Как сделать шумопоглощающие экраны
Обновлено: 07.07.2024
Вот причина, по которой вы слышите машины даже через шумозащитные экраны
Шумозащитные экраны с годами стали привычным антуражем, расставленным вдоль загруженных магистралей. Их можно увидеть как в городе, так и за городом – вдоль загруженных магистралей, защищающих жителей поселков от нескончаемого гула вечно спешащего автотранспорта. Применяют экраны и около железнодорожных насыпей. Обитые жестью, пластиковые, комбинированные, прямые, как заборы, и вогнутые внутрь. В общем, они совершенно разные, но применяются с единой целью – оставить шум внутри, не дать ему распространиться на километры по периметру.
Смотрите также: Как работают очки против укачивания, разработанные Citroen?
Причем если подойти к озерцу, которое находится буквально в паре десятков метров от трассы, шелест колес по асфальту и звук работающих двигателей определенно слышатся меньше. Как так получается? Очень странный эффект! Догадки, конечно, были, но напрягать мозги в выходные было лень, поэтому, уехав обратно в Москву, несколько дней к ряду я даже не вспоминал о внезапно появившейся тайне.
Но бывают же совпадения в этой жизни. Оказывается, с подобным явлением столкнулся не только я, но и жители частных домов в Подмосковье. Феномен можно обнаружить везде, а его изучением даже занимаются специалисты. Статью об этом написали на одном американском автомобильном сайте, и после ее прочтения вся мозаика сложилась в моей голове. Спешу поделиться данными с нашими читателями.
Все дело в физике распространения звуковой волны. Вот как расходится звук согласно графику, основанному на данных Департамента транспорта штата Висконсин:
Как видно на графике, наиболее эффективно работа заграждения прослеживается на максимальном приближении к барьеру. При этом стоять нужно непосредственно за ним. На определенном расстоянии, примерно до 80 метров в низине, плотный забор действительно будет уменьшать звук. Хотя, как видно на представленном графике, его эффективность на расстоянии до 100 метров будет постоянно уменьшаться. То есть звук в 100 метрах за забором будет слышаться отчетливее.
Но самое интересное начнет происходить над кромкой забора. Оказывается, при определенных углах атаки звуковой волны шум от дороги может даже усиливаться!
Тому есть объяснение:
Часть звуковой волны поглощается, часть отражается от стены, а часть передается через твердую поверхность пластиковой или жестяной стенки. Некоторая часть звука поднимается выше барьера и дифрагирует (отклоняется от законов геометрической оптики при распространении волн), в итоге попадая в приемник, то есть в наши с вами уши.
При определенных погодных условиях звук на расстоянии может даже усиливаться. Это легко проверить, если встать с наветренной стороны. Звук будет доходить до вас четче, кроме того он будет громче в среднем на 5 децибел.
А вот, например, ранним утром, когда земля еще прохладная, а окружающий воздух начинает прогреваться, звуковая волна, обычно отталкиваемая от поверхности земли вверх, наоборот, будет проходить ниже. В соответствии с законами физики она будет преломляться вниз, в результате чего человек, стоящий на удалении в 150-300 метрах, также будет слышать его более отчетливо.
Те же, кто находится на возвышенности или на верхних этажах зданий, будут получать еще больше звуковых волн в свои уши. Им повезло меньше всего.
Но знаете, что странно? Оказывается, есть немало иных инженерных сооружений, которые готовы подавлять шум не хуже стенок вдоль дорог, но стоят они дешевле. Эксперты по всему миру уже не раз заводили об этом разговор.
В общем, варианты есть. Кстати, вот как работают шумопоглощающие панели:
Шумозащитный экран — конструкции и сооружения, призванные уменьшить негативное шумовое воздействие на окружающую застройку, в том числе жилую, а также прилегающую территорию. Является основным способом защиты от повышенного шумового воздействия, исходящего от транспорта на оживленных автомагистралях, железнодорожных путях, а также от производств. Шумозащитные экраны защищают от звуковых волн от строительных участков, установок кондиционирования и вентиляции. В связи со своей высокой стоимостью чаще устраиваются в крупных населенных пунктах.
Конструктивно шумозащитный экран представляет собой панель с заполнением из шумопоглощающего или шумоотражающего материала высотой 2–6 метров. Полотно закрепляется на металлические стойки и крепится к фундаменту, как правило, из бетона. Для улучшения характеристик экрану придается наклон в сторону источника шума, или же загибается его верхняя часть. Таким образом, уменьшается угол выхода шума и соответственно уровень его воздействия. Шумозащитные экраны устраиваются в непосредственной близости от источника шума, т.е по краю проезжей части, железнодорожных путей, цехов и депо, строительных участков. Достаточная высота шумозащитного экрана определяется расчётом. Для достижения требуемых характеристик важно не допускать разрывов и зазоров в конструкции.
