Передача звука через стенки канала

Акустический "прорыв" и "взлом" через стенки канала как важная проблема в инженерной акустике. Основные общие и отличительные признаки в физических процессах между акустическим прорывом/взломом в каналах и передачей звука через строящиеся части.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Передача звука через стенки канала

Акустический «прорыв» и «взлом» через стенки канала является важной проблемой в инженерной акустике. Одни из наиболее распространенных применений - в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) и прочие процессы течения газа в каналах (таких, как крупные промышленные глушители), где стенки трубопровода могут быть сделаны из достаточно тонкого листового металла. Внутренний шум передается через стенки вентиляционных каналов в офисы и другие помещения, здания и это может создавать проблемы [1,2], особенно на низких частотах. Боковая передача в изолированных трубопроводах и глушителях может быть частично вызвана тем прорывом и последующим взломом (в этом случае оно может быть названо передачей «обходного излучения» [3]). (Возможно) благотворное влияние, вызванное прорывом, является «естественным» ослаблением в неизолированных каналах [4], являющееся следствием прорыва шума и включает в себя уменьшение распространения звука внутри области. При условии, что прорыва не происходит в чувствительных к шуму областях, естественное затухание в канале может быть полезным способом уменьшения уровней звуковой мощности и в трубах большой длины. В трубах с плоскими стенками из листового металла эффекты прорыва и взлома особенно важны на низких и средних частотах.

Акустическое излучение потока газового трубопровода, например, вниз по течению от клапана регулирования давления - другой случай интереса. Здесь, толщина стенки, как правило, больше, чем у обычных металлических листов и поперечное сечение труб будет близко к круглому, с небольшим искажением часто встречаются в качестве круглых воздуховодов из листового металла. Высокочастотный шум, как правило, доминирует в излучаемом спектре, связанным с высоко упорядоченным режимом эффекта распространения шума внутри канала, вызванным окружными структурными колебаниями в стенке трубы [5]. Глушитель автомобиля «слой шума» является еще одним эффектом, связанным с прорывом шума через упругие стенки каналов. Это является одной из форм боковой передачи в обход прямого излучения шума глушителя.

Хотя есть много общего в физических процессах между акустическим прорывом / взломом в каналах и передачей звука через строящиеся части, различия в деталях между этими двумя явлениями привели к весьма различным подходам к моделированию, принятым большинством работников. В случае потенциальных частей, моделирование, как правило, основываются либо на вынужденной передаче волн в бесконечном ящике или форменной реакции в структуре с соответствующей форменной эффективностью излучения; статистический анализ энергии (САЭ) модели включают в себя как резонансные так и не резонансные реакции частей. Акустика пространств по обе стороны раздела может или не может быть включено в модель. Большинство моделей для прорыва стен труб принимают звуковое поле внутри канала, чтобы состоять из одного или более распространяющегося режима [6] (или жестких режимов канала или сочетания структурных / акустических режимов), в отличие от более или менее диффузного, отражающегося звукового поля, которое часто предполагается существующим в здании пространстве. Излучение звука из стены канала было смоделировано по трем направлениям: аналитически как источник излучения конечной длины прямых труб [7-9], как цилиндрический излучатель конечной длины (или эквивалентный цилиндрический) [9] или численно, используя метод конечных элементов (FE) анализа [9, 10]; все три типа модели были основаны на осевом направлении движения волн. Эти модели контрастируют с более популярными моделями для случая плоских прямоугольных частей, которые часто связаны с концепциями и терминологией извлечения из форменных клеточных моделей и влияние эффекта фазовой отмены, в сочетании с относительной структурной и акустической волновых чисел («угловые режимы», «режимы граней»,» поверхностные режимы»,» акустически быстрые»,» акустически медленные «режимы). В случае излучения звука из трубы, он обычно был достаточным для рассмотрения вынужденного волнового возбуждения стен каналов волнами, бегущими только в одном направлении. Аксиально-резонансный структурный или акустический эффекты обычно не играют важную роль в прорыве стенок труб, хотя и акустические резонансные и структурные эффекты в сечении плоскости канала очень важны. Концепция сочетания структурного / акустического режимов протока является полезной. Может быть показано, что эти режимы обычно подразделяются на две категории: «акустические» (где большая часть потока энергии в данном режиме находится в жидкости) или «структурный» (где большая часть потока энергии находится в структуре) [11, 12]. Такое сочетание режимов может быть использовано в выводах, чтобы представлять общее структурное поле жидкости [13, 14].

