1.Obiekt badań

Do badań  wytypowano  kabinę  KB-2. Widok ogólny i graficzne przedstawienie skuteczności akustycznej tej kabiny przedstawiono na rys.Z.1. Skuteczność akustyczna badanej kabiny (określona według metody opisanej w rozdziale 3) jest bardzo mała w zakresie hałasu niskoczęstotliwościowego i wynosi: od ok. -5 dB (16Hz) do 23dB (250 Hz). Jak wynika z  badań we wnętrzu kabiny rejestrowane są wyższe wartości poziomu ciśnienia akustycznego niż na zewnątrz (patrz pasmo oktawowe o częstotliwości środkowej 16 Hz)
Jest to prototypowa kabina  zaprojektowana jako kabina dźwiękoizolacyjna dla przemysłu. Składa się ona  z konstrukcji szkieletowej  z profili blaszanych. Wypełnienie szkieletu stanowi wełna  mineralna w dwóch warstwach ( grubość jednej warstwy  50mm), oddzielonych  przeponą z blachy, rolę osłon z zewnątrz i wewnątrz kabiny spełnia blacha trapezowa o grubości 0.8 mm. Płyty osłonowe wewnątrz kabiny są perforowane. Dla potrzeb badań zaprojektowano posadowienie kabiny. Kabina jest posadowiona na stalowej ramie leżącej na podeście drewnianym i  gumowej podkładce wibroizolacyjnej firmy Trelleborg. Kabina ta w chwili obecnej wyposażona jest jedynie w wentylację grawitacyjną. Otwór wentylacyjny umieszczony pod oknem wyposażony jest w tłumik labiryntowy.

Wymiary kabiny:  zewnętrzne: wewnętrzne:  
długość:        2.57 m      2.22 m
szerokość:    2.10 m      1.75 m
wysokość:    2.78 m      2.40 m

Całkowita powierzchnia wewnętrzna kabiny: 26.83m2
Wymiary okna: 1.2m x 0.6m, powierzchnia: 0.72 m2,
wymiary drzwi: 1.3m x 2.05m, powierzchnia: 2.665 m2,
objętość wewnętrzna   kabiny: 9.3m3
Szczegóły konstrukcyjne związane z posadowieniem kabiny  przedstawione są na rys. Z.2


zobacz rysunek Z.1 a)

                                                           a)

                                                           b)  


Rys.Z.1. Charakterystyka przybliżonej skuteczności akustycznej D'_p metalowej  kabiny przemysłowej KB-2 usytuowanej w pomieszczeniu badawczym CIOP,  sztuczne źródło dźwięku (zestaw głośnikowy)
a) widok ogólny kabiny
b) graficzne przedstawienie D'_p
 

Rys. Z.2. Szczegóły konstrukcyjne posadowienia kabiny KB-2

Kabina doświadczalna KB-2 umieszczona jest w pomieszczeniu laboratoryjnym Centralnego Instytutu Ochrony Pracy. Wysokość pomieszczenia laboratoryjnego 2.95 m, objętość 96,6 m3, pomieszczenie nie posiada żadnej adaptacji akustycznej. Wymiary pomieszczenia laboratoryjnego oraz usytuowanie kabiny przedstawione jest na rys.Z.3.

zobacz rysunek Z.3

Rys.Z.3. Szkic laboratorium Hałasu  Niskoczęstotliwościowego z dźwiękoizolacyjną kabiną przemysłową i aparaturą pomiarową

2.Badania doświadczalne  przemysłowej kabiny dźwiękoizolacyjnej

2. 1.Pomiary akustyczne z wykorzystaniem metod ciśnieniowych
Zbadano poziom ciśnienia akustycznego we wnętrzu modelowej kabiny dźwiękoizolacyjnej oraz w  pomieszczeniu laboratoryjnym. Badanie rozkładu poziomu ciśnienia akustycznego  przeprowadzono w dwóch etapach.

