Уместно вспомнить теперь о явлениях отражения колебаний на границах сред или конструкций. Главное условие для такого отражения -- скачок механического или акустического сопротивления, независимо от того, в какую сторону -- уменьшения или увеличения. Виброизолирующие прокладки и амортизаторы являют собой пример отражающей конструкции, действующей вследствие резкого уменьшения сопротивления в месте перехода от металлического вибропровода к резине или иному весьма податливому материалу. Можно применить и другое виброзадерживающее средство, использующее эффект отражения колебаний из-за местного увеличения сопротивления. Это -локальные массы, те же массы, с которых мы начали рассказ о борьбе с вибрацией и ударами.
Весьма часто шум в судовых помещениях обусловлен звуковой вибрацией их ограждений, приходящей из машинного отделения. Судовые акустики на танкере "София" сделали такой опыт. По периметру пола одной из кают были уложены массивные металлические брусья. Симметричная каюта по другому борту была оставлена без изменений. Громкость шума в первой каюте оказалась в полтора раза меньше, чем во второй. Однако при использовании подобных виброзадерживающих масс не удается добиться такого абсолютного скачка сопротивления, а следовательно, и акустического эффекта, как с помощью амортизаторов. Действие местных виброзадерживающих масс и различные аспекты их применения были подвергнуты обстоятельному анализу Л. Кремером и А. С. Никифоровым.
В некоторых случаях скачок сопротивления можно получить, введя линии и цепочки местных упругоинерционных систем -- антивибраторов. Максимумы виброизолирующего эффекта этих резонансных систем, как ни странно, оказались не на частоте резонанса, а по обе стороны от нее. В данном случае резонансная система вела себя как более или менее широкополосное виброзадерживающее средство. Результаты теории и эксперимента сходились, а вот физический смысл явления оставался неясным.
...Конференции круглого стола бывают не только у дипломатов, но и на собраниях ученых. В 1971 году на такой конференции, входившей в программу VII Международного конгресса по акустике в Будапеште, автор этой книги делал доклад о виброизолирующем (и вибропоглощающем) эффекте антивибраторов на пластинах. В перерыве к членам советской делегации, подошел высокий полнеющий брюнет и лаконично представился: Манфред Хекль; имя этого человека, выполнившего много интереснейших работ, известно каждому акустику. Насколько позволяли языковые барьеры, завязалась содержательная дискуссия.
Встречи с иностранными коллегами -- это всегда сильнейший психологический штурм. Мозг предельно напряжен, нельзя ударить лицом в грязь. И в этот момент внезапно пришло понимание, почему резонансные виброизолирующие системы на пластинах являются широкополосными...
"Целина" в области виброизоляции постепенно исчезает. Значительные эффекты в борьбе с вибрацией получать все труднее, нужны новые, более сложные системы и приемы. Советские ученые М. Д. Генкин, Ц. П. Коузов, В. С. Иванов, В. Т. Ляпунов, А. В. Римский-Корсаков, С. А. Рыбак, Б. Д. Тартаковский и их сотрудники в последние годы анализируют виброзадерживающие и фильтрационные свойства пространственных систем из расположенных определенным образом элементов массы и упругости. В борьбе с вибрацией строительные акустики и строительные механики целенаправленно используют все "три кита", на которых покоятся эти науки: массу, упругость и трение.
И трение...
КОЛЕБАНИЯ ВСТРЕЧАЮТСЯ
С ТРЕНИЕМ
Теплота есть завершение звука.
Г. Гегель. Философия природы
Разогреваются (при игре)не только музыканты, но и инструменты.
Там же
Итак, "три кита" в области
борьбы с шумами были известны в строительной акустике достаточно давно. Составим табличку (или, как сейчас модно писать по всякому поводу, матрицу) этих средств:
Звукоизоляция
Звукопоглощение
Виброизоляция (амортизация)
Очевидно, ощущалась пустота одной клетки этой таблички, чувствовалось, что раз есть звукопоглощение, то должно, видимо, быть и вибропоглощение. Ведь недаром в ряде стран звуковую вибрацию, то есть колебания звуковой частоты в твердых телах, именуют структурным или телесным звуком.
-- Позвольте, -- возможно, скажет кто-нибудь из читателей, имеющих отношение к строительной механике или к различного рода механизмам,-- но ослабление вибрации механизмов с помощью виброгасителей, предложенных и исследованных Тимошенко, Ден-Гартогом и другими, тоже известно довольно давно.
Сколь убедительным может быть удар деревянного молотка в стальной лист! Когда на листе имелось вибродемпфирующее покрытие (даже не со стороны удара), уровень неприятного звука, излучаемого листом в окружающее пространство и фиксируемого шумомером, заметно уменьшался.
Да, действительно, виброгасители для механизмов, различные демпферы применялись и ранее. Но эти гасители использовались (и используются) для ослабления колебаний механизмов или их частей лишь на отдельных резонансных частотах, не превышающих десятков герц, причем масса таких гасителей достигает иногда нескольких сот килограммов. Речь же шла о создании легкого и удобного средства поглощения вибрации строительных конструкций одновременно во всем диапазоне слышимых частот. Из этих конструкций следует упомянуть прежде всего корпуса, палубы, переборки судов. Строительство различного рода судов началось после Великой Отечественной войны бурными темпами, и сразу же обнаружилось, что во внутренних помещениях судов очень шумно -- ведь металл хорошо проводит звуковую вибрацию. Требуемое средство было найдено, причем можно уверенно говорить здесь о приоритете отечественной науки и техники. В 1945 году автором этой книги было обнаружено, что нанесение на металлические листы резин и пластмасс сильно увеличивает затухание колебаний листов в широком диапазоне частот.
Уже через несколько лет демпфирование металлических конструкций стало обычным явлением, но тогда оно еще не успело получить признания, доказательством чего явилась полемика автора предложения с вышестоящими организациями при попытке запатентовать его.
Вначале пришел отказ. Мотивировка: облицовка корпусных конструкций резинами и пластмассами известна из ряда зарубежных патентов. Что ж, беремся за изучение этих патентов. Оказывается, в одном случае применение полимерных материалов имело целью защиту от скольжения при хождении по палубе, в другом -- защиту стенок танков судов, перевозящих кислоты, от их действия и т. д. и т. п. Нанесение же подобных материалов с целью увеличения механических потерь в конструкциях не предлагал ранее никто.
Свидетельство на изобретение было выдано (No 119084 с приоритетом от 2 августа 1947 г.)*, но до внедрения этого средства на судах было еще далеко. Требовалась "наглядная агитация". В лаборатории были подвешены на тонких нитях две "стальные пластины, вырезанные из обшивки судового корпуса. Одна пластина -- в "натуральном" виде, другая облицована вибропоглотителем. Тут же висел деревянный молоток.
Заказчику предлагалось стукнуть последовательно по обеим пластинам. Удар по первой пластине-- в воздухе разливается "малиновый звон", не хуже ростовских и суздальских колоколов. Теперь ударяем по пластине с вибропоглотителем (со стороны непокрытого металла). Что это? Как будто бьют по листу дерева или толстого картона. Введенное в конструкцию трение "спилило" гребенку резонансов конструкции.
* Опубликовано в "Бюллетене изобретений", 1959, No 7.
И шумомер показывает уровень шума на 10--15 единиц меньше (об этих единицах -- децибелах и фонах -- мы еще поговорим во второй части книги).
Простой опыт убеждал больше, чем расчеты, тонкие лабораторные исследования, прогнозы. Моряки и судостроители стали склоняться к применению средств вибродемпфирования в судостроении.