Акустическое глушение — это процесс снижения шума машин путем гашения вибраций , чтобы они не достигали наблюдателя. Машины вибрируют, вызывая звуковые волны в воздухе, гидроакустические волны в воде и механические напряжения в твердых телах. Глушение достигается путем поглощения энергии вибрации или минимизации источника вибрации. Она также может быть перенаправлена в сторону от наблюдателя.
Одной из основных причин разработки методов акустического глушения было сделать подводные лодки труднообнаружимыми для гидролокаторов . Эта военная цель середины и конца двадцатого века позволила адаптировать технологию ко многим отраслям и продуктам, таким как компьютеры (например, технология жестких дисков ), автомобили (например, крепления двигателей) и даже спортивные товары (например, клюшки для гольфа [1] ).
Аспекты акустического глушения
Когда целью является акустическое глушение, можно рассмотреть ряд различных аспектов. Каждый аспект акустики может рассматриваться отдельно или в совокупности, так что результатом будет минимизация восприятия шума наблюдателем.
Акустическое шумоподавление может включать:
Генерация шума: путем ограничения шума в его источнике,
Симпатические колебания: путем акустической развязки,
Резонансы: путем акустического демпфирования или изменения размера резонатора,
Передача звука: путем уменьшения передачи с использованием многих методов (в зависимости от того, осуществляется ли передача через воздух, жидкость или твердое тело), или
Отражение звука: ограничение отражения с использованием различных методов, например, путем использования акустических поглощающих (глушающих) материалов, улавливания звука, открытия «окна» для выхода звука и т. д.
Анализируя всю последовательность событий, от источника до наблюдателя, инженер-акустик может предоставить множество способов сделать машину тише. Задача состоит в том, чтобы сделать это практичным и недорогим способом. Инженер может сосредоточиться на замене материалов, использовании демпфирующего материала, изоляции машины, работе машины в вакууме или работе машины медленнее.
Методы успокоения
Механическое акустическое глушение
Звукоизоляция : Шумоизоляция изолирует шум, чтобы предотвратить его распространение из одной области, используя барьеры, такие как поглощающие материалы, чтобы задерживать звук и вибрационную энергию. Пример: при строительстве домов и офисов многие строители устанавливают звукоизолирующие барьеры (например, стекловолоконный ватин ) в стенах, чтобы заглушить передачу шума через них.
Поглощение шума : в архитектурной акустике нежелательные звуки могут поглощаться, а не отражаться внутри комнаты наблюдателя. Это полезно для шумов без точечного источника и когда слушателю нужно слышать звуки только от точечного источника, а не отражения эха. Пример: в студии звукозаписи звукоизоляция достигается с помощью басовых ловушек и безэховых камер . Уоллесу Сабину , американскому физику, приписывают изучение реверберации звука в 1900 году, а Карл Айринг пересмотрел свои уравнения в 1930 году [2] для Bell Labs . Другим примером является широкое использование подвесных потолков и акустической плитки в современных офисных зданиях с высокими потолками. Корпуса подводных лодок имеют специальные покрытия , поглощающие звук.
Акустическое демпфирование : Виброизоляция предотвращает передачу вибрации за пределы устройства в другой материал. Демпфирующие опоры достигли прогресса в отрасли, чтобы обеспечить вибрационное сопротивление во многих степенях свободы . Последние достижения включают в себя амортизаторы, демпфирующие по крайней мере в шести степенях свободы. [3] Акустическое демпфирование также используется в сейсмической защите зданий. Двигатели и вращающиеся валы обычно оснащаются этими опорами в точках, где они контактируют со зданием или шасси большой машины.
Акустическая развязка : некоторые части машины могут быть сконструированы так, чтобы не допустить получения рамой, шасси или внешними валами нежелательных вибраций от движущейся части. Пример: Volkswagen зарегистрировал патент на «акустически развязанное днище для автомобиля». [4] Другой пример: Western Digital зарегистрировал патент на «акустический виброразвязчик для узла подшипника поворота дискового привода ». [5]
Предотвращение срывов : Всякий раз, когда машина подвергается аэродинамическому срыву , она начинает резко вибрировать.