W celu określenia charakteru pola akustycznego w pomieszczeniu laboratoryjnym i w kabinie badawczej wykonano następujące pomiary:

poziomu dźwięku A, poziomu ciśnienia akustycznego (Lin) w zakresie częstotliwości 2-20000Hz, wyznaczono różnicę pomiędzy poziomem Lin, a poziomem dźwięku A w dB.

Pomiary powyższych parametrów akustycznych wykonano w 125 równomiernie rozłożonych punktach pomiarowych (w prostokątnej siatce punktów), w pomieszczeniu laboratoryjnym oraz w kabinie badawczej. Podczas badań używano zestawu pomiarowego przedstawionego na rys.Z.4. Wyniki pomiarów przedstawiono w postaci graficznej na rys.Z.5.

zobacz rysunek Z.4

Rys. Z.4. Zestaw pomiarowy wykorzystany podczas badań rozkładu poziomu ciśnienia akustycznego w kabinie oraz pomieszczeniu laboratoryjnym

Jak wynika z tych pomiarów liniowy poziom ciśnienia akustycznego w paśmie częstotliwości od 2 do 20000Hz w pomieszczeniu badawczym wahał się w granicach 10dB, przyjmując wartości od 90 do 80 dB.  Najwyższe wartości jak można się spodziewać występują tuż przy źródle dźwięku, najniższe  wzdłuż ściany  bez okien, równoległej do kabiny.
Poziom dźwięku A waha się w pomieszczeniu badawczym w granicach 7 dB. Najwyższe wartości notowane są przy źródle dźwięku , najniższe za kabiną, przy  przeciwległej ścianie do źródła dźwięku.
W kabinie dominują niskie częstotliwości ,świadczy o tym duża różnica  rzędu 30dB pomiędzy poziomem ciśnienia akustycznego Lin a poziomem dźwięku A oraz wysokie poziomy ciśnienia akustycznego Lin rzędu 76-82 dB we wnętrzu kabiny. Najwyższe wartości poziomu dźwięku A zarejestrowano w kabinie w pobliżu drzwi (47dB),  okna (48dB), oraz ściany  przedniej kabiny od stronyźródła szumu (49)dB.

Po rozpoznaniu pola akustycznego, w etapie drugim podjęto szczegółowe badania pola akustycznego we wnętrzu kabiny. Pomiary wykonano w 20 równomiernie rozłożonych punktach pomiarowych (na siatce prostokątnej) we wnętrzu kabiny badawczej oraz  w jednym punkcie kontrolnym na zewnątrz kabiny. Pomiary:

poziomu ciśnienia akustycznego w pasmach oktawowych o częstotliwościach środkowych 8-4000 Hz; oraz liniowy poziom ciśnienia akustycznego zostały zmierzone na trzech poziomach , na wysokości: 0.5 m , 1m, 1.5m.

Wyniki pomiarów zestawiono w tablicy Z.1.

Tablica Z.1. Zestawienie wyników pomiarów poziomu ciśnienia akustycznego we wnętrzu kabiny badawczej

Zróżnicowanie poziomu ciśnienia akustycznego w 20 punktach pomiarowych w kabinie [dB]

częstotliwość śr. oktawy [Hz]	h mikrofonu 0,5 m	h mikrofonu 1 m	h mikrofonu 1,5 m
8	66.3-69.0  ok. 3 dB	66.0-68.7  ok. 3 dB	66.3-69.1  ok. 3 dB
16	85.6-87.3  ok. 2 dB	85.7-87.6  ok. 2 dB	85.4-87.5  ok. 2 dB
31,5	81.0-82.8  ok. 2 dB	81.0-83.0  ok. 2 dB	81.0-83.0  ok. 2 dB
63	76.7-78.6  ok. 2 dB	71.0-77.8  ok. 7 dB	70.0-77.3  ok. 7 dB
125	66.9-78.6  ok.11 dB	67.0-75.6  ok. 9 dB	68.9-76.7  ok. 8 dB
250	58.2-65.4  ok. 7 dB	60.0-66.5  6. 5 dB	58.9-67.7  ok. 9 dB
500	49.2-57.7  8.5 dB	47.7-57.4  ok. 10 dB	48.9-58.2  ok. 9 dB
1000	48.1-56.6  8.5 dB	47.3-57.4  ok. 10 dB	47.3-56.5  ok. 9 dB
2000	46.2-52.9  ok. 7 dB	45.9-52.2  ok. 6 dB	46.1-52.6  ok. 6 dB
4000	38.7-44.4  ok. 5 dB	39.6-44.1  ok. 4 dB	39.3-45.1  ok. 6 dB
LIN	87.6-88.7  ok. 1 dB	87.4-88.9  1.5 dB	87.4-89.0  1.6 dB