Шумозащитные экраны подразделяются на три типа по способу защиты от шума:
К шумопоглощающим относится экраны, панели которых заполненные звукопоглащиющим материалом, например базальтовой ватой, пенопластом, а также плитами, различными по своим составам и характеристикам. Как правило, со стороны источника шума шумопоглощающие экраны покрыты перфорированным металлическим листом или материалом, имеющим перфорацию, а также различного рода отверстия для улучшения вхождения звука в панель и последующего поглощения его кинетической энергии.
Шумоотражающий экран представляет собой панель с заполнением из поликарбоната, одинарного металлического листа или прочего жесткого материала. В отличие от других типов он не поглощает звуковую волну, а отражает её большую часть, возвращая ее к источнику шума. По этой причине, источник шума, и сторона, противоположная от защищаемого объекта получает повышенную шумовую нагрузку. В связи с этим область его применения ограничена. К примеру, при возведении шумозащитных экранов вдоль железной дороги или автострады, необходимо, чтобы волна звука не возвращалась к поездам или автомобилям, чего рассматриваемых тип экрана обеспечить не может. К достоинствам экранов данного типа можно отнести сравнительно не высокую стоимость.
Шумозащитные экраны комбинированного типа отличаются наличием двух или же более видов панелей в нем. Самое частое сочетание — это шумопоглощающие панели, сделанные на основе поликарбоната и перфорированные панели.
Шумозащитные экраны подразделяются на четыре типа по светопроницаемости:
‒ с прозрачными вставками.
Для прозрачных и тонированных экранов используется в основном оргстекло. Для непрозрачных звукопоглощающих экранов используется многослойное стекло или перфорированный металлический лист с звукопоглощающей задней стенкой.
Прозрачные барьеры позволяют не нарушать облик города, а также повысить безопасность движения за счет большего угла обзора, лучшей освещенности трассы; водители и пешеходы могут визуально наблюдать известные им городские ориентиры. Комбинированные экраны с прозрачными вставками уменьшают усталость, так как однотонность трассы негативно сказывается на реакции водителей, более того, водитель может уснуть за рулем или не ощущать реальной скорости движения
Принцип действия шумозащитных экранов.
Шумозащитные экраны создают препятствие на пути волн звука, не давая им распространяться. Материалы, из которых делают шумозащитные экраны: акрил, разные виды композитных материалов, монолитный поликарбонат. В больших городах и мегаполисах из этих материалов делают вертикальные стенки, строящиеся вдоль автодорог, аэровокзалов, железнодорожных путей и различных производств в тех случаях, когда они находятся в зонах обитания людей.
Шумозащитный экран создает собой зону с акустической тенью. Для того, чтобы создать эффект барьера, не позволяющего шумовым волнам проникать внутрь территории, объекты, необходимые для защиты нужно размещать ниже, чем эта тень, то есть в вертикальной проекции. Таким образом, если провести воображаемую линию от вершины экрана до источника шума, то объект защиты не должен по высоте до нее доходить.
Основные термины (генерируются автоматически): экран, источник шума, высокая стоимость, материал, панель, перфорированный металлический лист, сторона источника шума.
Шумозащитные экраны в Нижнем Новгороде предназначены для защиты населения от вредного звукового воздействия, исходящего от автомобильных и железнодорожных магистралей, строительных площадок, промышленного оборудования и других источников шума. При проектировании акустического экрана следует учитывать особенности местности, перепады дорожного полотна, крутые спуски и подъемы, резкие повороты.
Сэкономим за счет
оптимального подбора продукции
согласно проекту
Работаем
по всей России
и в странах СНГ
Мы выполняем весь комплекс работ:
- устройство фундаментов;
- изготовления конструкций шумозащитных экранов;
- монтаж конструкций экранов.
Конструктивные решения
Наклонные стойки
с одним изгибом (СУ)
Наклонные стойки
с двумя изгибами (СУ1)
Форму шумозащитного экрана определяет стойка. Стойка – несущая металлическая конструкция, которая несет основную нагрузку. Стойка покрывается горячим цинком, обеспечивая качественную защиту металлических деталей конструкции от коррозийного воздействия. Толщина защитного слоя цинкового покрытия не менее 80 мкм. По согласованию с заказчиком, допускается их цветное полимерное покрытие по ГОСТ 9.410-88.
