Акустическое шумоподавление — это процесс снижения шума оборудования путем гашения вибраций , чтобы они не доходили до наблюдателя. Машины вибрируют, вызывая звуковые волны в воздухе, гидроакустические волны в воде и механические напряжения в твердых веществах. Успокаивание достигается за счет поглощения вибрационной энергии или сведения к минимуму источника вибрации. Его также можно перенаправить от наблюдателя.
Одной из основных причин разработки методов акустического подавления было затруднение обнаружения подводных лодок с помощью гидролокатора . Эта военная цель середины и конца двадцатого века позволила адаптировать технологию для многих отраслей и продуктов, таких как компьютеры (например, технология жестких дисков ), автомобили (например, крепления для двигателей) и даже спортивные товары (например, клюшки для гольфа ). 1] ).
Аспекты акустического шумоподавления
Когда целью является акустическое подавление шума, можно учитывать ряд различных аспектов. Каждый аспект акустики можно рассматривать отдельно или вместе, чтобы в результате восприятие наблюдателем шума было сведено к минимуму.
Акустическое шумоподавление может учитывать:
Генерация шума: путем ограничения шума в его источнике,
Симпатические вибрации: за счет акустической развязки,
Резонансы: за счет акустического демпфирования или изменения размера резонатора,
Передача звука: путем уменьшения передачи с использованием многих методов (в зависимости от того, происходит ли передача через воздух, жидкость или твердое вещество) или
Отражения звука: путем ограничения отражения с помощью многих методов, например, с помощью акустопоглощающих (заглушающих) материалов, улавливания звука, открытия «окна» для выхода звука и т. д.
Анализируя всю последовательность событий, от источника до наблюдателя, инженер-акустик может предложить множество способов успокоить машину. 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 замедлении работы машины.
Методы успокоения
Механическое акустическое шумоподавление
Звукоизоляция : Шумоизоляция изолирует шум, чтобы предотвратить его распространение из одной области, используя барьеры, такие как звукопоглощающие материалы, для улавливания звука и вибрационной энергии. Пример: при строительстве домов и офисов многие строители устанавливают в стенах звукоизоляционные барьеры (например, стекловолоконный ватин ), чтобы заглушить передачу шума через них.
Шумопоглощение . В архитектурной акустике нежелательные звуки могут поглощаться, а не отражаться внутри комнаты наблюдателя. Это полезно для шумов без точечного источника и когда слушателю необходимо 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 на другой материал. В отрасли появились демпфирующие опоры, обеспечивающие виброустойчивость при многих степенях свободы . Последние достижения включают в себя амортизаторы ударов, демпфирующие как минимум шесть степеней свободы. [3] Акустическое демпфирование также используется для защиты зданий от сейсмических ударов . Двигатели и вращающиеся валы обычно оснащаются этими креплениями в точках их контакта со зданием или шасси большой машины.
Акустическая развязка : некоторые части машины могут быть сконструированы таким образом, чтобы рама, шасси или внешние валы не подвергались нежелательным вибрациям от движущихся частей. Пример: Volkswagen зарегистрировал патент на «акустически изолированное днище автомобиля». [4] Другой пример: Western Digital зарегистрировала патент на «акустическую виброразвязку для узла шарнирного подшипника дисковода ». [5]
Предотвращение срывов : всякий раз, когда машина подвергается аэродинамическому срыву , она начинает резко вибрировать.
Предотвращение кавитации : когда машина находится в контакте с жидкостью, она может быть подвержена кавитации . Источником шума является звук взрывающихся пузырьков газа. Корабли и подводные лодки с кавитирующими винтами более уязвимы для обнаружения гидролокаторами .
Предотвращение гидравлического удара . В гидравлике и сантехнике гидравлический удар является известной причиной выхода из строя трубопроводных систем. Это также создает значительный шум. Клапан , который резко открывается или закрывается, является наиболее распространенной причиной гидравлического удара.
Амортизация : так же, как автомобильные амортизаторы используются для предотвращения воздействия механических ударов на пассажиров автомобиля, они также важны для смягчения ударов.
Уменьшение резонанса . По сути, любой кусок металла или стекла имеет определенные частоты, на которых он подвержен резонансу. Машина, которая резонирует, будет издавать огромный шум. Резонанс также возникает в закрытых помещениях, например, когда эхо отражается в окарине или трубе органа .
Выбор материала . Выбор неметаллических компонентов позволяет свести к минимуму передачу звука и вибраций. Например: вместо использования жестких латунных фитингов машина, использующая гибкие пластиковые фитинги, может работать намного тише. В некоторых случаях воздух можно откачать из машины и герметично закрыть , при этом вакуум внутри становится барьером для передачи звука. В тех случаях, когда в акустических приложениях используются пористые пластиковые материалы, пористость пластика регулируется либо для демпфирования волн определенной длины, либо для минимальных потерь звука в крышке решетки динамика. [6]
Умиротворение для конкретных наблюдателей
Подводная акустика : Все вышеперечисленные типы акустического шумоподавления применимы к подводным лодкам. Кроме того, подводная лодка может использовать тактику, которая не позволяет звукам достигать слушателя на определенной глубине океана. Действуя ниже глубины оси звукового канала , где скорость звука в воде минимальна, подводная лодка может предотвратить обнаружение надводными кораблями, если только эти корабли не используют такое оборудование, как буксируемая антенная решетка и/или подводный дрон для размещения гидрофонов ниже глубины. ось звукового канала.
Преломление звука . Точно так же, как подводная лодка может использовать преломление, чтобы скрыть свою акустическую сигнатуру от надводных судов, тот же принцип преломления звукаможно использовать, чтобы не дать некоторым наблюдателям услышать шум. Например, звуковые волны, находящиеся вблизи земли, будут преломляться в сторону наблюдателя, находящегося под открытым небом , когда земля холоднее окружающего воздуха, и в сторону от него, когда земля горячее воздуха.
Перенаправление звука . Один из очевидных способов снизить уровень принимаемого наблюдателем звука — убрать наблюдателя с пути звуков самой высокой амплитуды. Например, можно ожидать, что в зоне вокруг реактивного двигателя уровни звуковой мощности будут самыми большими (т. е. самыми громкими) непосредственно на линии выхлопа реактивного двигателя. Наблюдения перпендикулярно выхлопу были бы значительно тише.
Электронный контроль вибрации . Для снижения вибрации теперь используются электроника, датчики и компьютеры. Используя высокоскоростную логику, вибрации можно быстро и эффективно подавлять, противодействуя движению до того, как оно превысит определенный порог.
Шумоподавление . В звуковом и видеооборудовании шумоподавление — это процесс удаления шума из сигнала. Это относится исключительно к электронному шуму или шуму, который был обнаружен и переведен в электронную форму.
Шумоподавление : если и шум, и сигнал принимаются электронным или цифровым носителем, шум можно отфильтровать из сигнала электронным способом и повторно передать без шума. См. микрофон с шумоподавлением . Пилоты вертолетов полагаются на эту технологию, чтобы говорить по радио.
