Метод измерения звукоизоляции панелей с помощью акустического интерферометра Текст научной статьи по специальности «Физика»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012

5. Сегерлинд, Л. Применение метода конечных элементов / Л. Сегерлинд : пер. с англ. — М. : Мир, 1979. — 392 с.

6. Секулович, М. Метод конечных элементов / М. Секуло-вич : пер. с серб. Ю. Н. Зуева ; под ред. В. Ш. Барбакадзе. — М. : Стройиздат, 1993. — 664 с.

ТРИБЕЛЬСКИЙ Иосиф Александрович, доктор технических наук, заместитель генерального директора по научной работе — главный конструктор по РТИ

Научно-производственного предприятия (НПП) «Прогресс».

БОХАН Владимир Викторович, младший научный сотрудник НПП «Прогресс», аспирант кафедры «Транспорт и хранение нефти и газа, стандартизация и сертификация» Омского государственного технического университета.

Адрес для переписки: proqress120@mail.ru

Статья поступила в редакцию 06.08.2012 г.

© И. А. Трибельский, В. В. Бохан

УДК 534 2 И. А. ТРИБЕЛЬСКИЙ

В. В. БОХАН А. В. ЗУБАРЕВ С. В. ПОПКОВ

Научно-производственное предприятие «Прогресс», г. Омск

Центральный научно-исследовательский институт им. академика А. Н. Крылова, г. Санкт-Петербург

МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ ПАНЕЛЕЙ С ПОМОЩЬЮ

АКУСТИЧЕСКОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА

В статье теоретически обоснован и предложен метод измерения звукоизоляции панелей с использованием акустического интерферометра, базирующийся на прямом измерении параметров акустических волн по обеим сторонам исследуемой панели по всей длине интерферометра. Проведено экспериментальное исследование звукоизоляции панели, выполненной в виде стального листа по предложенному методу. Разработана математическая, конечно-элементная модель акустического интерферометра («математический интерферометр»), описывающая динамические процессы, проходящие в интерферометре с панелью, включая резонансные явления в панели и в самом интерферометре.

Ключевые слова: акустический интерферометр, звукоизоляция, метод конечных элементов.

Существует метод измерения звукоизоляции образцов материала при нормальном падении звуковых волн с помощью импедансных труб производства фирмы «Брюль и Къер» [1, 2]. Выпускаются импе-дансные трубы для измерения звукоизоляции образцов материала диаметром до 100 мм в широком диапазоне частот. Серийно выпускаемые импедансные трубы не позволяют проводить измерения звукоизоляции панелей реальных размеров (например, 800x800 мм). Недостатком метода измерений с помощью импедансных труб является также то, что метод требует дорогостоящего приборного обеспечения, а также математических расчетов в соответствии с принятой приближенной математической моделью четырехполюсника.

Предложенный в данной статье метод измерения звукоизоляции основан на прямом измерении параметров плоских акустических волн по длине акустического интерферометра с обеих сторон панели, помещенной посередине трубы интерферометра. Метод обладает простотой и наглядностью.

Исследования проводились на акустическом интерферометре (рис. 1), представляющем собой бетонную трубу квадратного сечения с внутренними размерами 800x800 мм и стенками толщиной 160 мм. По торцам труба закрыта массивными стенками. На одном из концов трубы размещен низкочастотный излучатель звука электродинамического типа с диффузором диаметром 400 мм. Для исключения низкочастотных помех акустический интерферометр (АИ) амортизирован с помощью пневматических резинокордных амортизаторов (АПРКу) с резинокордной оболочкой модели Н-103. Расстояние от излучателя до поверхности противоположного конца трубы составляет 1 = 32,46 м. На расстоянии Ь3 = 15,511 м от излучателя установлен исследуемый образец. В данной работе исследована заделанная по контуру стальная квадратная пластина со стороной 730 мм и толщиной 3 мм.

Сигнал «чистый тон» на излучатель подается с генератора анализатора спектра 3560-С-Х08 («Брюль и Къер») через усилитель 2716-С («Брюль и Къер»).

Рис. 1. Схема акустического интерферометра с установленным образцом

При этом в результате интерференции в зоне перед образцом образуется звуковое поле преимущественно стоячих волн. Часть энергии передается через образец в зону за образцом, где также образуется стоячая волна.

