The formulation of sound transmission problems through the boundaries of three-dimensional media and through plates

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Modern physical models for calculating the propagation of plane longitudinal waves through media boundaries, based on the conditions of continuity of sound pressure and vibrational velocity, are implemented only with normal wave incidence. In all directions of wave propagation other than normal, the continuity conditions are not observed, which does not allow to obtain the correct formulas for the coefficients of reflection and transmission of waves.Materials and methods. In the proposed formulation of the problem, the physical model of the wave propagation medium consists of pieces of wave rays, tightly, without breaks and mutual penetrations, occupying its entire space (as it clearly happens with waves on the surface of water). A method for determining the volumes of these pieces is given. Their masses are approximated by material points having effective values of vibrational wave velocities. The passage of a plane harmonic wave through a plane boundary of media is described by the equations of conservation of kinetic energy and conservation of the amount of motion. The solution of these equations gives the correct formulas for the coefficients of reflection and refraction of waves in terms of vibrational velocity at any angles of their propagation.Results. The proposed formulation of the problem of wave propagation through the boundary of continuous semi-infinite media is suitable for solving the problems of sound propagation through layers and, in particular, through plates. The problem of sound propagation through a plate separating the air medium is fundamental in the sections of architectural and technical acoustics, since applied theories of sound insulation of walls and ceilings of buildings and vehicles enclosing premises are based on it.Conclusions. The conservation equations, up to the boundary frequency of the wave coincidence, will include the effective value of the vibrational velocity in the incident wave, the angle of wave propagation, the values of the mass of a discrete body represented by the surface density of the plate, the reduced masses of the pieces of the medium and unknown coefficients of reflection and passage of the vibrational velocity. At frequencies above the boundary, the mass of the discrete body changes to the reduced mass of the plate. The solution of the system of conservation equations gives the correct formulas for the coefficients of sound transmission and reflection and the correct formulas for sound insulation, in accordance with changes in the physical models of wave propagation in different frequency ranges.

About the authors

A. V. Zakharov

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: zakharov.arkady@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7693-2099

References

  1. Щелоков Ю.А. Универсальная формула расчета звукоизоляции однослойных преград // Noise Theory and Practice. 2016. Т. 2. № 1 (3). С. 2–7. EDN VOQLPH.
  2. Zdražilova N., Donova D., Skotnicova I. Analysis of predictive calculation methods of airborne sound insulation // Applied Mechanics and Materials. 2016. Vol. 835. Pp. 573–578. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/amm.835.573' target='_blank'>www.scientific.net/amm.835.573
  3. Ye J. Applying immune algorithems to the calculation of sound insulation of walls // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 584–586. Pp. 1853–1857. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/amm.584-586.1853' target='_blank'>www.scientific.net/amm.584-586.1853
  4. Rodríguez-Molares A. A new method for auralisation of airborne sound insulation // Applied Acoustics. 2013. Vol. 74. Issue 1. Pp. 116–121. doi: 10.1016/j.apacoust.2012.06.017
  5. Huang X.F., Yang Z.X., Yang Y. Prediction on sound insulation to a single-leaf wall // Advanced Materials Research. 2012. Vol. 594–597. Pp. 2824–2827. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/amr.594-597.2824' target='_blank'>www.scientific.net/amr.594-597.2824
  6. Захаров А.В. О правильных коэффициентах отражения и преломления волн при косом распространении звука через границу сред // Инновации и инвестиции. 2022. № 6. С. 103–105. EDN ICVOFF.
  7. Захаров А.В. Дискретные модели прохождения волн при расчетах звукоизоляции в зданиях // Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 11. С. 50–53. EDN PIBAZP.
  8. Fahy F., Gardonio P. Sound and structural vibration: radiation, transmission and response. 2nd ed. Amsterdam : Elsevier, Academic Press, 2006. 656 p.
  9. Бобылев В.Н., Монич Д.В., Тишков В.А., Гребнев П.А. Резервы повышения звукоизоляции однослойных ограждающих конструкций : монография. Нижний Новгород : ННГАСУ, 2014. 118 c. EDN UKCQFL.
  10. Bobylyov V.N., Tishkov V.A., Monich D.V., Dymchenko V.V., Grebnev P.A. Experimental study of sound insulation in multilayer building partitions // Noise Control Engineering Journal. 2014. Vol. 62. Issue 5. Pp. 354–359. doi: 10.3397/1/376234
  11. Овсянников C.H. Развитие теории статистического энергетического анализа для расчета звукоизоляции в гражданских зданиях // Вестник ТГАСУ. 2000. № 1. С. 72–83.
  12. Ovsyannikov S.N., Leliuga O.V., Gradov V.A. Calculation model of sound and vibration propagation in a building fragment based on the method of statistical energy analysis // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 753. Issue 4. P. 042006. doi: 10.1088/1757-899X/753/4/042006
  13. Захаров А.В., Салтыков И.П. Влияние сдвиговых и продольных волн на звукоизоляцию в третьем диапазоне стандартного частотного спектра // Инженерный вестник Дона. 2022. № 3 (87). С. 325–344. EDN HOBBMQ.
  14. Zakharov A.V., Saltykov I.P. The third frequency range of the sound insulation plot of the single-layer partitions // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 753. Issue 3. P. 032064. doi: 10.1088/1757-899X/753/3/032064
  15. Zakharov A.V. Discrete models upon calcu-lation of soundproofing by solid plate // International Journal of Pure and Applied Mathematics. 2018. Vol. 119. Issue 10. Special Issue C. Pp. 439–443. EDN XYDGVV.
  16. Салтыков И.П. Сравнение результатов расчета звукоизоляции однослойных перегородок на основе модели с сосредоточенными параметрами с результатами традиционных методов расчета // Инновации и инвестиции. 2020. № 2. С. 173–180. EDN PQDGPF.
  17. Saltykov I.P. An engineering estimation method of the sound insulation of massive partitions on the base of design model with lumped parameters // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 753. Issue 3. P. 032046. doi: 10.1088/1757-899X/753/3/032046
  18. Pirmatov R., Rashidov J., Pirmatov K. Method for calculating the insulation of airborne sound by enclose from volumetric-block buildings // E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 264. P. 02057. doi: 10.1051/e3sconf/202126402057
  19. Разживин В.М. Изоляция воздушного шума легкими ограждающими конструкциями зданий с учетом их закрепления : монография. Пенза : ПГУАС, 2014. 120 с. EDN WGRPMH.
  20. Салтыков И.П. Расчет звукоизоляции тонких перегородок на основе модели с сосредоточенными параметрами // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. № 3.С. 353–367. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=42665439 doi: 10.22227/1997-0935.2020.3.353-367
  21. Zakharov A.V., Saltykov I.P. The influence of wave resonance phenomena on the sound insulation of a single-layer building partition in the application of calculation models with the concentrated parameters // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1079. Issue 3. P. 032068. doi: 10.1088/1757-899X/1079/3/032068

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».