Rys. Z.5. Linie jednakowego poziomu:

a) - ciśnienia akustycznego Lin (w dB) w pomieszczeniu
      badawczym



b) - dźwięku A (w dB) w pomieszczeniu badawczym




c) - jednakowej różnicy pomiędzy poziomem ciśnienia
     akustycznego Lin a poziomem dźwięku A (w dB) w
     pomieszczeniu badawczym  


Jak wynika z badań najmniejsze różnice pomiędzy zarejestrowanymi poziomami ciśnienia akustycznego  w punktach pomiarowych we wnętrzu  kabiny rzędu 2-3 dB uzyskano w zakresie niskich częstotliwości, dla pasm oktawowych o częstotliwościach  środkowych: 8, 16, 31.5 Hz. Dla tych częstotliwości występowały również bardzo niewielkie różnice poziomu ciśnienia akustycznego na poszczególnych wysokościach pomiarowych. ¦wiadczy to o występowaniu w tym zakresie częstotliwości w przybliżeniu jednorodnego pola akustycznego we wnętrzu kabiny. Równocześnie dla pasma oktawowego o częstotliwości środkowej 16 Hz zaobserwowano wyższe wartości  poziomu ciśnienia akustycznego (dla niektórych punktów pomiarowych aż o 7dB) w stosunku do poziomu rejestrowanego na zewnątrz.
Wyniki badań są potwierdzeniem tego, że w zakresie częstotliwości, w których fala ma długość większą od charakterystycznego wymiaru kabiny, występuje proces współfazowej pulsacji całej objętości powietrza wypełniającego wnętrze kabiny.  Podobnie kształtuje się rozkład wewnątrz kabiny  liniowego  poziomu ciśnienia akustycznego. W występującym widmie hałasu w  kabinie, jak już pisano wcześniej dominują niskie częstotliwości).
Znacznie większe zróżnicowanie uzyskanych wyników pomiarów poziomów ciśnienia akustycznego zarejestrowano w zakresie częstotliwości 125-2000Hz, tu zarejestrowane różnice wahały się w poszczególnych punktach pomiarowych od 6 do 11 dB. Największe zróżnicowanie pola akustycznego we wnętrzu badanej kabiny zaobserwowano dla pasma oktawowego o częstotliwości środkowej 125Hz, gdzie różnica  poziomu ciśnienia akustycznego w poszczególnych punktach pomiarowych  dochodziła do 11 dB.

Na podstawie uzyskanych wyników powyższych badań w ramach dalszych prac w celu identyfikacji dróg dopływu energii wibroakustycznej do wnętrza  kabiny  zaplanowano:

pomiar rozkładu pola akustycznego na ścianach kabiny metodą natężeniową, ze szczególnym uwzględnieniem “wyższych” częstotliwości z zakresu hałasu niskoczęstotliwościowego, gdyż jak wyniknęło z badań akustycznych  tu można spodziewać się wyraźnych nieszczelności konstrukcyjnych kabiny, identyfikację drgań własnych całej kabiny i jej ścian przy pomocy analizy modalnej ze szczególnym uwzględnieniem “niskich” częstotliwości z zakresu hałasu niskoczęstotliwościowego, gdyż drgania rezonansowe ścian kabiny mogą być przyczyną  występowania wzmocnienia poziomu ciśnienia akustycznego  we wnętrzu kabiny w tym zakresie częstotliwości.