Звуковое давление внутри трубы измеряют с помощью измерительного микрофона 4943-Ь-001 («Брюль и Къер») в заданном положении на оси волновода, затем микрофон перемещают вдоль оси трубы с заданным шагом. Перед каждой серией измерений микрофон калибруют с помощью калибратора 4231 («Брюль и Къер»). Сигнал с микрофона поступает на вход анализатора спектра 3560-С-Х08. Звуковое давление определяется как спектральная составляющая узкополосного спектра соответствующей частоты. Положение микрофона измеряют с помощью лазерного дальномера ЭЬБ-Б 15 (ЭшеИх, Швейцария) .

Измерения в зоне перед образцом и в зоне за образцом выполняют последовательно: после завершения измерений в одной зоне микрофон и дальномер переставляют в другую.

Относительно распространяющихся звуковых волн АИ представляет собой волновод с жесткими стенками. Как отмечено в [3], на низких частотах (ниже первого поперечного резонанса волновода) могут распространяться только плоские волны. Неоднородные волны, возникающие при неоднородных граничных условиях, затухают очень быстро и ими пренебрегают. При этом звуковое поле в волноводе можно представить в виде гармонической функции.

С другой стороны, измерения в волноводе считают достаточно надежными, когда стоячая волна имеет не менее двух минимумов [4, 5].

Так, согласно [5], частотный диапазон волновода определяется соотношением:

с с

— £ Ї £ с, 2Ь 2d

(1)

где с =

пЯТ

М

— скорость звука в воздухе; п= 1,4 —

показатель политропы для воздуха; Я = 8,31447 Дж/ (мольК) — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура воздуха; М = 0,0289644 кг/ моль — молярная масса воздуха; Ь = 32,46 м — длина АИ; і = 0,8 м — поперечный размер АИ; Ї — частота.

Таким образом, диапазон частот измерения звукового давления в АИ составляет 5 — 200 Гц.

Итак, в рабочем диапазоне частот в АИ распространяются только плоские волны. Будем рассматри-

вать колебательные процессы в линейной постановке, протекающие во времени по гармоническому закону.

Из линейности волнового уравнения следует принцип суперпозиции звуковых волн. Принцип этот позволяет представить поле звукового давления в произвольном сечении АИ как сумму прямой и обратной волн [5, 6]:

е-Р(г-)_г'М -к(ж-Ь8)] +

Р ( 2, і )

+ Р2Є

Р( 2 - )еі м+к (г - Ь8)]

РзЄ

0 < г < Ь8

-Р( 2 - Ь )еі [юі - к (г - Ь)]

(2)

+ Р4Є1

,Р( 2 - Ь )0 і М+к (г - Ь)]

где Р1, Р2 — амплитуды прямой и обратной волн в зоне перед образцом соответственно; Р3, Р4 — амплитуды прямой и обратной волн в зоне за образцом соответственно; (3 — коэффициент затухания в про-

о г 7 ю

странстве; ш = 2тс/ — круговая частота; к = — —

с

волновое число. В (2) предполагается, что начало координат 2 = 0 находится в плоскости излучателя, а ось 2 направлена от излучателя к образцу (рис. 1).

На низких частотах пространственное затухание в воздухе мало [7], поэтому далее будем полагать

3 = 0.

Используя формулу Эйлера и выполняя алгебраические преобразования, получим:

(Р1 + Р2) соб юі соб к(2 - Ь8) -

- (Р2 - Р1) біп юі біп к(2 - Ь5) + + і соб юі(Р2 - Р1) біп к(2 - Ь8) + + і біп юі(Р1 + Р2) соб к(2 - Ь8),

0 < 2 < Ь8 (Р3 + Р4) соб юі соб к(2 - Ь) -

- (Р4 - Р3) біп юі біп к(2 - Ь) +

+ і соб юі(Р4 - Р3) біп к(2 - Ь) + + і біп юі(Р3 + Р4) соб к(2 - Ь),

Р( 2,1 )

(3)

Далее для проведения анализа отбрасываем мнимую часть, поскольку физический смысл имеет только вещественная часть [5].

