101 мм и высотой, равной толщине испытываемого изделия или материала.
Образец испытываемого изделия или материала вставляют в обойму интерферометра 10 так, чтобы нелицевая поверхность его находилась на жестком поршне 11, а лицевая – на уровне обреза обоймы. Края лицевой стороны образца промазывают герметиком и обойму закрепляют в трубе. Включают звуковой генератор и электронный вольтметр передающего и приемного трактов интерферометра и дают им прогреться в течение 20 мин. Затем, установив на звуковом генераторе нужную частоту, передвигают микрофонную тележку с щупом-зондом в направлении от образца и находят значение максимального и минимального напряжений, регистрируемых вольтметром.
22
Измерения производят последовательно на частотах 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600 и 2000 Гц.
Для подсчета результатов испытаний принимают значения величины напряжения первого максимума (Umax, мВ) и первого минимума (Umin, мВ). Нормальный коэффициент звукопоглощения α0 рассчитывают по формуле
α0 = |
|
4 |
|
, |
(2.3) |
|
n + |
1 |
+2 |
||||
|
|
|
||||
|
|
n |
|
|
|
где n – отношение Umax/Umin.
Для приближенного определения коэффициента звукопоглощения допускается использовать зависимости графиков (рис. 2.2).
Рис. 2.2. График зависимости коэффициента звукопоглощения α
от величины n:
а) для малых значений; б) для больших значений
23
Результаты испытаний вычисляют как среднее арифметическое значение трех испытаний и представляют в виде табл. 2.3 и графиков зависимости нормального коэффициента звукопоглощения α0 от функции частоты звука.
Таблица 2.3 Расчет коэффициентов звукопоглощения при нормальном падении звука
Частота, Гц |
Umax, мВ |
Umin, мВ |
n |
1/n |
n+1/n +2 |
α0 |
100
125
…
2000
Испытаниям подвергаются образцы различных видов, отличающиеся величиной пористости и сопротивлением продуванию (см. лаб. раб. №1).
Результаты испытаний сводятся в общую табл. 2.4.
Таблица 2.4
Влияние пористости на сопротивление продуванию и коэффициент звукопоглощения
|
Средняя |
|
Удельное со- |
Коэффициент звукопоглоще- |
||||||
Наименова- |
Общая |
противление |
|
ния α0 на частотах, Гц |
|
|||||
плот- |
|
|
||||||||
ние материа- |
порис- |
потоку возду- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ность, |
12 |
25 |
50 |
100 |
160 |
|
200 |
|||
лов |
3 |
тость, % |
ха, r, |
5 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
кг/м |
|
Па·с/м2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На основании полученных данных строятся графические зависимости изменения коэффициента звукопоглощения от значений пористости и сопротивления продуванию для каждого вида материала. Определяются оптимальные значения структурных характеристик. Делаются выводы и рекомендации, направленные на изменение структурных показателей с целью повышения эффективности исследуемых материалов.
Аттестационные вопросы
1.Назначение звукопоглощающих материалов.
2.Как определяется коэффициент звукопоглощения?
3.От чего зависит величина коэффициента звукопоглощения?
4.Опишите устройство акустического интерферометра.
5.Опишите методику определения коэффициента звукопоглощения на акустическом интерферометре.
Литература: [1-3].
24
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ОЦЕНКА ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫХ СВОЙСТВ АКУСТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
3.1.Цель работы – изучение методики и порядка определения основных свойств звукоизоляционных материалов.
3.2.Оборудование, приборы, инструменты и сырьевые материалы:
усилитель мощности по ГОСТ 17187, измерительный усилитель по ГОСТ 17187, низкочастотный измерительный генератор 2-го класса 3-й категории, электродинамический вибратор по ГОСТ 25051.3, акселерометр по ГОСТ 25865, виброизмеритель по ГОСТ 25865-83, образцы акустических материалов.
3.3. Общие теоретические сведения
Основное назначение звукоизоляционных материалов – предотвращение распространения ударного звука (шума) в строительных конструкциях зданий. Затухание звуковой волны в таких материалах объясняется тем, что звуковая энергия, попадая в материал, расходуется главным образом на упругое деформирование элементов структуры этого материала. Поэтому звукоизоляционные материалы должны обладать определенными упругими свойствами, которые характеризуются относительной деформацией сжатия (ε), статическим и динамическим модулями упругости (Е, ЕД).
Относительная деформация сжатия. Звукоизоляционные свойства акустических прокладочных материалов приближенно можно оценивать по относительной сжимаемости материалов под нагрузкой без учета поперечного расширения, то есть по линейной деформации расширения:
ε = l1 −l2 100, |
(3.1) |
l1
где l1 – размеры образца до испытания, мм; l2 – размеры образца после испытания, мм.
У эффективных звукоизоляционных материалов основная доля деформации отмечается при нагрузке до 0,002 МПа.
По относительной деформации сжатия все звукоизоляционные материалы разделяют на три группы: жесткие, с малой деформативностью (ε < 5 %); полужесткие, со средней деформативностью (ε = 5…15 %); мягкие, с высокой деформативностью (ε = 15…40 %).
Статический и динамический модули упругости служат для оценки звукоизолирующих свойств материалов. Звукоизоляционные свойства мате
25