Предотвращение кавитации : Когда машина контактирует с жидкостью, она может быть подвержена кавитации . Звуки лопающихся пузырьков газа являются источником шума. Корабли и подводные лодки , винты которых кавитируют , более уязвимы для обнаружения гидролокатором .
Предотвращение гидравлического удара : В гидравлике и сантехнике гидравлический удар является известной причиной выхода из строя трубопроводных систем. Он также создает значительный шум. Клапан , который резко открывается или закрывается, является наиболее распространенной причиной гидравлического удара.
Поглощение ударов : автомобильные амортизаторы не только используются для предотвращения передачи механических ударов пассажирам автомобиля, но и играют важную роль в смягчении ударов.
Уменьшение резонанса : По сути, любой кусок металла или стекла имеет определенные частоты, на которых он восприимчив к резонансу. Машина, которая резонирует, будет производить огромный шум. Резонанс также происходит в закрытых помещениях, например, когда эхо отражается в окарине или трубе органа .
Выбор материала : выбирая неметаллические компоненты, можно свести к минимуму передачу звука и вибраций. Например: вместо использования жестких латунных фитингов машина, использующая гибкие пластиковые фитинги, может быть намного тише. В некоторых случаях воздух может быть откачан из машины и герметично запечатан , вакуум внутри становится барьером для передачи звука. В случаях, когда пористые пластиковые материалы используются в акустических приложениях, пористость пластика регулируется либо для ослабления определенных длин волн, либо для минимальной потери звука в крышке решетки динамика. [6]
Успокоение для определенных наблюдателей
Подводная акустика : Все вышеперечисленные типы акустического глушения применяются к подводным лодкам. Кроме того, подводная лодка может использовать тактику, которая не позволяет звукам достигать слушателя на определенной глубине океана. Работая ниже глубины оси звукового канала , где скорость звука в воде самая низкая, подводная лодка может предотвратить обнаружение надводными кораблями, если только эти корабли не используют оборудование, такое как буксируемая антенная решетка и/или подводный беспилотник, для размещения гидрофонов ниже оси звукового канала.
Преломление звука : Так же, как подводная лодка может использовать преломление, чтобы скрыть свою акустическую сигнатуру от надводных судов, тот же принцип преломления звука может быть использован, чтобы помешать некоторым наблюдателям слышать шум. Например, внешний наблюдатель, находящийся близко к земле, будет ощущать преломление звуковых волн по направлению к нему , когда земля холоднее окружающего воздуха, и от него , когда земля горячее воздуха.
Перенаправление звука : Один из очевидных способов снизить уровень принимаемого наблюдателем звука — это поместить наблюдателя вне пути звуков с самой высокой амплитудой. Например, в области вокруг реактивного двигателя можно ожидать , что уровни звуковой мощности будут наибольшими (т. е. самыми громкими) непосредственно на линии выхлопа реактивного двигателя. Наблюдения перпендикулярно выхлопу будут значительно тише.
Электронный контроль вибрации : Электроника, датчики и компьютеры теперь используются для снижения вибрации. Используя высокоскоростную логику, вибрации можно быстро и эффективно гасить, противодействуя движению до того, как оно превысит определенный порог.
Электронный контроль шума : Электроника, датчики и компьютеры также используются для подавления шума с помощью фазовой компенсации , которая сопоставляет амплитуду звука с волной противоположной полярности . Этот метод использует использование активного звукогенерирующего устройства, такого как громкоговоритель, для противодействия окружающему шуму в области. См. шумоподавляющие наушники . Работники в шумной среде могут предпочесть этот метод берушам.
Шумоподавление : В звуковом и видеооборудовании шумоподавление — это процесс удаления шума из сигнала. Это касается строго электронного шума или шума, который был обнаружен и переведен в электронную форму.
Шумоподавление : Если и шум, и сигнал принимаются электронным или цифровым носителем, шум может быть отфильтрован из сигнала электронным способом и передан повторно без шума. См. микрофон с шумоподавлением . Пилоты вертолетов полагаются на эту технологию, чтобы говорить по радио.