+

Ь5 < 2 < Ь

Ь8 < 2 < Ь

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012

Применяя формулу для косинуса суммы углов и выполняя преобразования, получим:

2P2 cos w t cos k(z - LS) +

+ (Pj - P2) cos(wt - k(z - LS)), 0 < z < LS 2P4 cos w t cos k(z - L) +

+ (P3 - P4) cos(wt - k(z - L)),

P(z, t) =

(4)

p(z, t) = (Pj - P2) sin w t .

(5)

Амплитуду стоячей волны находим при k(z - Ls) 0, p,2p,...:

p(z, t) = (Pj + P2) cos wt.

(6)

л/cP^^y+CP~-P2)rsinrk(z^ZS),

0 < z < Ls

~[z-L),

(7)

Ls < z < L

Pj =

P2 =

P. =

P=

max Рмикр ( z )l 0

■ min Рмикр (z )l 0

max рмикр (z ^ 0

rnin Рмикр(z^0

max Рмикр (z)l Ls < z < L + rnin Рмикр(z^L

(8)

2

max Рмикр (z^L

■ Рмикр (z^L

2

Для реальных панелей значения амплитуд прямых и обратных волн близки, т. е. в зоне перед образцом амплитуда бегущей волны мала, а в зоне за образцом пренебрежимо мала. Это заключение подтверждается экспериментальными данными, приведенными, например, на рис. 3, из которого видно, что min Pj^KP(z)» »0. На основании сказанного выражение (8) можно переписать в виде:

Первое слагаемое в этих выражениях относится к стоячей волне, а второе — к бегущей. Стоячая волна имеет узлы (рис. 2), где давление равно нулю, и пучности, где амплитуда звукового давления достигает наибольшего значения. Минимумы и максимумы давления бегущей волны перемещаются вдоль волновода с течением времени. Можно оценить амплитуду бегущей волны в зоне перед образцом при

/ ч р 3 р 5 р 2' 2 ' 2

Pj = P2 =

P = P =

P3 P4

max Рмикр (z

микр\*/|0 < z < Ls

2

max Рмикр (z^L

(9)

Звукоизоляция образца равна разности уровней интенсивности падающей и прошедшей волн [5]:

ЗИ = 10 • 1д 3пад - 10 • 1д3ш , (10)

Р2

где 3ПАД = — интенсивность звука в падающей

Pc

на образец волне; J = — интенсивность звука

' 3

Pc

в прошедшей через образец волне; р

Р 0 M RT

В зоне за образцом выражения для амплитуд аналогичны (5) и (6).

С помощью микрофона регистрируют амплитуду звукового давления в фиксированной точке на оси волновода, выражение для которой можно получить, взяв модуль выражения (3) и выполнив ряд несложных преобразований:

РмИКР() = р(z^ ^)| =

ность воздуха; р0 — атмосферное давление. Тогда (10) можно записать так:

P

Зи = 20 • lg -1-P3

(11)

а с учетом (8) имеем:

Зи

20 • lg

max Рмикр (z)|0<z<Ls + min Рмикр (z)|0<z<Ls . (12)

maX Рмикр (z^Ls <z<L + тІП Рмикр (z"

микрУ‘•J |LS < z < L

Это означает, что измерив наибольшее max pHMKP(z) и наименьшее min pHMKP(z) значения амплитуды звукового давления, из выражения (7)можно получить величины амплитуд прямой и обратной волны в обеих зонах интерферометра:

В том случае, когда величиной бегущей волны можно пренебречь, звукоизоляцию образца можно определять так:

Р1 = 20 1„таХ Рмикр 2<ь5 . (13)

зи = 20 • lg — = 20 • lg

P3

ЗДесь max Рмикр (z)|0<г<^ , max рмикр (z)\Ls<г<р—наи-большие значения амплитуды звукового давления в зоне перед образцом и в зоне за образцом соответственно; min рмИКР (z)Io< z< Ls , min РМИКР (z)Ils < z< L

наименьшие значения амплитуды звукового давления в зоне перед образцом и в зоне за образцом соответственно.

max Рмикр (z^L

Для подтверждения применимости предлагаемого метода в определении звукоизоляции образца на низких частотах с помощью АИ проведено экспериментальное исследование распределения амплитуды звукового давления вдоль оси АИ и проведен расчет распределения давления в АИ с использованием трехмерного конечного элемента, разработанного по аналогии с [8].

