В Э Абракитов - Глобальная научная теория объясняющая процессы снижения шума при переходе звуковой волной границы раздела сред - страница 1

Страницы:
1 

Коммунальное хозяйство городов

ние: Сб. науч. трудов. Вып. 28. - Днепропетровск, 2004. - С.242-246.

3. Губенко Н.А., Губенко В.Д. Идентификация основных источников шума рельсо­вого транспорта и методы его снижения // Тези доп. наук.-метод конф. «Безпека життє­діяльності». - Харків, 2003.

4. Губенко Н.А. Перспективы развития трамвайного сообщения в мировой практи­ке // Тези доп. наук.-практ. конф. «Безпека життєдіяльності». - Харків, 2004.

5.Вериго М.Ф., Коган А.Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. - М.: Транспорт, 1986.

6.Голендер В.А., Губенко Н.А., Коржик Б.М. Виброакустическая активность под­вижного состава трамвая, оценка и пути ее снижения // Коммунальное хозяйство горо­дов: Науч.-техн. сб. Вып. 58. - К.: Техніка, 2004. - С.235-239.

Получено 15.08.2005

УДК 530.19

В.Э.АБРАКИТОВ, И.Т.КАРПАЛЮК, кандидаты техн. наук

Харьковская национальная академия городского хозяйства

ГЛОБАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ ТЕОРИЯ, ОБЪЯСНЯЮЩАЯ ПРОЦЕССЫ СНИЖЕНИЯ ШУМА ПРИ ПЕРЕХОДЕ ЗВУКОВОЙ ВОЛНОЙ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА СРЕД

Сущностью предлагаемой теории снижения шума является признание факта, что ослабление интенсивности звуковой энергии при столкновении звуковой волны с пре­градой происходит за счёт видоизменения векторов колебательной скорости и смещения волны при пересечении границ раздела различных сред, т.е. за счёт преобразования продольной звуковой волны в поперечную, например, при переходе границы раздела сред: "воздух - твёрдое тело" (снижение шума при падении звуковой волны из воздуха на звукоизолирующий экран); за счёт изменения направления векторов колебательной скорости и смещения (преобразование поперечной волны одного типа в поперечную же волну другого типа) при переходе границы раздела двух твёрдых тел с разными физико-химическими характеристиками (снижение шума внутри многослойной звукоизоли­рующей панели типа "сэндвич") и др.

Существует великое множество научных теорий, объясняющих механизм снижения шума в различного рода шумозащитных устройст­вах: звукоизолирующих панелях и экранах, звукопоглощающих обли­цовках и др. [1]. Этот вопрос исследовался в трудах известных учёных-акустиков: Осипова Г.Л., Юдина Е.Я., Сафонова В.В., Самойлюка Е.П. и др., в исследованиях зарубежных авторов, ему посвящены многочис­ленные диссертационные работы, и т. п. В частности, ему была посвя­щена также собственная кандидатская диссертация одного из авторов этой работы [2]. Однако каждый из исследователей, - (в т.ч. и автор настоящей работы в своих ранних трудах [2]), создавая собственную теорию снижения шума, исследует узкую, локальную область прило­жения результатов его исследований. В то же время было бы интерес­но интегрировать их достижения в разных подобластях акустики, соз­дать единую теорию, объясняющую "механизм" снижения шума [3].

Методика нашего исследования заключается в следующем [4].

Как известно, Н.Бор создал известные всем постулаты Бора за счёт обобщения, аппроксимации, синтеза и систематизации уже из­вестных до него разрозненных фактов в исследуемой им области фи­зики. Он собрал воедино все уже известные сведения, умозаключения, научные теории других учёных, объединив их в единое целое и придав им чёткую логическую форму в виде уже помянутых постулатов Бора. Ценность такого вида научной работы заключается не в проведении каких-то собственных исследований, экспериментов, и пр., а именно в постулировании неявной, скрытой глобальной закономерности, ус­пешно аппроксимирующейся уже известными результатами локаль­ных исследований и разного рода "частными случаями" [4]. Подобный подход: (изучение существующих разнотипных научных теорий (в данном случае посвящённых снижению шума); выявление общих сходных черт между ними; формулировка выявленной общей законо­мерности (ранее неявно выраженной) в качестве основного постулата; выявление из него важнейших логических следствий, - (как объяс­няющих уже известные факты, так и новых, малопредсказуемых); па­тентование идеи с целью констатации мировой научной новизны и признания авторского права; применение её не только для объяснения принципа действия существующих шумозащитных устройств, но и создание новых таких устройств на базе постулата и следствий) [4], - и был успешно применён нами для создания нашей теории (в электрон­ном виде представлена на [3]).