2.3. Pomiary akustyczne z wykorzystaniem metod natężeniowych

  Jak wyniknęło z opisanych w poprzednim rozdziale badań, w celu bliższego rozpoznania ewentualnych nieszczelności w konstrukcji kabiny obniżających jej skuteczność akustyczną, podjęto badania ścian kabiny natężeniową  metodą określania rozkładu pola akustycznego zarówno od strony zewnętrznej jak i wewnętrznej  Zastosowanie pomiarów natężenia dźwięku pozwala na uzyskanie jakościowo nowych informacji o możliwych drogach propagacji hałasu przez ścianę kabiny (przegrodę) oraz umożliwia  analizę lokalnej zmiany izolacyjności badanej ściany (przegrody).
  Natężenie dźwięku jest podstawowym pojęciem określającym falę akustyczną pod względem energetycznym i zdefiniowane jest jako wartość średnia gęstości strumienia energii akustycznej, traktuje się ją jako wartość zespoloną i wtedy część rzeczywista nazwana jest natężeniem aktywnym, a część urojona natężeniem reaktywnym. Prowadzi to do opisania pola akustycznego jako przestrzennego rozkładu ciśnienia charakteryzowanego przez reaktywną składową natężenia oraz jako zbiór wypadkowych, przesuwających się fal, charakteryzowanych przez aktywną składową natężenia.
  Pomiary  wykonano w pomieszczeniu laboratoryjnym (opisanym już wcześniej ) bezpośrednio przy ścianach kabiny dźwiękoizolacyjnej.

Zasadniczym elementem  układu  pomiarowego była sonda natężeniowa B&K 3520, z osiowo usytuowanymi względem siebie i czołowo skierowanymi do siebie mikrofonami typu B&K 4183, współpracująca z analizatorem dwukanałowym B&K 2133. Wyniki pomiarów opracowano na komputerze typu PC, przy pomocy specjalnie napisanych oraz dostosowanych do obróbki tego typu danych programów komputerowych.
Rejestrowane wartości natężenia dźwięku obejmowały zakres częstotliwości od 31.5 do 1000 Hz w pasmach oktawowych częstotliwości, w związku z czym w sondzie zastosowano wkładkę dystansującą (dystansownik) między mikrofonami 50 mm.
Pomiary przeprowadzono metodą stałych punktów pomiarowych, używając siatki pomiarowej równomiernie pokrywającej ściany kabiny dźwiękoizolacyjnej. Do pomiarów wytypowano jako ścianę 1 pełną ścianę kabiny, bez otworów technologicznych  ( krótsza ściana kabiny od strony źródła dźwięku) oraz jako ścianę 2 - ścianę z drzwiami prowadzącymi do wnętrza kabiny. Przyjęty rozstaw punktów pomiarowych dla obu ścian: 0.25  x 0.25 m, co w efekcie dało dla ściany 1 63 punkty pomiarowe (7 kolumn, 9 rzędów), dla ściany 2 - 90 punktów pomiarowych (10 kolumn, 9 rzędów). Na zewnętrznych i wewnętrznych ścianach kabiny pomiary były wykonane w tych samych, na przeciw leżących punktach. Odległość pomiarową od ściany kabiny wyznaczono na podstawie wstępnych pomiarów i  wyznaczenia powierzchniowego wskaźnika: ciśnienie-natężenie F2  oraz globalnego wskaźnika szumu (hałasu) F3, pozwalającego na oszacowanie dokładności pomiarów. W wyniku wyznaczenia tych wielkości do pomiarów przyjęto: od strony zewnętrznej odległość 0.25 m, od strony wewnętrznej kabiny 0.05 m.
Z obserwacji pola akustycznego w pomieszczeniu oraz na podstawie otrzymanych wartości zdefiniowano powierzchniowy wskaźnika ciśnienie-natężenie F2 wg wzoru:

