PL72046B2.pdf

POLSKA

RZECZPOSPOLITA

LUDOWA

OPIS PATENTOWY

PATENTU TYMCZASOWEGO

72046

Patent tymczasowy dodatkowy

do patentu n r

KI. 42g,l/10

Zgłoszono:

18.08.1971 (P.150077)

Pierwszeństwo:

MKP GlOk 11/00

URZĄD

PATENTOWY

PRL

Zgłoszenie ogłoszono: 30.05.1973

CZYTELNIA

Opis patentowy opublikowano: 30.09.1974

Urzędu Pafentowem

Twórcy wynalazku: Michał Vogt, Stefan Czarnecki, Mieczysław Czecho¬

wicz

Uprawniony z patentu tymczasowego: Polska Akademia Nauk Instytut

Cybernetyki Stosowanej, Warsza¬

wa (Polska)

Sposób selektywnego pochłaniania fal akustycznych

Przedmiotem wynalazku jest sposób selektywne¬

go pochłaniania fal akustycznych mogący mieć za¬

stosowanie w dziedzinie zwalczania hałasu.

Stosowanie rezonatorów akustycznych do celów

zwalczania hałasu o widmie selektywnym opierało

się dotychczas na klasycznej teorii ich działania

opracowanej przez Helmholtza. Zgodnie z tą teorią,

działanie pochłaniające rezonatorów akustycznych

polega na przemianie energii akustycznej w energię

cieplną. Przemiana ta powstaje na wskutek istnienia

dużych prędkości akustycznych w wąskiej szyjce

rezonatora, a więc przy istnieniu dużego tarcia lep¬

kiego. Chłonność akustyczna rezonatora zależy od

stosunku oporności strat do oporności promieniowa¬

nia rezonatora i jest największa gdy oMe te opor¬

ności są sobie równe. Klasyczna interpretacja po¬

chłaniającego działania rezonatora sprowadza się

więc do rozpatrywania zjawisk zachodzących wy¬

łącznie w jego wnętrzu. Z tego też względu w do¬

tychczas stosowanych rezonansowych układach po¬

chłaniających używano wyłącznie rezonatorów Hem-

holtza o dużych stratach wewnętrznych, a nie wy¬

korzystywano rezonatorów ćwierćfalowych — po¬

siadających małe straty. Ponadto często zwłaszcza

w przypadku strojenia rezonatorów na niskie czę¬

stotliwości stosowano dodatkowo materiały pochła¬

niające w szyjkach rezonatorów dla zwiększeniaich

strat wewnętrznych. Tozaś eliminowało możliwość

stosowania takich rezonatorów w środowiskach

aktywnych Chemicznie, czy w zbyt wytsokieh tem-

peraturach powodujących szybkie zniszczenie tych

materiałów. Ponadto, rezonansowe ustroje pochła¬

niające konstruowane w oparciu o klasyczną teorię

działania rezonatorów nie dawały zwykle całkowi¬

tego pochłaniania .padającej fali akustycznej (współ¬

czynnik pochłaniania a=>l) lecz osiągały wartości

współczynnika pochłaniania rzędu 0,7 do 0,8.

(Wiadomym jest ponadto,że mechanizm pochłania¬

jący rezonatorów akustycznych nie ogranicza się

wyłącznie do strat powstających w ich wnętrzu lecz

polega w znacznej mierze na zjawisku kompensacji

fazowej powstającej na zewnątrz rezonatorów. Co

więcej, w przypadku stosowania rezonatorów o ma¬

łych stratach wewnętrznych, a więc np. rezonato¬

rów ćwierćfalowych luib rezonatorów Helmholtza

o krótkiej i szerokiej szyjce, działanie kompensa¬

cyjne jest wielokrotnie wiejkisze od działania absorp¬

cyjnego. Znana metoda kompensacyjna zwalczania

hałasu polega na tym, że naistniejące w przestrzeni

.pole akustyczne nakłada się drugie takie samo pole

lecz przesunięte w fezie o 180°. W wyniku tego na¬

stępuje znoszenie się obu pól.

DiLa zaistnienia całkowitej kompensacji w punkcie

muszą byt spełnione następujące warunki:

1) fala kompensowana i kompensująca muszą po¬

chodzić ze źródeł koherentnych,

2) obie fale muszą różnić się w fazie o nieparzy¬

stą wieloJmjtriość 180°,

3) amplitudy obu fal muszą być identyczne.

72046

72046

W przypadku (niedokładnego spełnienia warunku

2) lub 3) kompensacja nie jest całkowita. Dla uzy¬

skania całkowitej kompensacji fazowej w całej

przestrzeni konieczne jest spemiende -dodatkowego

warunku, a imiamawkie:

4) obie fale muszą rozchodzić się dokładnie w tym

samym kierunku.