Исходной предпосылкой для нашего обобщения является аксио­матический, давно подтверждённый и всем известный факт о том, что в жидкости и в газе распространяются продольные звуковые волны, в твёрдой среде - комбинация продольной и поперечной звуковой вол­ны: (изгибные, крутильные и др. волны - в зависимости от соотноше­ния продольной и поперечной составляющей и пространственной ори­ентации вектора смещения в толще упругой среды твёрдого тела) [1, 5, 6].

Сущностью предлагаемой теории снижения шума является при­знание того бесспорного факта, что ослабление интенсивности звуко­вой энергии прри столкновении звуковой волны с преградой происходит за счёт видоизменения векторов колебательной скорости и смещения волны при пересечении границ раздела различных сред, т.е. за счёт пре­образования продольной звуковой волны в поперечную, например, при переходе границы раздела сред: "воздух - твёрдое тело" (снижение шума при падении звуковой волны из воздуха на звукоизолирующийэкран); за счёт изменения направления векторов колебательной скоро­сти и смещения (преобразование поперечной волны одного типа в по­перечную же волну другого типа) при переходе границы раздела двух твёрдых тел с разными физико-химическими характеристиками (сни­жение шума внутри многослойной звукоизолирующей панели типа "сэндвич") и др.

Что меняется в результате постулирования этого факта? На пер­вый взгляд, вроде бы ничего?!! Старые, известные теории снижения шума, принадлежащие перу других авторов, всё равно продолжают действовать: ибо наша теория их не опровергает. Мы поясняем сниже­ние интенсивности звука как результат преобразования волны одного типа в волну иного типа; другие авторы, не акцентируя внимание именно на преобразовании (хотя, естественно, признавая этот бес­спорный факт), объясняют то же самое ослабление интенсивности, опираясь на конечные факторы процесса шумопонижения: (толщину, химсостав и физико-механические свойства преграды на пути распро­странения, и др.). Например, известна эмпирическая зависимость сни­жения шума при попадании его из воздуха на твёрдую преграду в за­висимости от массы этой преграды (толстая бетонная стена защищает внутренние помещения здания лучше, нежели более тонкая и менее массивная). Однако, согласно нашей теории, снижение шума в этом случае обусловлено именно условиями преобразования звуковой вол­ны из продольной (воздушной) в поперечную (структурный звук); мас­са акустического экрана - лишь неизбежное следствие, а отнюдь не исходная предпосылка! Увеличивая массу и толщину преграды, мы изменяем условия преобразования продольной волны в поперечную; пропорционально росту массы и толщины изменяется и индекс звуко­изоляции. Ослабление звука в одинаковых условиях преградами одной и той же толщины, изготовленными из различных материалов, как из­вестно, различно (кирпичная стена, или бетонная панель, или металли­ческий лист одинаковых габаритных размеров и конфигурации, распо­ложенные на пути одной и той же звуковой волны, снижают шум на разное количество децибел). Согласно нашей теории, химсостав ма­териала изменяет условия преобразования волны, т. е. очевидно, что в каждом из описанных трёх случаев в твёрдой среде (кирпичной, бе­тонной или металлической преграды) волна будет распространяться по-разному, - и, следовательно, ослабление интенсивности характери­зуется различными между собой величинами.