              F₂ = L_p - L_|ln|                                     (Z.1)

gdzie:
   L_p - uśredniona powierzchniowa wartość poziomu ciśnienia akustycznego [dB]




                           (Z.2)


   L_|ln| - uśredniona wartość składowej prostopadłej natężenia dźwięku do
              powierzchni bez uwzględnienia znaku [dB]




                (Z.3)



Wskaźnik F3 obliczany jest ze wzoru:

              F₃ = L_p - L_ln                                         (Z.4)

gdzie:
   L_p - uśredniona powierzchniowa wartość poziomu ciśnienia akustycznego [dB]
   L_ln - uśredniona wartość natężenia normalnego do powierzchni z
            uwzględnieniem znaku [dB]

Dla określenia parametrów pola akustycznego w pomieszczeniu pomiarowym (w którym znajduje się kabina) oraz mocy akustycznej źródła, zmierzono średni poziom ciśnienia akustycznego w płaszczyźnie odległej od badanej ściany kabiny o 0.3 m. W pomieszczeniu laboratoryjnym występuje prawie rozproszone pole akustyczne. Natężenie dźwięku na określonej powierzchni badanej można w przybliżeniu określić z zależności:

              L_l = L_w - 10log S_p = L_w - 11.3 [dB]           (Z.5)

gdzie:
   L_W - poziom mocy akustycznej w dB
   S_p = 13.5 [m²] jest powierzchnią przekroju poprzecznego pomieszczenia
             laboratoryjnego

Zmierzono czas pogłosu w pasmach oktawowych częstotliwości w zakresie od 31.5 do 1000 Hz. Na podstawie otrzymanych danych obliczono moc akustyczną emitowaną przez głośniki do pomieszczenia. Otrzymane wyniki pomiarów i obliczeń zestawiono w tablicy Z.2.

Tablica Z.2. Niektóre parametry geometryczne Laboratorium Hałasu Niskoczęstotliwościowego

Częstotliwości środkowe pasma oktawowego [Hz]

Nazwa parametru	31.5	63	125	250	500	1000
Lp [dB]	79,0	88,1	88,7	88,0	89,5	909.
T [s]	1,4	0,95	0,42	0,6	0,83	0,83
Lw [dB]	88,3	97,1	99,0	96,5	96	96,9
Ll [dB]	77,0	85,8	87,7	85,2	84,7	85,6

Celem wykorzystania w obliczeniach niektórych parametrów geometrycznych pomieszczenia laboratoryjnego oraz kabiny zestawiono w tablicy Z.3 najważniejsze wielkości geometryczne

Tablica Z.3. Niektóre parametry geometryczne Laboratorium Hałasu Niskoczęstotliwościowego

Parametr	Wartość
Całkowita objętość pomieszczenia laboratoryjnego	Vc = 96,6 m3
Objętość badanej kabiny	Vk = 14,8 m3
Czynna objętość akustyczna pomieszczenia laboratoryjnego	V = 81,8 m3
Całkowita powierzchnia ścian pomieszczenia laboratoryjnego	Sc = 134,3 m2
Powierzchnia ścian badanej kabiny	Sk = 31,1 m2
Całkowita powierzchnia przyjmowana do obliczeń	S = 170 m2