Суть схемы измерения амплитуды звукового давления в АИ с панелью ясна из рис. 1.

Измерения выполнены при возбуждении чистым тоном на частотах, соответствующих среднегеометрическим частотам третьоктавного ряда: 5; 6,5; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200 Гц. Положение микрофона меняли с шагом, составляющим -118 мм.

Специально для этого эксперимента разработана программа, оформленная как надстройка основной программы ЬаЪБИор, и обеспечивающая автоматическое переключение генератора на следующую

Ls < z < L

2

2

2

2

s

«5

Сі

І

§і

1

$

модуль амплитуды звукового давления і'формула (7)1

Р1+Р2 тах Рмикр & / I

, ! РГР2 тт рМИКр і

О Расстояние от излучателя г, м

Рис. 2. Распределение амплитуды звукового давления вдоль оси АИ

Расстояние от излучателя, м

□ эксперимент (11.03.2012 г., 17°С, 762 мм рт. ст.) д эксперимент (13.03.2012 г., 17,5°С, 752 мм рт. ст.) о эксперимент (16.03.2012 г., 23°С, 748 мм рт. ст.) о эксперимент (20.03.2012 г., 25°С, 742 мм рт. ст.)

+ эксперимент (12.03.2012 г., 17,5°С, 752 мм рт. ст.) х эксперимент (15.03.2012 г., 21 °С, 753 мм рт. ст.) ж эксперимент (19.03.2012 г., 24,5°С, 743 мм рт. ст.) ----расчёт на основе МКЭ (20°С, 760 мм рт. ст., v=0,49)

Рис. 3. Распределение амплитуды звукового давления в стоячих волнах вдоль оси АИ при возбуждении на частоте 80 Гц

частоту заданного ряда частот, ожидание установления звукового поля в АИ в течении 5 секунд, измерение значения спектра быстрого преобразования Фурье на текущей частоте генератора с усреднением по выборке заданного объема.

В процессе измерений фиксировались атмосферное давление и температура внутри АИ: наибольшее изменение температуры составило 8 °С, наибольшее изменение атмосферного давления составило 20 мм рт. ст.

На рис. 3 приведен в качестве примера график распределения амплитуды звукового давления вдоль АИ при частоте возбуждения 80 Гц. Следует иметь в виду, что начало координат находится в плоскости излучателя.

Затем было проведено более подробное исследование, при котором измерения выполнены при возбуждении чистым тоном на частотах от 40 Гц до 180 Гц с шагом 4 Гц. Атмосферное давление и температура внутри АИ изменялись, но фиксировались:

наибольшее изменение температуры 3 °С, атмосферного давления 18 мм рт. ст.

Далее, на каждой частоте исследования были определены амплитуды звукового давления в зонах перед образцом тах рМИКР0<^ и за ним тах рМИКР<2<1. По этим данным определена звукоизоляция образца по формуле (13), поскольку, судя по близким к нулю минимумам стоячей волны, величиной бегущей волны можно пренебречь. Совместный график звукоизоляции (от 5 Гц до 40 Гц и на 200 Гц по первой серии измерений, остальные частоты по второй серии) приведен на рис. 4. Там же приведены данные расчета по методу конечных элементов звукоизоляции образца из стали толщиной 3 мм. Упруго-динамические свойства воздуха моделируются с использованием трехмерного конечного элемента. Панель моделируется изотропными конечными элементами со свойствами стали.

Геометрические размеры конечно-элементной модели соответствуют номинальным размерам внут-

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012

60 50 « 40

а

й 30

^ 20

\1 й

у \\\ II ч V, , — —у— V ■ “i шттт 1/

II v 7 \\ / \1 > / ^ * "" 1

\ г- I

10

20

40

60

80 100 120

Частота, Гц

140

160

180

200

*о 12

S 10

I 8

Он § 6

О 4 Он

И 2 И п

?_0'0-п-0-<. ?

