Проектиране на безехови камери за полската национална метеорологична служба

Какво се случва, когато попаднете на съвършено тихо място? В безеховите камери нивото на звуково налягане (Sound Pressure Level) пада под прага на човешкото възприятие. Стъпките ви спират да се чуват отчетливо, звукът на собственото ви дишане става пронизващ, а пулсът ви е неестествено силен и пулсиращ. След няколко минути повечето хора започват да губят равновесие. Някои споделят, че чуват движението на кръвта във вените си или скърцането на ставите си.

Повечето хора могат да издържат само няколко минути, преди да се появят замаяност, гадене или дори паника. Това не е хипотетичен експеримент, а доказана физиологична реакция. Човешката ориентация зависи от фините отражения на звука и когато тези сигнали изчезнат в безехова камера, тялото изпада в нещо като шок. Проучвания, публикувани в Journal of the Acoustical Society of America, показват, че повечето хора не могат да останат в такава среда дълго време, преди да се появи дискомфорт.

Имайки това предвид, защо тогава умишлено създаваме такава дезориентираща среда? Защото тишината, когато е контролирана и проектирана, се превръща в инструмент с изключителна прецизност. Тишината позволява на учените да измерват неизмеримото, на индустриите да усъвършенстват най-тихите технологии, а на обществата да защитават по-добре човешкото благополучие от вредния шум.

Ще ви разкажем една история за това как DECIBEL, заедно с партньори в Полша, проектира едно от най-модерните акустични съоръжения в Европа: безеховите камери на полската национална метеорологична служба (GUM).

 

Мълчанието като научен инструмент в световен мащаб

В целия свят, на пръсти се броят безеховите камери, които постигат гранични честоти до 50 Hz. Лабораториите на Microsoft Audio в Редмънд, камерата на Orfield Labs в Минеаполис или съоръжението NTT в Япония често са цитирани като „най-тихите места на Земята“. Всяка от тях е катедрала на тишината, използвана не за медитация, а за авангардни измервания: от тестване на микрофони за мобилни устройства до усъвършенстване на медицински слухови апарати и калибриране на аерокосмически инструменти.

 

 

Новите съоръжения на GUM в Келце, Полша, сега се присъединяват към тази ексклузивна група. Със своите безехови камери от 50 Hz и 100 Hz, GUM влезе в международната карта на най-съвременните метеорологични институции. Тези камери не са просто впечатляващи структури; те сами по себе си са инструменти, проектирани с хирургическа прецизност, за да гарантират лидерството на Полша в науката за звука и вибрациите.

 

Както сподели основателят на DECIBEL, инж. д-р Цветан Недков, „Проекти като този показват защо акустиката не е просто въпрос на намаляване на шума, а на прогрес. Тези камери ще позволят на Полша да бъде лидер в метеорологичната наука и демонстрират как тишината, проектирана с прецизност, се превръща в глобален ресурс за иновации.“

 

Изискванията на клиента за постигане на пълно съвършенство

Полската национална метеорологична служба изискваше повече от просто впечатляващи спецификации; те се нуждаеха от критерии, които да позиционират страната сред световните лидери.

• Две безехови камери: една голяма камера с обем 1402 кубически метра, работеща с честота на прекъсване от 50 Hz, и по-малка камера с обем 319 кубически метра при 100 Hz. И двете пространства трябваше да създадат истински условия на свободно поле, където звукът изчезва сякаш на открито.
• Защита от вибрации: Активните кариери, разположени само на пет километра разстояние, означаваха, че устойчивостта на вибрации трябваше да бъде проектирана по стандарта Клас V0 - най-строгата категория за изолация на вибрациите, изискваща движението на земята в камерата да остане под 4 микрометра в секунда за всички съответни честоти, осигурявайки почти пълна устойчивост на външни вибрации и гарантирайки, че дори най-слабото външно трептене няма да изкриви измерванията.
• Контрол на шума: Вътрешният шум трябваше да остане под кривата NR5 (крива на ултра нисък шум, която съответства на изключително тихи акустични среди, много по-тихи от звукозаписно студио, използвана тук за определяне на максимално допустимия фонов шум в камерите), в съответствие с ISO 8253-2 (международен стандарт за аудиометрично тестване, който определя как да се измерват и контролират звуковите полета, за да се гарантират точни оценки на слуха и калибриране на устройствата). Това гарантира, че тестването на медицински устройства, слухови технологии и промишлени шумови емисии ще бъде точно и надеждно.

 

Инженерният подход към тишината

1. Конструкция „кутия в кутия“

За да отговарят на тези стандарти, DECIBEL и нейните партньори приложиха принципа „кутия в кутия“, като изградиха всяка камера като стоманобетонна конструкция, изолирана от околната среда. Резултатът бяха два акустични острова вътре в лабораторния комплекс.