Структуры фюзеляжа самолета, кажется, на первый взгляд имеют некоторые общие черты со стенками труб из-за трубчатой формы самолетов, но здесь, гораздо более сложный характер структур самолета и различные пространственные масштабы и частотные диапазоны и более уместными оказываются другие различные методы моделирования. Часто, двойные перегородки из внешней оболочки и внутренней отделки, ограниченные стрингерами и рамами жесткости, рассматриваются в качестве отдельной группы или небольшой группы панелей из-за огромной сложности структур, участвующих в анализе всего целого. Методы анализа в целом имеют больше сходства с разделами строительства частей, чем те, что связаны с трубами.
Что может быть ранней попыткой предсказать прорыва стены канала или взлом, кратко описываются Алленом [15], на основе принципов, используемых в строительной акустике и не действительны в области низких частот, где эти явления являются наиболее выраженными. В случае прорыва, существует несколько причин для этого. В частности, разница между неявно предполагаемой и фактической эффективностью излучения стенок вентиляционных каналов несет ответственность, и поэтому предполагаются размытости падающего звукового поля. Прогноз значительно расходится с данными измерений, особенно в плане зависимости потери стенки от частоты при передаче. Подобные недостатки проявляются в случае взлома формуле, приведенной в [15]. Тематическая формула Аллена, однако, не сильно ошибается при высоких частотах, по крайней мере, для прямоугольных каналов. Webb [1] и Sharland [2] также акцентируют внимание на прорыв. Sharland цитирует формулу Аллена, но справедливо указывает, что она будет переоценивать звуковую мощность, излучаемую стенками круглых воздуховодов на низких частотах.

Геометрия поперечного сечения я протока оказывает большое влияние на прорыв и взлом характеристик. Три наиболее распространенных формы сечения воздуховодов показаны на рисунке 1: прямоугольные, «плоскоовальные» (имеющие две противоположные плоские стены и две противоположные полукруглые изогнутые стены и изготовленные из одного протока, изначально круглого сечения) и круговые.

акустика прорыв инженерный звук

Рис. 1. Формы поперечного сечения воздуховодов.

Трубы с идеально круглым поперечным сечением имеют очень высокие потери TL на низких частотах, и они поначалу уменьшаются монотонно с возрастанием частоты, так долго, как только плоский внутренний акустический режим может распространяться. Распространение высоко упорядоченного внутреннего режима в сочетании с более высоким структурным режимом возбуждения и / или резонансный звон стены протока, усложняют форму кривой Т.Л., равно как и влияния наложения волн. Однако, как правило, имеется незначительная проблема прорыва или взлома на практике в круглых воздуховодах, так долго, пока их сечение остается близким к круглому. Искажение от круглости может привести к эффекту «режим связи», при котором плоский внутренний акустический режим возбуждает высший структурный режим в искаженном круговом канале, значительно повысив мощность излучения звука и понижение TL. Ряд авторов (см., например, ссылки [10,16-19]) отметили это. Трубы с сечением близким к круглому могут иметь более низкие потери TL в стенках, чем можно было бы ожидать, исходя из теории плоского режима, если низкие внутренние акустические перекрестные режимы сильно возбуждены в некоторой точке в канале, даже если это может и не распространяться. Ожидаются изгибающий режим во всей трубе и мощность значительного звукового излучения, как показали Кун и Morfey [20]. Трубы с прямоугольным сечением, как правило, имеют самые низкие TL прорыва всей стенки на низких частотах, так как структурные реакции на внутренние звуковое поле довольно сильны. Каммингс [21,22] и Гатри [23] исследовали это. Трубы с плоским овальным сечением может быть, от простой точки зрения, можно использовать, чтобы отобразить TL характеристики прямоугольных и круглых воздуховодов. Это может показаться удивительным (т.к. простая точка зрения редко рисует всю картину), это так. Низкочастотные характеристики TL плоских овальных труб такие же, как и у прямоугольных каналов, а также отображение резонанса как у круглых труб на ожидаемой частоте для кругового протоке того же диаметра как у трубы с кругло изогнутыми сторонами. Каммингс и Чжан [24, 25] сравнили как упрощенную аналитическую, так и численную модели TL для измеренных данных, а также описали модели для распространения звука в жестких плоскоовальных волноводах [26].

Различные аналитические и численные методы были задействованы в моделировании прорыва и взлома стенок трубы. Каммингс и др. [8, 10, 11, 21, 22, 24, 27] применяют ряд приближенных аналитических методов моделирования труб с прямоугольным, круглым и искаженным плоскоовальным сечением. Упрощения, сделанные в моделях, включают квази-одномерные аппроксимации для звуковых полей в протоках, пренебрежение структурной / а...