20

40

60

80 100 120

Частота, Гц

140

160

180

200

экспериментальные данные-------расчёт по поршневой модели [6] -----расчёт на основе МКЭ (20°С, 760 мм рт. ст., v=0,49)

Рис. 4. Зависимость звукоизоляции и виброускорения в центре образца от частоты

реннего объема АИ. Модель содержит 177 282 узлов, 160 400 элементов. Перемещение узлов на боковых продольных поверхностях модели, а также на одной из двух торцевых поверхностей, ограничено только по нормали к соответствующим поверхностям. Узлы на противоположной относительно упомянутой выше торцевой поверхности модели смещаются по гармоническому закону вдоль продольной оси модели. Такое граничное условие соответствует поршню в трубке.

Порядок расчета аналогичен [8].

Образец описан изотропными конечными элементами, которые расположены в один слой толщиной 3 мм. Как и в эксперименте, образец удален от излучающей торцевой поверхности на расстояние 15,511 м. Принадлежащие конечным элементам стальной панели узлы, расположенные по контуру, закреплены по всем направлениям, т.е. защемлены.

Поскольку изменение атмосферного давления и температура внутри АИ незначительно, то расчет проведен для одного набора параметров: температура 20°С, атмосферное давление 760 мм рт. ст. Значение коэффициента Пуассона для КЭ, моделирующих воздух, принято 0,49.

Результаты расчетов представлены на рис. 3, 4. Как видим, результаты расчета с достаточной точностью соответствуют экспериментальным данным.

В серии измерений при возбуждении чистым тоном на частотах от 40 Гц до 180 Гц с шагом 4 Гц дополнительно измерены значения виброускорения в центре стальной пластины, эти экспериментальные данные приведены на рис. 4. Они объясняют спады на графике звукоизоляции вблизи 50 Гц и 160 Гц, поскольку на этих частотах наблюдаются резонансы

панели по «поршневой» и близкой к «поршневой» формам колебаний, характеризующиеся максимальным ускорением и перемещениями в центральной части панели. Наличие резонансов «поршневой» формы вблизи 50 и 160 Гц подтверждается также расчетами, проведенными в программе SolidWorks/ Cosmos.

На рис. 4 дополнительно приведет график звукоизоляции стальной пластины толщиной 3 мм, рассчитанной по «поршневой» модели [5] без учета потерь в материале пластины:

ЗИ = 10 • lg

1 +

рс

1 -

, (14)

где шПЛ = рПЛхЬ — поверхностная масса пластины; рПЛ = 7800 кг/м3 — плотность материала пластины (сталь); Ь — толщина пластины; /РПЛ =49,4Гц — первая собственная частота заделанной по контуру стальной пластины толщиной 3 мм, вычисленная по [9].

Приведенные на рис. 4 графики звукоизоляции образца показывает хорошее совпадение расчета с экспериментом, подтверждая применимость предлагаемого метода измерения и работоспособность конечно-элементной расчетной модели.

Воздушные объемы в АИ могут резонировать на частотах:

— в зоне перед образцом

fP1 = n------, n = 1, 2, . . .

Р1 2L'

(15)

fF1 =11,1; 22,2; 33,2; 44,3; 55,4; 66,5; 77,6; 88,7; 99,7; 110,8; 121,9; 133,0; 144,1; 155,2; 166,2; 177,3; 188,4; 199,5 Гц;

2

2

2

Р .ПЛ

2

Частота, Г ц —о— экспериментальные данные

резонансы воздушного объёма перед образцом (20°С, 760 мм рт. ст.)

резонансы воздушного объёма за образцом (20°С, 760 мм рт. ст.)

расчёт на основе МКЭ между резонансами (20°С, 760 мм рт. ст., у=0,49)

Рис. 5. Звукоизоляция образца (стальная пластина толщиной 3 мм) в зависимости от частоты

— в зоне за образцом

2(Ь - Ь5)

т = 1, 2,

(16)

/р2 = 10,1; 20,3; 30,4; 40,6; 50,7; 60,9; 71,0; 81,1; 91,3; 101,4; 111,6; 121,7; 131,9; 142,0; 152,1; 162,3; 172,4; 182,6; 192,7 Гц.