Известно, что многослойные звукоизолирующие конструкции об­ладают значительно большей звукоизолирующей способностью, неже­ли однослойные (точно такой же толщины; изготовленные из того жесамого материала, что и любой один из слоёв). С точки зрения нашей теории интересны не сами физико-механические характеристики мате­риала, из которого изготовлена такая конструкция, а именно соотно­шение этих характеристик для каждой пары слоев. Вообще, с нашей точки зрения, эффективность звукоизоляции зависит от увеличения количества переходов через границы раздела сред. Чем больше границ - тем больше скачкообразных преобразований векторов колебательной скорости и смещения волны, тем, соответственно, сильнее ослабляется звук. Например, рассмотрим шумозащитные свойства оконной рамы: (окна - главный источник проникновения уличного шума внутрь зда­ния, расположенных вдоль магистралей с интенсивным движением транспорта). Одинарное остекление (трансформация звуковой волны "воздух - стекло - воздух") характеризуется низкой звукоизолирующей способностью и в настоящее время практически не применяется. Двойное остекление (которое, по нашему мнению, эффективнее оди­нарного именно за счёт большего количества переходов: "воздух -стекло - воздух - стекло - воздух", т.е. многократной трансформации "продольная звуковая волна - поперечная - продольная - поперечная -продольная") в качестве шумозащитного средства уступило место тройному остеклению: (количество переходов через границу раздела сред ещё больше) [7].

Наилучшее доказательство нашей теории - пористые звукопогло­щающие материалы [8]. В их внутренней структуре, где "скелет" твёр­дого материала многократно чередуется с порами, количество перехо­дов через границу раздела сред максимально! И, как следствие, - из­вестные данные об их высочайшей эффективности в плане борьбы с шумом.

Как известно, основную ценность представляет не сами постула­ты, а следствия. Так, заявив об увеличении снижения интенсивности звука при увеличении количества трансформаций звуковой волны при многократном переходе через границы разнородных сред распростра­нения, мы постулируем факт создания многослойных (и тонкостен­ных) звукоизолирующих экранов с высочайшей эффективностью в плане борьбы с шумом. Принципиально возможно вместо дорого­стоящей толстенной однослойной звукоизолирующей плиты, (изго­товленной, например, из металла), создать дешёвый, лёгкий, тонкий экран, представляющий собой набор тонкостенных пластин с воздуш­ным промежутком между ними (либо без него: заполняется опреде­лёнными материалами). Весь секрет кроется в подборе материалов для каждого слоя: вид материала для каждого слоя, его толщина и др. ха­рактеристики в обязательном порядке различны и определяются, исхо­дя из выведенных нами теоретических соотношений. Что же это за соотношения? Здесь следует обратиться, в первую очередь, к нашему запатентованному изобретению "Способ ослабления интенсивности звуковых волн" [13] (кстати, факт наличия указанного документа кон­статирует официальное признание нашей теории экспертами-патентоведами).

I-----------іаДШ^^ЬіМгі:М8ЦиМЙ

"ТИ"   Ы ~ Вп»дамшГ"[Г~| RU ; 10:42

Отражение нашего патентного документа в сети Интернет [10]

Подобный принцип, при внешней неадекватности устройств, применён в создании звукопоглощающей панели из пористых мате­риалов [9]. В её конструкции учитывается эффект многократного пре­образования звуковой волны за счёт пересечения ею пор.

Важным моментом в количественной оценке эффективности на­шего изобретения выступает угол падения луча (звуковой волны) на отражающую поверхность, угол отражения, и (самое важное) - угол её преломления. В запатентованном нами случае выполняется закон Брю-стера - условие, при которого волна 1 в слое 1, отраженная от границы распределения слоёв 1 и 2, полностью поляризована (вектор сдвига S1 колеблется перпендикулярно к плоскости падения), отраженный 11 іпреломленный 2 ее лучи взаимно перпендикулярны, пропущенная компонента волны - луч 2 - частично поляризована (вектор S2 колеб­лется преимущественно в плоскости падения).