Ten warunek bardzo komplikuje zagadnienie

praktycznego stosowania kompensacji do celów

zwalczania hałasu. Spełnienie tego warunku wyma¬

ga umieszczenia źródła fali kompensującej w tym

samym miejscu gdzie znajduje się źródło pierwot¬

ne. Z uwagi naduże, w porównaniu z długością fali,

wymiary rzeczywistych jest to niemożliwe do zre¬

alizowania i w praktyce otrzymuje się pole inter¬

ferencyjne.

Dotychczas wszelkie próby stosowania metody

kompensacji do celów zwalczania hałasu opierały

się na wykorzystaniu urządzeń elektroakustycznych.

Metoda t&, oprócz w/w wad, miała jeszcze tę, ze

sygnał pobierany z pola akustycznego miał jedy¬

nie charakter informacyjny i służył do sterowania

nowego, solnego źródła dźwięku /w celu uzyskania

fali koherentnej]. Tak więc do przestrzeni, gdzie

miała zachodzić kompensacja, doprowadzano dodat¬

kowo taką samą moc akustyczną jaką posiadała fa¬

la pierwotna. Ponieważ uzyskiwano jedynie zjawi¬

sko interferencji, więc obniżenie /poziomu dźwięku

w jednym obszarze odbywało się kosztem podwyż¬

szenia poziomu dźwięku w innych miejscach.

Zupełnie nowe perspektywy w dziedzinie zwal¬

czania hałasu metodą kompensacji stwarza wyko¬

rzystanie do tych celów akustycznych układów re¬

zonansowych. Podstawową zaletą /tych układów jest

to, że nie dostarczają one żadnej dodatkowej ener¬

gii do obszaru kompensacji lecz wykorzystują do

celów kompensacji część energii -pobraną z pola

akustycznego. Ponadto z uwagi na ich małe wy¬

miary poprzeczne, w porównaniu z długością fali,

pozwalają na lepsze spełnienie warunku czwartego,

a co za tym idzie, na zwiększenie obszaru kompen¬

sacji. Zasadniczą ich wadą, w odniesieniu do celów

zwalczania hałasu, jest to, że posiadają działania

wybitnie selektywne, co ogranicza ich zastosowanie

tylkodo pewnej klasyprzypadków.

Celem wynalazku jest opracowanie nowego spo¬

sobu selektywnego pochłaniania dźwięku, pozwala¬

jącego na uzyskiwanie bardzo dużego współczyn¬

nika pochłaniania układu rezonansowego, bez za¬

stosowania materiałów absorpcyjnych.

Cel ten osiągnięto przez wykorzystanie metody

kompensacyjnej z wykorzystaniem rezonatorów

akustycznych.

Istota wynalazku polega na tym, że rezonatory

akustyczne osadza się przesuwnie w otworach w

płycie odbijającej fale akustyczne z zachowaniem

takiej odległości między nimi, że ciśnienie akustycz¬

ne fali promieniowanej przez rezonatory jest rów¬

ne lub większe niż ciśnienie akustyczne fali odbitej

od płyty odbijającej. Następnie odsitraja się rezo¬

natory od częstotliwości rezonansowej aż do zrów¬

nania amplitudy ciśnienia akustycznego fali pro¬

mieniowanej przez rezonatory z amplitudą ciśnie¬

nia akustycznego fali odbitej od płyty, po czym

imienia się odległość między powierzchnią płyty

a wylotami rezonatorów przez wysunięcie rezonato¬

rów z otworów w płycie na tyle alby faza fali pro¬

mieniowanej przez rezonatory była przeciwna do

fali odbitej od płyty odbijającej. Sposób seiefctyw-

5 nego pochłaniania fal akustycznych według wyna¬

lazku pozwala na konstruowanie rezonansowych

układów pochłaniających posiadających zbliżony do

jedności współczynnik pochłaniania. Zaletą tych

układów jest to, że nie wymagają one stosowania

10 żadnych porowatych materiałów absorpcyjnych, co

sprawia, że można je stosować w środowiskach

aktywnych chemiczne, w miejscach narażonych na

działanie wysokich temperatur i w obecności me¬

diów poruszających się z bardzo dużymi prędkoś-

15 ciami.

Stosowanie tych układów w obecności wysokich

temperatur lub przy przepływach z dużymi pręd¬

kościami wymaga wprowadzenia -poprawek na wy¬

miary rezonatorów z uwagi na zmienione paranie-

20 try ośrodka.

Dodatkową zaletą tego sposobu jest wyjąUkowa

przydatność zastosowania w nim rezonatorów cha¬

rakteryzujących się znacznie prostszą konstrukcją

niż rezonatory Helmholtza.

25 Poniżej omówiony jest bardziej szczegółowo

przedmiot wynalazku.