На резонансных частотах амплитуда звукового давления значительно возрастает и измерения затруднены. Для получения частотной характеристики звукоизоляции образца, частоты воздействия желательно выбирать таким образом, чтобы максимально отдалить их от резонансных, определенных согласно (15) и (16). В данном методе предлагается частоты выбирать посередине между двумя соседними резонансными частотами.

На рис. 4 видно, что звукоизоляция, определенная по формуле (12), зависит от резонансов воздушных объемов. Поэтому измерений на резонансных частотах следует избегать.

Чтобы показать возможность исключения влияния резонансов воздушных объемов, выполнен расчет по описанной модели на частотах, равноудаленных от двух соседних резонансов. Результаты этого расчета приведены на рис. 5.

При оценке достоверности предлагаемого метода измерения звукоизоляции необходимо учитывать как инструментальную, так и методическую погрешности. Инструментальные погрешности — это погрешности генератора, усилителя, излучателя, микрофона, анализатора спектра, дальномера. Эти погрешности оцениваются известными методами по метрологическим характеристикам средств измерений [10].

Больший интерес представляет оценка методической погрешности, которая возникает, например, при допущении равенства нулю амплитуды звукового давления в бегущей волне.

При этом допущении звукоизоляция образца ЗИ определяется по (13), а погрешность результата измерений звукоизоляции образца ДЗИ равна [11, 12]:

дЗИ

или, с учетом (13),

А.

дР

20

дЗИ

дРп

1п 10

АР±

Р

АР3

(17)

(18)

где ДР1 и ДР3 — абсолютная погрешность измерения амплитуды звукового давления в зоне перед образцом и за ним соответственно.

В (18) отношения в скобках суть относительные погрешности 51 и 53 измерения амплитуды звукового давления в зоне перед образцом и за ним соответственно. Сопоставляя (8) и (9):

АР = тіп Рмикр (2 )| 0 < г < Ь = _1_

р тах Рмикр (г)|0<г<^ Nl

АР = тіп рмнкР(г)| Ь5 < г < Ь _ 1

Р3 тах Рмикр (г\, <г<ь N3

(19)

Здесь N N — коэффициенты стоячих волн в зоне перед образцом и в зоне за образцом соответственно.

с

гР 2 = т

А зи = АР, •

+ АР3 •

+

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012

Полагая, что звукопоглощение образца определяется только отражением, согласно [5], имеем:

4N 1

1 + 2Nj + N 2 4N,

(20)

Показано, что звукоизоляция панели снижается не только на первой резонансной частоте при так называемой «поршневой» форме колебаний, но также и на других резонансных частотах, формы колебаний которых близки к «поршневой», характеризующейся максимальной амплитудой колебаний панели в ее центральной части.

1

є

1

є

СТ

2

где єОБР = 1------коэффициент отражения звука

от образца; гОБР = 10 10 — коэффициент звукоизоляции образца; еСТ = 1 — коэффициент отражения звука от толстой жесткой стенки на конце АИ. Перепишем теперь с учетом (20) выражение (19):

ЗИ 1 ЗИ

81 = 10^ + V1010 - 1

8 з = 0

(21)

Окончательно оценим рассмотренную методическую погрешность измерения звукоизоляции по наибольшему отклонению (подстановка (19) — (21) в (18)):

20

ln 10

зи I зи

io^ + V1010 -1

(22)

Из (22) видно, что погрешность обратно пропорциональна уровню звукоизоляции образца. Значения этой погрешности при различных уровнях звукоизоляции образца равны:

при ЗИ= 10 дБ; Ази=0,229дБ, что составляет 2,6 %, при ЗИ =15 дБ; Ази= 0,070 дБ, что составляет 0,8 %, при ЗИ =20 дБ; Ази=0,022 дБ, что составляет 0,25 %, при ЗИ =25 дБ; Ази= 0,007 дБ, что составляет 0,08%, при ЗИ=30 дБ; Ази= 0,002 дБ, что составляет 0,03 %. Следовательно, для реальных панелей исследованная погрешность сравнительно мала.

