Дослiджено розподiл рiвнiв звукового тиску в резонаторах Гельмгольца в широкому дiапазонi частот. Проведено комп'ютерне моделювання звукового поля в резонаторi методом кiнцевих елементiв та експериментальнi дослiдження. Встановлено наявнiсть багатьох резонансних частот в резонаторi та показано розподiл максимумiв i мiнiмумiв рiвнiв звукового тиску в об'ємi резонатора. Виявлено, що розподiл резонансних частот резонатора не вiдповiдає гармонiйному закону. Це дає змогу розглядати резонанснi властивостi резонатора аналогiчно до коливань мембрани чи дзвона. Друга резонансна частота резонатора в 6-9 раз вище першої резонансної частоти, що вiдповiдає резонансу Гельмгольца. Моделювання звукового поля в резонаторi показало наявнiсть вузлових лiнiй в розподiлi звукового тиску як в об'ємi резонатора так i горлi. Встановлено, що кiлькiсть вузлових лiнiй для перших частот на одиницю менша за номер резонанса. Спiльним для всiх розподiлiв є те, що при наближеннi точки вимiрювання до краю горла резонатора рiвень звукового тиску зменшується. Також при дослiдженнях встановлено, можливiсть створення резонансу лише в об'ємi резонатора без яскраво виражених вузлових лiнiй в горлi. Порiвняльний аналiз мiж експериментальними даними та даними комп'ютерного моделювання показав високий рiвень достовiрностi отриманих результатiв. Похибка в визначеннi резонансної частоти становила не бiльше 0,8 %. Даний факт дозволяє в подальшому при визначеннi звукового поля в системах резонаторiв користуватися комп'ютерним моделюванням замiсть ресурсозатратних експериментальних дослiджень. Наявнiсть багатьох резонансiв в резонаторi Гельмгольца дозволяє проводити побудову широкосмугових приладiв, що можуть базуватися на використаннi даного типу резонаторiвКлючовi слова: резонатор Гельмгольца, резонанснi частоти, звукове поле, метод кiнцевих елементiв UDC 534.2
Об'єктом дослідження є звукове поле від лінійних джерел звуку довкола шумозахисних екранів. Зменшення рівнів звуку за екраном в першу чергу обумовлено геометричними розмірами екрану та взаємним розташуванням екрана та джерела звуку. Впливу даних факторів приділялася велика кількість наукових публікацій. Однак проблемним місцем таких досліджень є те, що екрани вважались або повністю акустично жорсткими або звукопоглинальними. В даній роботі розглянуто ситуацію імпедансного екрану, що досить часто застосовується на практиці. Розрахунок поля довкола такого екрану проводився засобами комп'ютерного моделювання, що дозволяє легко змінювати величину акустичного імпедансу поверхні екрану. Для обчислення звукового поля довкола екрану було обрано метод скінченних елементів. Звукопоглинальні властивості екрана визначалися зміною акустичного імпедансу лицьової сторони екрана. При цьому екран залишався акустично непрозорим. Таким чином, було проведено аналіз впливу коефіцієнта звукопоглинання на звукове поле довкола екрана за різних висот екрану та відстані джерел звуку до екрана. Це дозволило отримати результати рівнів звукового тиску довкола екранів, що зустрічаються в інженерній діяльності. Проведені дослідження показали, що використання звукопоглинального облицювання шумозахисних екранів дозволяє збільшити їх ефективність. Виявлено, що чим ближче екран розташовано до джерела звуку, тим більший вплив його звукопоглинальних властивостей. Показано, що для низьких частот збільшення ефективності екрану за рахунок звукопоглинання може сягати величини 5 дБ. Отримані у ході дослідження результати можна використовувати при проектуванні шумозахисних екранів для зниження рівнів шуму від транспортних потоків. Особливо корисними отримані результати будуть при проектуванні екранів з висотами більше 4 м. Ключові слова: шумозахисний екран, дифракція звуку, зменшення рівня звуку, імпедансні властивості, звукопоглинальний екран.
This paper reports studying the reduction of traffic noise by rounded noise protection screens with finite sound insulation, that is, those that can pass sound. Almost all models of acoustic screens, which are examined by analytical methods, are either direct or such that disregard the passage of sound through the screen, that is, it is assumed that the screen sound insulation is non-finite. This approach made it possible to solve the problem for a simplified model analytically but made it impossible to analyze the required sound insulation of noise protection screens. In the current paper, the problem of investigating an acoustic field around the screen whose sound insulation is finite has been stated, that is, it was taken into consideration that a sound wave propagates through the body of the screen. In addition, a given problem considers a rounded screen, rather than vertical, which is also used in different countries. Such a problem was solved by the method of partial domains. This method has made it possible to strictly analytically build a solution to the problem by simplifying it to solving an infinite system of algebraic equations, which was solved by the method of reduction. The screen model was set by the values of the density and speed of sound in the screen material. This approach has made it possible to change the acoustic impedance of the screen material and thereby change the sound insulation of the screen. That has made it possible to quantify the effect of screen sound insulation on its effectiveness. It has been shown that the efficiency of noise protection screens with finite sound insulation is approaching the efficiency of acoustically rigid screens, provided that the screen's natural sound insulation is 13–15 dB greater than the estimated efficiency of the rigid screen. The study results could make it possible to more accurately assess the effectiveness of noise protection screens. Determining the screen acoustic efficiency would make it possible to set requirements for its sound insulation characteristics. That could make it possible to select the designs of noise protection screens with minimal physical parameters, such as thickness, weight, etc.
The object of research. Process of oscillation of the Helmholtz resonators. Investigated problem. Differences between some formulas for the calculation of the resonant frequency of the Helmholtz resonator and the most accurate of them were established. The effect of acoustic design on the Helmholtz resonator frequency value and influence of the attached air mass between the neck of the Helmholtz resonator and free field were investigated. The main scientific results. As a result of a numerical experiment, analytical ratios were obtained that allow obtaining the most accurate results. One of them is the most optimal for calculating the resonator resonant frequency in a free field, and in this case, less than 1 % inaccuracy level can be achieved, given that r/R<0.25. Other one allows to achieve the same low inaccuracy level for a resonator located in an acoustically rigid shield, given that r/R<0.25. Research has shown that the location of the resonator in an acoustically rigid shield leads to significant changes in natural resonance frequency value. The area of practical use of the research results. The detailed research of previously unexplored properties of resonators will make it possible to improve the algorithms for the development of metamaterials, to discover additional parameters with which it is possible to control the characteristics of the metamaterial. Scope of the innovative technological product. Such resonators are used as the basic elements in metamaterials, as structural elements of the sound-absorbing panels, in acoustic mufflers.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.