CC BY
71
ЗВУКОИЗОЛИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИЙ ИЗ СОТОВОГО
ПОЛИКАРБОНАТА
Завьялов Артем Юрьевич
аспирант УГЛТУ, г. Екатеринбург E-mail: z. artem96@gmail. com Старжинский Валентин Николаевич
д-р. техн. наук, профессор УГЛТУ, г. Екатеринбург
E-mail: z. artem96@gmail. com
SOUND PROOFING PROPERTIES OF CONSTRUCTIONS MADE OF
POLYCARBONATE
Artem Zavyalov
Graduate student of Ural State Forest Engineering University, Yekaterinburg
Valentin Starzhinsky
Doctor of Engineering Science, Professor of Ural State Forest Engineering
University, Yekaterinburg
АННОТАЦИЯ
В статье освещаются результаты проведенного эксперимента по определению звукоизоляции конструкций из сотового поликарбоната с воздушным промежутком.
ABSTRACT
In the article there are given the results of experiment made with a purpose to define the sound proofing of polycarbonate constructions with an air gap.
Ключевые слова: сотовый поликарбонат; звукоизоляция.
Key words: polycarbonate; sound proofing.
Последние два десятка лет широко в промышленности стал использоваться для различных целей новый конструкционный материал — сотовый поликарбонат.
Сотовый поликарбонат — это лист полимерного материала ячеистой структуры. Материал представляет собой два слоя, соединенных между собой большим количеством внутренних ребер, называемых ребрами жесткости. Готовый образец напоминает соты [3].
Сотовый поликарбонат с учетом его звукоизолирующих, оптических и технологических качеств следует считать перспективным звукоизолирующим материалом для промышленной звукоизоляции.
В рекламных материалах фирм производителей и продавцов сотового поликарбоната приводятся противоречивые данные об его акустических характеристиках. Даются отрывочные сведения о звукоизоляции, и нет данных
о его звукопоглощении.
Для проектирования шумозащитных конструкций из сотового поликарбоната (перегородок, кожухов, экранов) необходимы сведения о его акустических свойствах, поэтому на кафедре охраны труда Уральского государственного лесотехнического университета (УГЛТУ) были проведены исследования по определению этих свойств.
Результаты измерения коэффициентов звукопоглощения сотового поликарбоната показали, что он не может быть отнесен к звукопоглощающим материалам (коэффициент звукопоглощения ~0,01). Поэтому при использовании его в конструкциях звукоизоляции и экранирования звукопоглощение можно не учитывать [4].
Для определения звукоизоляции конструкций из сотового поликарбоната использовалась малая реверберационная камера, спроектированная в УГЛТУ (Рис. 1).
Рисунок 1. Схема реверберационной камеры
Форма камеры — прямая четырехугольная призма, усеченная не параллельно основанию. В основание призмы — неправильный четырехугольник с непараллельными сторонами [2].
Поверхность стенок камеры отшлифована и покрыта лаком. Стенки изготовлены из сосновых досок толщиной 50 мм. Звукоизоляция стенок камеры выбиралась из условия, при котором уровень звукового давления установившегося звука в камере при возбуждении громкоговорителя на частоте 500 Гц более чем на 30 дБ выше уровня помех [1].
Камера имеет сквозное отверстие в одной из стенок для установки измерительного микрофона. Внутри установлен источник шума, создающий диффузное поле.
Образец листа сотового поликарбоната устанавливался вместо крышки камеры и закреплялся. Далее с помощью сосновых брусков задавался необходимый воздушный промежуток. Сверху на бруски устанавливался второй лист. После этого включался источник шума, генерирующий белый шум, и производились замеры уровней звукового давления внутри камеры и снаружи над образцом. Замеры внутри и снаружи камеры производились одновременно с помощью прибора Октава 110 А.
Измерения производились в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 250—8000 Гц. Обусловлено это тем, что на частотах ниже 250 Гц в реверберационной камере не создается диффузное поле.