Pomiary natężenia akustycznego przy ścianach kabiny dźwiękoizolacyjnej wykonano w siatce stałych punktów pomiarowych na zewnętrznej ścianie kabiny i w odpowiadających im punktach przeciwległych znajdujących się na wewnętrznej ścianie kabiny. W trakcie pomiarów sonda była umieszczona w kierunku prostopadłym do ściany kabiny, przy zachowaniu tego samego kierunku układu mikrofonów po obu stronach ściany kabiny. rejestrowane były częstotliwości od 31.5 do 1000 Hz w każdym punkcie pomiarowym, przy zastosowaniu oktawowego filtru częstotliwości.
Pomiary natężenia dźwięku w punktach siatki pomiarowej pozwoliły na wizualizację otrzymanych wartości wektora natężenia w postaci map rozkładu dźwięku na ścianach kabiny zarówno w postaci 3D - trójwymiarowej siatki, jak i 2D - dwuwymiarowej siatki. Wszystkie mapy wykreślane są dla oddzielnych częstotliwości środkowych pasm oktawowych.
Dla prezentacji otrzymanych wyników pomiarowych wykonano mapy akustyczne różnicy wartości składowych wektora natężenia dźwięku prostopadłych do ściany kabiny, mierzonych od strony zewnętrznej jak i wewnętrznej, uwzględniających rozkład natężenia dźwięku na poszczególnych ścianach. Przykładowe mapy akustyczne obrazujące różnicę składowych “z” wektora natężenia dźwięku prostopadłych do płaszczyzny ściany kabiny dźwiękoizolacyjnej, mierzonych na zewnątrz i wewnątrz ściany kabiny (a - siatka 2D, b- siatka 3D) dla częstotliwości środkowej pasma oktawowego równej 31.5Hz oraz 1000 Hz  przedstawione są na rys. Z.6 i Z.7.
Ogólny wniosek wynikający z porównania wartości różnicy natężenia dźwięku na płaszczyznach ścian kabiny dźwiękoizolacyjnej wskazuje na stosunkowo małą skuteczność akustyczną ścian kabiny dla dolnych częstotliwości analizowanego zakresu  tj. 31.5 i 63 Hz. Natomiast dla wyższych częstotliwości 500 i 1000 Hz można wskazać małą skuteczność akustyczną drzwi kabiny w stosunku do pozostałych  obszarów ścian oraz określić możliwe drogi propagacji energii akustycznej do wnętrza kabiny na podstawie analizy miejscowych obniżeń wartości różnicy natężenia dźwięku, głównie w punktach niestarannego łączenia blach poszycia kabiny.

                                                      Rys. Z.6.

 

                                                      Rys. Z.7.
 

Wnioski

Na podstawie analizy wyników badań akustycznych kabiny metodą ciśnieniową można sformułować następujące wnioski:

w występującym widmie hałasu we wnętrzu modelowej kabiny dźwiękoizolacyjnej dominują niskie częstotliwości z zakresu 6 - 50 Hz, w zakresia hałasu niskoczęstotliwościowego we wnętrzu kabiny występuje jednorodne (w przybliżeniu) pole akustyczne, dla pasma oktawowego o częstotliwości środkowej 16 Hz zarejestrowano wyższe wartości poziomu ciśnienia akustycznego w wnętrzu kabiny niż na zewnątrz, dla zakresu częstotliwości 125 - 2000 Hz występuje znaczne zróżnicowanie pola akustycznego we wnętrzu kabiny, najwyższe wartości poziomu ciśnienia akustycznego są rejestrowane w pobliżu drzwi, okna kabiny oraz ściany usytuowanej od strony źródła szumu.

Natomiast na podstawie analizy wyników badań kabiny metodami natężeniowymi można sformułować poniższe wnioski:

stwierdzono małą izolacyjność akustyczną ścian kabiny w zakresie niskich częstotliwości (bliską 0 dB), izolacyjność akustyczna ścian kabiny wzrasta dla częstotliwości powyżej 125 Hz, mniejsze wartości izolacyjności akustycznej  można zaobserwować w obszarze niestarannych połączeń blach poszycia kabiny oraz w obrębie drzwi wejściowych.