Тангенс угла падения в1;2 при этом может быть вычислен как от­ношение скоростей распространения изгибающих звуковых волн в слоях 1 и 2:

D

m2

D20W

3 2

12(1 -/^1/ 12(1 -//m

E1d\a«12(1 -ju2;)m2

12(1 -|/2)miE2d

A

(1 -i/pE^oO

(1 -/12)nE2d

Здесь 01;2; 02;3; 03;4; ... - угол Брюстера для границы раздела слоёв 1 и 2; 2 и 3; ... соответственно; D1; D2; D3; цилиндрическая твердость пластин (слоёв 1; 2; 3; ... соответственно), Н-м:

D = Ed3/12(1-ц 2), Н-м; Е1; Е2; Е3; ... - модуль упругости среды (слоёв 1; 2; 3; ...), Па; ц1; ц2; ц 3; ... - коэффициент Пуассона тех же слоёв; со1; а>2; а>3; угловая частота: со = 2nf, f1; f2; f3; ... — частота колебаний в звуковой волне, Гц; m1; m2; m3; . - поверхностная плотность слоёв 1; 2; 3; . соответст­венно (т.е. масса пластин 1; 2; 3; . соответственно на единицу их площади), кг/м2:

m = pd,

где d1; d2; d3; ... — толщины материала слоёв 1; 2; 3; ... соответственно, м; p1; p2; p3;- плотности тех же слоёв, кг/м3.

Преодолевая (вторую) границу раздела слоёв 2 и 3 между сле­дующими пластами твердого тела, которые характеризуются разными скоростями поперечной волны с2, и с3, волна 3 повторно поляризуется, причем через границу распределения слоёв 2 и 3 пропускается компо­нента волны - луч 3, частично поляризованный (вектор сдвига S3 ко­леблется преимущественно в плоскости падения), а отраженная от границы распределения компонента - луч 21 полностью поляризован и перпендикулярен к лучу 3. В этом случае угол Брюстера:

tgO 2;3 = с23= 4

(1 -iib)p3E2dlax

2

(1 -/2)Р2 E3d2«2

; tg01;2 *g6

2;3

Поэтому вектор сдвига S3 колеблется в другой плоскости, чем вектор S2, соответственно, граница раздела слоёв 2 и 3 отбивает зна­

4

m

ительную часть иначе поляризованной звуковой волны 2. Кроме того, происходит также поглощение звуковой энергии, т.е. она переходит в тепловую.

Задавая вышеуказанные параметры Е; ці со; m; d; pt и др. для каждого i -го слоя многослойной звукоизолирующей панели, осуще­ствляющей многократное преобразование волны одного типа в волну другого типа (с неизменной потерей энергии при переходе каждой из границ раздела сред при каждом из преобразований), подбираем такое их взаимное соотношение, чтобы эффективность снижения шума была максимальной [11].

Расчет конструктивных параметров панели "сандвич" согласно выше указанным положениям [11] - сравнительно сложная математи­ческая задача, поэтому в дальнейшее развитие нами была разработана компьютерная программа [12]. В качестве средства программирования избран "Visual Bask;". Программа может быть реализована в рамках "MS Excel", входящей в состав известного пакета "MS (Жісе" (на­стольные ПК или ноутбуки), или "Pocket Excel", применяющегося на карманных ПК.

Таким образом, следует отметить, что в рамках наших исследова­ний был изобретен принципиально новый способ борьбы с шумом, авторские права которого защищены документом [13]. Он реализует явление поляризации поперечной звуковой волны в толще многослой­ной звукоизолирующей панели, возможность использования которого с целью снижения шума показана в роботах [14, 15]. В результате соз­данной (в дальнейшее развитие [14]) физической теории практическая реализация наших предложений осуществляется за счет простого под­бора ряда физико-химических характеристик материалов для запроек­тированных многослойных звукоизолирующих конструкций.

1 .http://www.abrakitov.narod.ru Безпека життєдіяльності, екологія та охорона праці: Енциклопедичний словник / Абракітов. В.Е. (Публикация в Internet).

2. Абракитов В.Э. Аналоговое и квазианалоговое моделирование при решении за­дач борьбы с шумом. Дис. ... канд. техн. наук. - Днепропетровск: ПГАСиА, 1995. -157 с.

3. http://www.discovery.h11.ru Сайт научных открытий и изобретений. (Специали­зированный web-ресурс Internet).