Звукоизоляция конструкций из сотового поликарбоната R определялась по формуле (1):
TS
Я = и - и + 10^ ——, (1)
1 2 0,16К 4 7
где V — объем помещения, в котором проводились измерения, м3;
Т — время реверберации помещения, с;
£ — площадь образца, у которого измерялась звукоизоляция, м ;
Ц, Ь2 — уровни звукового давления внутри и снаружи камеры
соответственно.
Перепишем формулу (1) в виде:
Я = X + У + С, (2)
где X = Ц - Ь2 — перепад уровней звукового давления между помещением и реверберационной камерой;
У = 10^ Т — реверберационная поправка по результатам измерения в помещении;
£
С = 101й-------постоянная для данного помещения величина.
0,16К
Данные по реверберационной поправке и постоянной величине для помещения, в котором производились замеры, приведены в табл. 1.
Таблица 1.
Данные по реверберационной поправке и постоянной величине для ___________помещения, в котором производились замеры _____________
Частота, Гц 250 500 1000 2000 4000 8000
Постоянная величина -8,56 8,56 8,56 8,56 8,56 8,56
Реверберационная поправка -0,56 4,20 4,93 2,76 3,01 4,81
Для планирования эксперимента был выбран полный факторный план. Исследуемые факторы и уровни их варьирования представлены в табл. 2.
Таблица 2.
Исследуемые факторы и уровни их варьирования________________
Наименование фактора Обозначение Уровень варьирования фактора
Натур. Нормал. Нижн. Основн. Верхн.
Толщина нижнего листа сотового поликарбоната ^, мм 4 8 16
Толщина верхнего листа сотового поликарбоната T2, мм Z2 4 8 16
Толщина воздушного промежутка между листами* ^ мм Zз 20 45 65
* Такие размеры воздушного промежутка были выбраны из-за конструктивных особенностей шумозащитных перегородок, кожухов, экранов.
С целью уменьшения случайных погрешностей эксперимента и повышения точности получаемой регрессионной модели применялось равномерное дублирование опытов. Каждый опыт повторялся 5 раз.
Матрица плана эксперимента с натуральными значениями входных факторов и средними арифметическими результатами эксперимента представлена в табл. 3.
Таблица 3.
Матрица плана с натуральными значениями входных факторов и __________________результатами эксперимента__________________
№ опыта Входн фактор ые ы Значения звукоизоляции, дБ на среднегеометрических частотах, Гц
г2 гэ 250 500 1000 2000 4000 8000
VI, дБ ¥2, дБ ¥э, дБ ¥4, дБ ¥5, дБ ¥б, дБ
1 4 4 20 4,37 11,99 11,82 5,40 12,59 15,15
2 4 4 45 4,25 8,41 10,14 7,28 13,44 15,65
3 4 4 65 5,97 12,93 12,98 10,04 12,65 14,78
4 4 8 20 7,77 15,35 15,20 13,83 16,13 15,74
5 4 8 45 4,80 10,75 13,97 11,18 17,05 16,49
6 4 8 65 10,54 16,98 20,36 18,26 22,75 20,98
7 4 16 20 10,50 21,55 19,02 11,50 10,75 21,77
8 4 16 45 9,67 20,31 20,52 15,39 17,29 24,94
9 4 16 65 7,89 12,60 19,54 16,43 20,03 23,61
10 8 4 20 9,49 16,07 16,22 13,78 15,97 17,90
11 8 4 45 7,98 16,37 17,19 14,34 18,17 19,01
12 8 4 65 5,38 11,77 16,73 13,02 16,74 17,31
13 8 8 20 8,83 15,73 15,34 13,02 16,04 15,22
14 8 8 45 6,02 10,97 18,31 13,05 16,01 14,13
15 8 8 65 7,29 14,00 20,11 15,70 18,21 14,08
16 8 16 20 10,96 20,00 20,56 15,93 15,62 22,56
17 8 16 45 10,23 19,11 23,53 19,29 19,38 22,48
18 8 16 65 8,73 18,06 23,13 17,99 18,72 22,66
19 16 4 20 9,71 17,00 18,86 14,60 16,51 25,11