 

 

2. Системи за изолиране на вибрации

Контролът на вибрациите беше следващото предизвикателство.

• Камера 100 Hz: Поддържана от еластомерни подложки с диаметър 100 mm (f₀ ≈ 5 Hz - естествената резонансна честота на системата за изолиране на вибрациите, което означава, че системата филтрира вибрациите над тази честота и предотвратява тяхното въздействие върху камерата).
• Камера 50 Hz: Изградена върху стоманени пружини 2,5 Hz с еластомерни опори, проектирана с опция за надграждане до пневматични пружини с активно демпфериране, ако е необходимо.
  Симулации по метода на крайните елементи (Finite Element Method) (компютърно-базирана инженерна техника, която разделя сложни структури на хиляди малки елементи, за да се предвиди как ще реагират на сили, като вибрации от взривове в кариери или тежко оборудване), комбинирани с реални измервания на вибрации на място по време на детонации в кариери, потвърдиха, че системата не само отговаря, но и надхвърля изискванията на клиента.

 

 

Ръководителят на проекта сподели личните си впечатление от конкретната работна фаза: „Комуникацията ни с GUM беше също толкова важна, колкото и самото инженерство. Всяко изискване трябваше да бъде валидирано при реални строителни натоварвания. Работата в среда с активни кариери означаваше, че симулациите на вибрации и тестовете на място трябваше да бъдат прецизно синхронизирани. Това беше логистично и техническо предизвикателство, което изискваше безупречна координация.“

 

3. Акустично абсорбиращи панели

Вътре стените и таваните бяха облицовани с полиетерни полиуретанови панели Wedge, които придаваха емблематичния вид на камерите:

• 170 см дължина в камерата с честота 50 Hz
• 86 см дължина в камерата 100 Hz

Тези панели предотвратяват отраженията, абсорбирайки звука толкова напълно, че дори стъпките изчезват безследно. За монтажниците това беше най-деликатната задача. „Полиуретановите панели не бяха просто залепени за стените“, спомня си един член на монтажния екип. „Всеки панел беше прецизно изрязан на специализирано 3D CNC оборудване. Монтажът и подравняването бяха извършени с милиметрова точност от нашите квалифицирани монтажници. Работата в затвореното пространство между вътрешната и външната конструкция за инсталиране на вентилационната система беше трудна. Но когато последният панел беше на мястото си, знаехме, че сме създали нещо наистина уникално. Застанали вътре в камерата за първи път, усетихме тишината; бяхме я построили с ръцете си.“

 

 

4. Безшумна вентилация

Вентилацията беше може би най-парадоксалното предизвикателство: как да се вкарва и изкарва въздух от помещение, без да се създава и най-слаба следа от звук. 13-метров ОВК канал с облицовка от минерална вата и разделени шумозаглушители беше проектиран да постигне затихване във всички критични честоти.

• При високи честоти (4-8 kHz), шахматно разположените шумозаглушители блокираха предаването на звук в рамките на пряката видимост.
• При ниски честоти (63 Hz) бяха въведени допълнителни заглушителни елементи за засилване на затихването.

Резултатът беше дишаща, комфортна среда, която остана тиха като по учебник, нито човешкото ухо можеше да регистрира звук, нито чувствителните инструменти.

 

 

Осезаеми резултати за индустрията и науката

Резултатът от създаването на камерите на GUM е на много нива. Сега те ще могат да:

• осигуряват ISO стандартизирани тестови среди за индустрията и научните изследвания.
• позволяват аудиометрично калибриране, от съществено значение за медицинските устройства и слуховите технологии.
• активират индустриалното тестване на шума, помагайки на производителите да изграждат по-тихи и по-безопасни машини.
• подкрепят фундаментални изследвания, позициониращи Полша като европейски център за акустична наука.

Полската национална метеорологична служба вече притежава една от най-модерните акустични инфраструктури в Европа. За DECIBEL този проект е едновременно технически триумф и затвърждаване на мисията на компанията. Той е поредно доказателство, че тишината може да бъде проектирана, че има измерима стойност и че може да чертае път за бъдещето. Това е и заключението на изпълнителния директор на DECIBEL: „Тези камери не са само за акустика, а за изграждане на условия за прогрес.“

 

 

Дори най-сложните среди могат да бъдат овладени с прецизност, сътрудничество и иновации.

Свържете се с нашия екип още днес за индивидуална консултация относно вашия акустичен или звукоизолационен проект, разгледайте още от нашите изпълнени проекти и разберете как създадените от нас продукти и решения могат да превърнат всяко предизвикателства в измерим успех.