4. http://www.shedevrostroenie.narod.ru Концепция управляемого вдохновения. /Абракитов В.Э. (Публикация в Internet).

5. Кухлинг Х. Справочник по физике: Пер. с нем. - М.: Мир, 1985. - 520 с.

6. Справочник по судовой акустике / Под ред. Клюкина И.И. и Боголепова И.И. -Л.: Судостроение, 1978. - С.315-323.

7. Абракітов В.Е. Конструювання шумозахисних вікон для захисту квартир та інших приміщень від акустичного дискомфорту // Науковий вісник будівництва. Вип.31. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ, 2005. - С. 210-214.

8. Абракитов В.Э., Данова К.В. Влияние микроструктуры пористых материалов на их звукопоглощающие свойства. // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып.42. - К.: Техніка, 2002. - С. 190-194.

9. Абракитов В.Э., Русова В.А. Многослойная звукопоглощающая панель // Ком­мунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып.58. - К.: Техніка, 2004. - С.239-243.

10. http://www.sibpatent.ru. Перспективные технологии и новые разработки. Раздел «Патентный отдел». Номер публикации патента 94032106. (Публикация в Internet).

11. Абракітов В.Е. Алгоритм розрахунку конструктивних параметрів багатошаро­вих звукоізолюючих панелей типу «сандвіч» з використанням явища поляризації звуку // Науковий вісник будівництва. Вип.19. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ, 2002. - С.113-

117.

12. Абракітов В.Е. Програма для обчислення конструктивних параметрів багато­шарових звукоізолюючих панелей типу «сандвіч» з використанням явища поляризації звуку // Науковий вісник будівництва. Вип.29. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ, 2004. - С

226-230.

13. Решение о выдаче патента по заявке № 94032106/03 (031463) (Россия). Способ ослабления интенсивности звуковых волн / Абракитов В.Э., Карпалюк И.Т. - МПК6 Е 04 В 1/82, 1/74.

14. Коржик Б.М., Абракитов В.Э., Карпалюк И.Т. Поляризация звуковых волн в строительных конструкциях и материалах // Повышение эффективности и надежности систем городского хозяйства: Сб. науч. трудов. - К.: ІСДО, 1994.- С.132-135.

15. Абракитов В. Э. Новый способ борьбы с распространением структурного шума в строительных конструкциях // Науковий вісник будівництва. Вип.18. - Харків: ХДТУ-

БА ХОТВ АБУ, 2002. - С. 204-206.

Получено 22.08.2005

УДК 621.327.534.15

А.М.ГАРЬКОВЕЦ, канд. техн. наук, В.В.ТАРАН, магистр

Харьковская национальная академия городского хозяйства

НАПРЯЖЕНИЕ ЗАЖИГАНИЯ МАЛОМОЩНЫХ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП НА ПОВЫШЕННЫХ ЧАСТОТАХ

Приводятся результаты измерения напряжения зажигания маломощных люминес­центных ламп на повышенных частотах и их теоретическое обоснование.

Напряжение зажигания люминесцентных ламп имеет большое значение при создании взрывобезопасных и особовзрывобезопасных осветительных установок для освещения угольных шахт и производств с выделением взрывоопасных газов.

Преимущества работы люминесцентных ламп (лл) на повышен­ных частотах (порядка нескольких кГц), особенно заметные для лл пониженной мощности, отмечались в ряде работ [1-3]. Однако особен­ности пускового и рабочего режимов маломощных лл (8, 6, 4 Вт) до последнего времени оставались малоизученными. В работе [4] была исследована зависимость напряжения горения u2 ламп указанной мощности от частоты в интервале 50 Гц-200 кГц и найдено монотон-

Страницы:
1 


Похожие статьи

В Э Абракитов - Глобальная научная теория объясняющая процессы снижения шума при переходе звуковой волной границы раздела сред

В Э Абракитов - Шум систем кондиционирования в зданиях как одна из наиболее актуальных проблем современной урбанизации

В Э Абракитов - Натурные исследования шума г харькова

В Э Абракитов - Визуализация картины зашумлённости городской застройки способами аналогового моделирования

В Э Абракитов - Экономические аспекты борьбы с шумом