2.3. Badanie dynamiki strukturalnej ścian przemysłowej kabiny dźwiękoizolacyjnej przy pomocy analizy modalnej

Jak wynika z badań akustycznych  we wnętrzu badanej przemysłowej kabiny dźwiękoizolacyjnej KB-2, w zakresie hałasu niskoczęstotliwościowego (szczególnie w pasmie oktawowym o częstotliwości środkowej 16 Hz), występuje wzmocnienie poziomu ciśnienia akustycznego. Być może przyczyną  tego zjawiska są drgania rezonansowe ścian kabiny.  Celem przedstawionych w niniejszym rozdziale badań było określenie, czy w zakresie niskich częstotliwości konstrukcja kabiny podlega drganiom rezonansowym, a jeśli tak, to jaki jest charakter tych drgań.

W ramach pracy zrealizowano następujące zadania:

wyznaczono charakterystykę wykorzystanego źródła dźwięku poprzez pomiar widma ciśnienia akustycznego, wyznaczono charakterystykę oddziaływania źródła dźwięku na badany obiekt poprzez pomiar widmowej funkcji przejścia między przebiegami ciśnienia akustycznego i przyspieszenia drgań wybranego punktu położonego na powierzchni ściany kabiny wyznaczono przebiegi widmowych funkcji przejścia między przebiegami przyspieszeń drgań wybranych punktów położonych na powierzchni ścian kabiny, wyznaczono częstotliwości rezonansowe kabiny oraz jej ścian, a także określono postacie tych drgań.

Zastosowana metoda badawcza polega na pomiarze widmowych funkcji przejścia (WFP) między przyspieszeniem wybranego punktu odniesienia, tego samego dla wszystkich wyznaczanych WFP, a przyspieszeniem drgań wybranych punktów położonych na powierzchniach ścian pionowych kabiny. Drgania kabiny były w trakcie eksperymentu wymuszane akustycznie przez zestaw głośników.
W wyniku przeprowadzonej serii analiz stwierdzono, że w rozważanym paśmie częstotliwości występują drgania własne obiektu badań, które można zaklasyfikować do trzech grup. Identyfikowano tzw. normalne postacie drgań własnych (rzeczywiste wektory modalne). Graficzny opis charakteru odkształceń dynamicznych ścian kabiny przedstawiono na rys. Z.8.
Pierwsza z wyróżnionych grup zidentyfikowanych drgań własnych obejmuje zakres częstotliwości o wartościach mniejszych niż 7 Hz. Ze względu na: słaby poziom i nieodpowiedni charakter widma wymuszenia, trudność pomiaru przyspieszeń drgań czujnikami piezoelektrycznymi dla rozważanych częstotliwości, dużą ilość maksimów występujących w przebiegach amplitud zmierzonych WFP przy ograniczonej rozdzielczości widmowej, w przebiegu fazy WFP powstają duże błędy, co w rezultacie powoduje, że zidentyfikowane postacie drgań własnych są trudne do zinterpretowania. Mimo to, w wynikach wielu przeprowadzonych analiz zauważono pewną tendencję w sposobie drgań ścian kabiny. Zewnętrzna i wewnętrzna, węższa ściana pionowa kabiny drgają z postacią zbliżoną do pierwszej postaci drgań własnych płyty zamocowanej na brzegach, przy czym ich ruch wzajemny odbywa się w przeciwfazie. Można to zauważyć na przykładzie postaci 6.25 Hz przedstawionej na rys. Z.8.a  (przeciwne do ruchu całości zewnętrznej ściany wybrzuszenie jest wynikiem błędu fazy zmierzonych przebiegów WFP). Na rys. Z.8. b przedstawiono postać drgań całej kabiny zidentyfikowaną w tej częstotliwości. Szersza, zewnętrzna ściana kabiny wykazuje w rozważanym zakresie częstotliwości większą intensywność drganiową  niż węższa.
Dużo lepiej w wynikach przeprowadzonego eksperymentu zostały odwzorowane drgania własne o częstotliwościach  zawartych w  paśmie   7-20 Hz,   które   zostały zakwalifikowane do drugiej grupy. Główna tendencja odkształceń dynamicznych ścian kabiny dla tej grupy postaci jest dobrze odwzorowana w wynikach przeprowadzonego eksperymentu. Ściany węższe kabiny drgają z postacią zbliżoną do pierwszej postaci drgań własnych płyty zamocowanej na brzegach. Przemieszczenia obu ścian następują zgodnie w fazie. Można to zaobserwować na rys. Z.8. d, e. Wymieniona tendencja jest również widoczna w wynikach analizy danych testu B. Rys. Z.8.c. przedstawia postać drgań własnych całej kabiny dla rozważanej częstotliwości drgań własnych 8.75 Hz.
Z punktu widzenia oceny izolacyjności ścian kabiny druga grupa zidentyfikowanych postaci drgań własnych ma duże znaczenie. Główna tendencja drgań własnych zakwalifikowanych do niej sprzyja przenikaniu fali dźwiękowej przez  ściany kabiny.
Wybrane postacie drgań własnych zakwalifikowane do trzeciej grupy mają  częstotliwości drgań własnych położone w paśmie częstotliwości 20-60 Hz. Rozważane postacie w przypadku badanej ściany zewnętrznej przypominają kształtem postacie drgań płyty. Brak gładkości powierzchni przedstawionych na rys Z.8.f. jest związany częściowo z błędami estymacji postaci drgań własnych, a częściowo z niejednorodną strukturą konstrukcji kabiny (rama nośna, blachy, połączenia nitowe).