20 16 4 45 10,05 16,59 20,58 15,63 16,34 25,45
21 16 4 65 8,87 15,77 21,50 16,17 17,54 26,09
22 16 8 20 11,11 17,32 20,03 16,35 17,90 25,12
23 16 8 45 9,47 15,49 21,53 17,20 17,60 24,93
24 16 8 65 10,17 19,21 24,18 19,93 19,59 25,05
25 16 16 20 11,26 17,57 20,75 16,37 17,49 28,65
26 16 16 45 11,02 19,34 25,00 18,01 18,02 28,61
27 16 16 65 11,66 21,95 25,50 18,52 18,62 28,13
Для получения экспериментально-статистических моделей звукоизоляции конструкций из сотового поликарбоната был проведен регрессионный анализ полученных результатов эксперимента. Экспериментально-статистические модели звукоизоляции конструкций из сотового поликарбоната представлялись в виде следующего полинома второй степени:
У = Ьд + Ь^2 ^ + ^2^2 ^ Ь^2^ ^ ^2^1^2 ^ ^ ^23^2^3 ^ Ь\\2 1 ^ ^22^2 ^ Ь^2з , (3)
где Ь0 ---- свободный член, Ъ, Ь, Ъ, Ь12, Ь13, Ь23, Ьи, Ь22, Ьз
коэффициенты, оценивающие влияние входных факторов; ^, 22, 2 — натуральные значения входных факторов.
По результатам регрессионного анализа и отсеиванию незначимых коэффициентов были получены следующие уравнения регрессии на среднегеометрических частотах с доверительной вероятностью Р > 0,95 :
1. Для 250 Гц: ^ = 4,075 + 0,255^ + 0,237^,
2. Для 500 Гц: У2 = 14,862 - 0,085^ + 0,00622 + 0,02222,
3. Для 1000 Гц: У3 = 7,59 + 0,492^ + 0,736^ - 0,029^^ + 0,00622,
4. Для 2000 Гц: Г4 = 5,439 + 0,378^ + 0,33222 + 0,06223,
5. Для 4000 Гц: Г5 = 15,1 + 0,0052223,
6. Для 8000 Гц: У6 = 14,074 - 0,0442:22 + 0,0542^ + 0,044222,
Уровень значимости а всех уравнений меньше 0,05. Что говорит о том, что данные уравнения являются значимыми с вероятностью 95 %.
В ходе анализа полученных уравнений регрессии и построенных графиков звукоизоляции конструкций из сотового поликарбоната были выявлены следующие закономерности:
• в пределах исследуемых величин воздушный промежуток (фактор 2) оказывает слабое влияние на величину звукоизоляции;
• решающее значение на величину звукоизоляции оказывают толщина нижнего и верхнего листов сотового поликарбоната (факторы 2Х и ^);
• по полученным уравнениям регрессии можно спрогнозировать с надежностью 95 % величину звукоизоляции конструкций из сотового поликарбоната с воздушным промежутком в частотном диапазоне 250— 8000 Гц.
Список литературы:
1. Гагарин Д.Р. Малые реверберационные камеры УГЛТУ для испытания звукопоглощающих материалов и конструкций / В.Н. Старжинский, Д.Р. Гагарин // Материалы VII Всероссийской науч.-техн. конф. студентов и аспирантов УГЛТУ. — Урал. гос. лесотехн. ун-т. — Екатеринбург, 2011. — Ч. 2.— С. 194—197.
2. ГОСТ 26417-85. Материалы звукопоглощающие строительные. Метод
испытаний в малой реверберационной камере. М.: Издательство
стандартов, 1985. 15 с.
3. Сотовый поликарбонат // Википедия. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — иЯЬ: ЬйрУ/ги.^мИре&а.оге/ткд/Сотовый поликарбонат (дата обращения: 02.12.2012)
4. Старжинский В.Н. Акустические характеристики сотового поликарбоната / Старжинский В.Н., Гагарин Д.Р., Завьялов А.Ю., Совина С.В. // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века. Труды VI международного Евразийского симпозиума. — Урал. гос. лесотехн. ун-т.— Екатеринбург, 2011.— С. 332—335.