Таким образом, в статье теоретически обоснован и предложен метод измерения звукоизоляции панелей с использованием акустического интерферометра, базирующийся на прямом измерении параметров акустических волн по обеим сторонам исследуемой панели.

Проведено экспериментальное исследование звукоизоляции панели, выполненной в виде стального листа по предложенному методу. Результаты экспериментальных исследований сопоставлены с данными расчетов, проведенных различными методами. Установлено, что исследуемую панель целесообразно устанавливать посередине длины интерферометра, а частоты возбуждающих сигналов выбирать посередине между двумя соседними резонансами воздушного объема интерферометра.

Разработана математическая, конечно-элементная модель акустического интерферометра («математический интерферометр»), адекватно, с высокой точностью описывающая динамические процессы, проходящие в интерферометре с панелью, включая резонансные явления в панели и в самом интерферометре, и позволяющая исследовать расчетным путем звукоизоляцию панелей различных конструкций, а также влияние на звукоизоляцию панелей их размеров, формы, свойств материалов и способов закрепления.

Библиографический список

1. O. Olivieri, J.S. Bolton, T. Yoo. Measurement of transmission loss of materials using a standing wave tube // Proceedings from INTER-NOISE 2006, Honolulu, Hawaii, USA, 2006, vol. 8, p. 5285.

2. J.S. Bolton, T. Yoo, O. Olivieri. Measurement of normal incidence transmission loss and other acoustical properties of materials placed in a standing wave tube // Technical Review. Brel & Kr. № 1, 2007. pp. 1-44.

3. Скучик, Е. Основы акустики. В 2 т. Т. 1 : пер. с англ. / Е. Скучик ; под ред. Л. М. Лямшева. — М. : Мир, 1976. — 520 с.

4. ISO 10534-1 Acoustics — Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes — Part 1: Method using standing wave ratio.

5. Боголепов, И. И. Промышленная звукоизоляция / И. И. Боголепов — Л. : Судостроение, 1986. — 368 с.

6. Акустика в задачах / под ред. С. Н. Гурбатова, О. В. Руденко. — 2-е изд., испр. и доп. — М. : Физматлит, 2009. — 336 с.

7. ГОСТ 31295.1-2005. Шум. Затухание звука при распространении на местности. Часть 1. Расчет поглощения звука атмосферой. — М. : Стандартинформ, 2005. — 34 с.

8. Трибельский, И. А. Исследование нового осесимметричного конечного элемента для моделирования упруго-динамических свойств газа / И. А. Трибельский, В. В. Бохан // Омский научный вестник. — 2012. — № 1(107). — С. 150—158.

9. Бидерман, В. Л. Прикладная теория механических колебаний : учеб. пособие для втузов / В. Л. Бидерман. — М. : Высшая школа, 1972. — 416 с.

10. ГОСТ 8.207 — 76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения. — М. : Стандартинформ, 2006. — 7 с.

11. Клаассен, К. Основы измерений. Датчики и электронные приборы: учеб. пособие / К. Клаассен. — 3-е изд. — Долгопрудный : Интелект, 2008. — 352 с.

12. Бурдун, Г. Д. Основы метрологии : учеб. пособие для вузов / Г. Д. Бурдун, Б. Н. Марков. — 3-изд., перераб. — М. :

Изд-во стандартов, 1985. — 256 с.

ТРИБЕЛЬСКИЙ Иосиф Александрович, доктор технических наук, заместитель генерального директора по научной работе — главный конструктор по РТИ Научно-производственного предприятия (НПП) «Прогресс».

БОХАН Владимир Викторович, младший научный сотрудник НПП «Прогресс», аспирант кафедры «Транспорт и хранение нефти и газа, стандартизация и сертификация» Омского государственного технического университета.

ЗУБАРЕВ Александр Викторович, кандидат технических наук, генеральный директор НПП «Прогресс».

ПОПКОВ Сергей Владимирович, доктор технических наук, старший научный сотрудник, начальник лаборатории ЦНИИ им. академика А. Н. Крылова. Адрес для переписки: ргодге88120@таД.т

Статья поступила в редакцию 06.08.2012 г.

© И. А. Трибельский, В. В. Бохан, А. В. Зубарев, С. В. Попков

ЗИ

-2

-2

А

ЗИ