zobacz rysunek Z.8

Rys. Z.8. Wybrane zidentyfikowane postacie drgań własnych badanego obiektu

Wnioski

Na podstawie wyników przeprowadzonych badań można sformułować następujące wnioski:

pomimo nierównomiernego rozkładu widma wymuszenia zastosowana metoda badań modalnych okazała się wystarczająco poprawna do przeprowadzenia identyfikacji częstotliwości drgań własnych kabiny KB-2 w zakresie częstotliwości 4-61 Hz wyniki badań pokazują, że w rozważanym paśmie częstotliwości występują drgania własne struktury kabiny KB-2 przeprowadzone analizy zgromadzonych w czasie badań danych pomiarowych pozwoliły opisać główne cechy postaci drgań własnych o częstotliwościach modalnych zawartych w rozważanym paśmie częstotliwości z punktu widzenia odpowiedzi dynamicznej struktury kabiny KB-2 na wymuszenie akustyczne o zakresie rozważanych częstotliwości najistotniejszy jest charakter drgań własnych zakwalifikowanych do drugiej grupy zidentyfikowanych drgań własnych (7-20 Hz), ponieważ sprzyja on przenikaniu fali dźwiękowej przez ściany kabiny. Postacie tych drgań związane są z drganiami ścian kabiny w fazie tzn. obie warstwy (zewnętrzna i wewnętrzna) struktury typu “sandwich” drgają zgodnie w fazie.

3. Zalecenia

Na podstawie badań przemysłowej  kabiny dźwiękoizolacyjnej można zalecić poprawę skuteczności akustycznej kabiny poprzez:

wymianę elementu o najmniejszej izolacyjności akustycznej tj drzwi, na  drzwi o podwyższonej izolacyjności akustycznej, zainstalowanie modelowych ustrojów rezonatorowych (przedstawionych w rozdz.4, rys.4.10) we wnętrzu kabiny.

Charakterystyka przybliżonej skuteczności akustycznej kabiny KB-2 po zainstalowaniu ustrojów rezonatorowych przedstawiona jest na rys. Z.9. Jak widać skuteczność kabiny wzrosła o ok.2-3 dB w zakresie niskich częstotliwości.
Obniżenie poziomu ciśnienia akustycznego w tym zakresie częstotliwości nawet o kilka dB powoduje znaczne uczucie ulgi  ( poprawy komfortu akustycznego), patrz rys.1.1, rozdz.1.2.

zobacz rysunek Z.9

Rys. Z.9.

Przykładowe animacje drgań własnych ściany kabiny dla częstotliwości:

23 Hz 29 Hz 50 Hz 57 Hz