Вдоль стойки организованы пазы для фиксации шумозащитных панелей. В нижней части стойки имеется фланец для крепления к фундаменту. В верхней части стойки имеются ограничители для того, чтобы экран был зафиксирован. Сверху на стойках устанавливаются крышки, предохраняющие стойки от попадания мусора и осадков.
Типы шумозащитных панелей
Шумопоглощающие панели (непрозрачные)
Выполнены в виде непрозрачных панелей с перфорированными отверстиями. Поверхность экрана принимает звуковую волну и погашает ее, пропуская внутрь.
Шумоотражающие панели (непрозрачные)
Выполнены в виде непрозрачных глухих панелей. Поверхность экрана отражает звуковую волну, возвращая ее к источнику звука
Устойчивы к механическим повреждениям и как правило, такие панели размещаются в первом ряду от земли или дорожного полотна
Шумоотражающие панели (прозрачные)
Поверхность экрана отражает звуковую волну, возвращая ее к источнику звука
Прозрачный экран снижает ощущение замкнутости пространства при высоких показателях звукоизоляции. Эстетически привлекательны, вписываются в любой тип застройки
Характеристики шумозащитных панелей
Индекс изоляции воздушного шума, дБ
Длина, высота и форма шумозащитного экрана определяется проектной документацией из условия обеспечения требуемой акустической эффективности.
Цветовая палитра шумозащитных экранов
По желанию Заказчика возможно изготовление панелей с другими оттенками по шкале RAL. Образцы цветовых решений:
Американские инженеры предложили способ шумоизоляции. Он отличается от привычных звукопоглощающих панелей. Это — напечатанное на 3D-принтере пластиковое кольцо.
Классические шумопоглощающие панели преграждают путь акустическим волнам и гасят звуковую энергию, часть которой преобразуется в тепло. Из-за особенностей конструкции и используемых материалов такие панели практически не пропускают воздух.
Принцип работы метаматериала основан на резонансе Фано. При интерференции двух волн их энергия распределяется асимметрично. В результате в одной точке пространства звуковое давление повышается до максимальных значений, а в другой — снижается практически до нуля.
Такого распределения акустических волн исследователям из Бостонского университета удалось добиться при помощи специальной формы метаматериала — внутри кольца находится спиральный канал, по которому проходит звук. Акустические волны в этом канале отражаются от стенок, вступают в резонанс Фано и затихают.
Авторы технологии разработали прототип устройства, который распечатали на 3D-принтере и установили на трубу из поливинилхлорида, на другом конце которой расположили динамик. И хотя конец трубы с кольцом оставался открытым более чем наполовину, проходящий через него звук становился заметно тише — в действии можно увидеть в этом видео:
Достоинства и недостатки
Второе достоинство — низкая себестоимость. Устройство можно изготовить из любого пластика, и оно не требует особых дорогостоящих материалов. Например, авторы технологии использовали для создания прототипов стандартный для 3D-принтеров АБС-пластик и эпоксидную смолу.
Но у изобретения есть очевидный недостаток — потребность в индивидуальном расчёте. Каждое устройство проектируется под конкретные частоты и размеры, поэтому массово создавать универсальные кольца не получится.
Аналоги изобретения
Направление акустических метаматериалов развивается уже на протяжении нескольких лет. И работают в этой области не только исследователи из Бостона. В качестве аналога можно привести устройство инженеров из Франции — в 2016 году они создали панель толщиной в 1 см, блокирующую низкие частоты. Обычно для подавления низких частот требуются панели толщиной до 10 см.
Французское изобретение состоит из рядов небольших камер-резонаторов Гельмгольца, которые заглушают проходящие звуки. По словам авторов решения, его можно использовать для шумоизоляции в зданиях и транспорте — панели занимают мало места и немного весят, но при этом блокируют почти 100% звуков.
Ещё один акустический метаматериал разработали в Университете Южной Калифорнии. Он представляет собой решетчатую структуру из пластика с частицами железа, созданную при помощи 3D-принтера. Под воздействием магнитного поля эти частицы перемещаются, что меняет структуру материала и его акустические характеристики.
Фото Shunichi kouroki / CC BY
Выводы
Считается, что разработки в сфере акустических метаматериалов расширят возможную область применения звукоизоляции. Исследователи ожидают, что инновации в сфере шумопоглощения помогут сделать городской экосистему более комфортной: метаматериалы можно будет использовать для строительства шумозащитных экранов вдоль крупных автомагистралей.
Читайте также: