189984. lajstromszámú szabadalom • Eljárás áramlástechnikai zajcsökkentők méretezett kialakítására és hangtompító berendezés, különösen csővezetékekben terjedő zajok csillapítására
1 189.984 2 A találmány tárgya eljárás áramlástechnikai zajcsökkentők méretezett kialakítására csővezetékekben terjedő hangnyomáshullámok egy bemeneti ponton legalább két hangterjedési ágra történő terelésével, a hangnyomáshullámok egy kimeneti ponton való újraegyesítésével, és az egyes hangterjedési ágakban egyenként az ún. levágási (cut-off) frekvencia kritériumot kielégítő keresztmetszeti méretű és kiindulásként a zajforrás domináns frekvenciáinak megfelelő hullámhosszakból számított hosszméretű elemi akusztikai hullámvezetők elrendezésével, valamint hangtompító berendezés, különösen csővezetékekben áramló közegben terjedő zajok csillapítására, amely egy bevezetőelemmel és egy kivezetőelemmel ellátott, előnyösen zárt görbevonallal határolt, különösen kör-, ellipszis- vagy kosárgörbe keresztmetszetű palásttal bíró üreges testből áll, amelyben a bemenő hangnyomáshullámokat legalább két hangterjedési ágra terelő áramlásirányú belső térfelosztóelem(ek) és az egyes hangterjedési ágakban elemi akusztikai hullámvezető(k) van(nak) elrendezve. Az áramló közegekben terjedő zajok csillapítására számos megoldás ismeretes. Ezek részben szálas-pórozus — ún. hangelnyelő — anyagokkal kitöltött szerkezeti elemeket tartalmaznak, melyek segítségével általában közepes és magas frekvenciákon biztosítanak nem túlságosan jelentős zajcsillapítást. Ezek a berendezések elsősorban szélessávú, kiugró spektrumösszetevőket nem tartalmazó zajforrások zajcsökkentésére alkalmasak. Ilyen megoldásokat tartalmaznak például a 2 821 592 sz. Német Szövetségi Köztársaság-beli, az 1 112 226 sz. francia és a 171 168 sz. magyar szabadalmi leírások. Ismeretesek olyan megoldások, melyek kamrákból és közöttük elhelyezkedő átvezető csövekből állnak, ezek rendszerint tartalmaznak zárt rezonátorkamiákat is, melyek a zaj terjedésére szolgáló vezetékben párhuzamosan kapcsoltak. Ilyen ismert megoldások ismertetését csupán kiragadott példaképpen az 1 238 271 sz. Német Szövetségi Köztársaság-beli a 4 124 092 sz. Amerikai Egyesült Államok-beli, valamint a 164 184 és 148 470 sz. magyar szabadalmi leírások tartalmazzák részletesen. Más ismert hangtompító szerkezetekben az egyes kamrák között áramlásirányú felülnövelő szerkezeti elemeket alkalmaznak a súrlódási veszteségek növelése érdekében. Többek között a 164 184 sz. magyar szabadalmi leírásból is megismerhető ilyen szerkezeti kialakítás. További ismert megoldások, amelyek leírását példaképpen a 3 888 331 sz. Amerikai Egyesült Allamok-beli, a 884 434 sz. és 2 300 059 sz. Német Szövetségi Köztársaság-beli, valamint a 399 370 sz. olasz szabadalmi leírások taralmazzák, a hanghullárnok terjedési útjának úthosszkülönbségéből eredő interreferenciahatás felhasználásával érnek el többletzaj csillapítást. Valamennyi fenti ismert zajcsökkentő méretezett kialakítására ismertté vált és alkalmazott eljárásnál a koncentrált elemes analógiák alapján a csövekben levő gáz tömegét, mint akusztikai tömeget az elektronikában használatos induktivitással analóg fizikai mennyiséget; a kamrákban lévő gáz rugóhatását mint az akusztikai kapacitást tekintik, és ezekkel képzett akusztikai impedanciák soros ill. párhuzamos kapcsolásával állítanak elő olyan - az elektronikus szűrőkörökkel analóg - akusztikai szűrőköröket, amelyekkel a vezetékekben terjedő zajt csillapítani szándékoznak. Az ilyen elméleti alapon méretezett hangtompítók zajcsillapító hatása azonban a legtöbb gyakorlati esetben - az elektromos-akusztikai analógiák korlátozott érvényességi köre miatt - jelentősen a várt érték alatt marad. A méretezési és a mért csülapításspektrumok igen jelentős eltérésének oka, hogy a koncentráltelemes akusztikai-elektromos analógiák alkalmazása olyan feltételezéseken alapul, melyek messzemenően nem teljesülnek a valóságos rendszerekben; másszóval a megoldások alkalmazásánál nem veszik figyelembe azon korlátozó feltételeket, melyek az akusztika alapvető differenciálegyenleteinek megoldásánál bevezetésre kerültek. A hagyományos analógiák alkalmazásánál jelentkező korlátozó feltételek közül a legfontosabb, hogy az egyes elemek áramlásirányú méreteinek nem szabad meghaladnia a hullámhossz 1/8 részét (ti. a tgx függvény ezen a tartományon belül kielégítő pontossággal helyettesíthető egy egyenessel) másrészt az egyes szerkezeti elemek hangteijedés irányára merőleges méretei nem haladhatják meg az ún. levágási (cut off) frekvenciának megfelelő hullámhossz által meghatározott keresztmetszeti alaktól függő méreteket. Ezen méretek felett ui. keresztirányú hullámterjedési alakzatok keletkeznek, melyekre a hagyományos módszerek alapján történő méretezés helytelen eredményt szolgáltat. A méretezés kudarcait módosított kísérleti darabok ismételt elkészítésével és korrekciójával próbálják javítani, azonban a nagyszámú szerkezeti elem és az ebből eredő variációs lehetőségek igen nagy száma miatt gyakorlatilag ez véletlenszerű eredménynyel jár. Tekintettel arra, hogy — különösen az ún. reflexiós típusú hangtompítók zajcsillapítása — jelentősen függ az ún. expanziós hányadostól (a kamrák és az átvezető csövek keresztmetszetének arányától), így ennek növelésével már a méretezés időszakában megkísérlik a várható méretezési pontatlanságok ellensúlyozására a berendezés zajcsillapítását jelentősen megnövelni; ez az ismert áramlástechnikai törvényszerűségek miatt az áramlási veszteségek (és ennek függvényében az üzemanyagfogyasztás) indokolatlan növeléséhez ilL a hatásfok csökkenéséhez vezet. További hiányossága a hangtompítók hagyományos módon történő méretezési eljárásainak, hogy a szükséges csillapítást meghatározó zajspektrumot általában a berendezésminősítési szabványok által előírt - lényegében stacionárius - üzemállapotban veszik fel; így az instacioner ill. a szabványtól eltérő üzemállapotokban fenti okok következtében kiugró zajcsúcsok jelennek meg a zajspektrumokban. összegezve fent felsorolt hiányosságokat elmondható, hogy a helytelen analógiák alkalmazásából, a nem megfelelő üzemállapotból, valamint az elmélet érvényességi határainak be nem tartásából eredő hibák - az egyes szerkezeti elemek számának növekedésével hatványozottan - halmozódnak, így a célnak megfelelő hangtompító kialakítása heurisztikus, lényegileg kísérleti alapon történik. Akusztikai szempontból ez azt jelenti, hogy a csfilapításspektrumban ellenőrizhetetlen "áteresztő sávok" jelennek meg, melyek következtében a fellépő zajcsúcsok teljesen lerontják a várt zajcsillapitást 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