Rezonator akustyczny umieszczony w polu aku¬

stycznym zostaje pobudzony do drgań. Wielkość

pobudzania* a co za tym idzie ilość przechwytywa-

30 nej z pola akustycznego i wypromieniowanej przez

Teżonator energii zależy od dostrojenia rezonatora

do częstotliwości pobudzającej. W przypadku pobu¬

dzania rezonatora na jego częstotliwości rezonanso¬

wej pobiera on z pola, a następnie wypromieniowu-

35 je maksimum energii przy czym fala wypromienio-

wywana przez rezonator posiada fazę ,przeciwną w

stosunku do fali padającej na rezonator. W przy¬

padku zmiany częstotliwości pobudzającej albo w

przypadku odstrajania rezonatora od stałej często-

40 tliwości pobudzającej ciśnienie fali wypromienio-

wywanej przez rezonator maleje wg krzywej rezo¬

nansowej, a jednocześnie zmienia się przesunięcie

fazy pomiędzy Mą padającą na rezonator a falą

promieniowaną przez niego. Tozjawisko wykorzy-

45 stywane jest do spełnianiawarunku amplitudy i fa¬

zy w wynalazku.

Sposób selektywnego pochłaniania fal akustycz¬

nych wykorzystuje zjawisko kompensowania się fal

promieniowanych przez zespół rezonatorów aku-

50 stycznych umieszczonych w płycie odbijającej z fa¬

lami odbitymi od tej płyty. Całkowite pochłanianie

fali akustycznej przez taki układ uzyskuje się wte¬

dy, gdy nastąpi całkowita kompensacja fal odbitych

od płyty z falami promieniowanymi przez rezonato-

55 ry. Dla uzyskania całkowitej kompensacji koniecz¬

ne jest spełnienie warunków identyczności ampli¬

tud obu fal i rozchodzenia się obu fal dokładnie w

tym samym kierunku. Spełnienie warunku fazy

i amplitudy uzyskuje się przez odpowiednie umie-

80 szczenię rezonatorów w płycie.

Dla spełnienia warunku amplitudy rezonatory

rozmieszcza się w płycie w takich odległościach

między sobą aby ciśnienie fali promieniowanej przez

rezonatory było większe albo równe ciśnieniu fali

65 odbitej od płyty. Dla stwierdzenia, które z ciśnień

72046

jest większe początkowo zamocowuje się rezonato¬

ry tak, aby ach otwory znajdowały się w płaszczyź¬

nie płyty odbijającej. Pomiar odległości węzłów lub

strzałek od płyty w powstałej między płytą a źród¬

łem dźwięku fali stojącej pozwoli ocenić, która fala

— promieniowana czy odłbiita — jest większa.

W przypadku gdy przeważa fala odbita od płyty,

zmniejsza się wzajemne odległości między rezona¬

torami.

Po stwierdzeniu, że w fali powracającej od ukła¬

du przeważa faffla promieniowana, odstraja się re¬

zonatory od częstotliwości fali padającej tak aby

uzyskać równość aimlplfitud ciśnień fali odbitej

od płyty i fali promieniowanej przez rezonatory.

Moment zrównania obu amplitud stwierdza się

przez pomiar fali powracającej od układu płyty

z rezonatorami. W momencie zrównania się obu

amplitud fala ta przyjmuje wartość minimalną

i następuje skokowa zamiana miejsc strzałek i węz¬

łów w falistojącej powstałej między układem a źró¬

dłem dźwięku.

Równocześnie ze zmianą ciśnienia fali promienio¬

wanej przez rezonatory przy ich odstrajamiiu, zmie¬

nia się różnica fazy między falą promieniowaną

a falą odbitą od płyty.

Dla spełnienia warunku fazy wysnwa się rezo¬

natory z płyty na taką odległość alby zniwelować

przesunięcie fazowe powstałe na skutek odstrojenia

rezonatorów. Spełnienie warunku fazy stwierdza się

przez pomiar fali powracającej od układu. W mo¬

mencie dokładnego spełnienia warunku fazy fala

.powracająca powinna zanikać zupełnie.

5 W przypadku gdyby fala ta nie znikała ziupełnie

wysuwa się rezonatory aby otrzymać minimalną

wartość tej fali, a następnie .powtarza się czynności

mające na celu spełnienie warunku amplitudy.

Zastrzeżenie patentowe

Sposób selektywnego pochłaniania fal akustycz¬

nych, znamienny tym, żerezonatory akustyczneosa¬

dza się przesuwnie w otworach w płycie odbijającej

15 fole akustyczne z zachowaniem takiej odległości

między nimi, że ciśnienie akustyczne fali promie¬

niowanej .przez rezonatory jest równe lufo większe

niż ciśnienie akustyczne fali odbitej od płyty odbi¬

jającej, następnie odstraja się rezonatory od często-

20 tliwości rezonansowej aż do zrównania amplitudy

ciśnienia akustycznego fali promieniowanej przez

rezonatory z amplitudą ciśnienia akustycznego fali

odbitej od płyty, po czym zmienia się odległość mię¬

dzy powierzchnią płyty a wylotami rezonatorów

25 przez wysunięcie rezonatorów z otworów w płycie

na tyle aby faza fali promieniowanej przez rezo¬

natory była przeciwna do fazy fali odbitej od pły¬

ty odbijającej.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: