Проектирование безэховых камер для Польского национального метрологического управления

Что происходит, когда вы погружаетесь в идеальную тишину? Внутри этих камер уровень звукового давления (SPL) падает ниже порога человеческого восприятия. Ваши шаги мгновенно растворяются в звуках, дыхание становится учащённым, а сердцебиение становится неприятно громким. Через несколько минут большинство людей начинают терять равновесие. Некоторые сообщают, что слышат собственный ток крови или хруст суставов.

Большинство людей могут выдержать всего несколько минут, прежде чем наступает головокружение, тошнота или даже лёгкая паника. Это не мысленный эксперимент, а доказанная физиологическая реакция. Ориентация человека зависит от едва уловимых отражений звука, и когда эти сигналы исчезают в безэховой камере, организм начинает бунтовать. Исследования, опубликованные в журнале Акустического общества Америки, показывают, что большинство людей не могут долго находиться в такой обстановке, поскольку начинаются неприятные ощущения.

Так зачем же намеренно создавать такую дезориентирующую среду? Ведь тишина, контролируемая и организованная, становится инструментом невероятной точности. Тишина позволяет учёным измерять неизмеримое, промышленным предприятиям — совершенствовать бесшумные технологии , а обществам — лучше защищать благополучие человека от вредного шума.

Это история о том, как компания DECIBEL совместно с партнерами в Польше спроектировала одно из самых современных акустических сооружений в Европе: безэховые камеры Польского национального метрологического управления (GUM).

 

Тишина как научный инструмент во всем мире

Во всем мире лишь немногие камеры достигают частоты среза всего 50 Гц. Microsoft Audio Labs в Редмонде, камера Orfield Labs в Миннеаполисе или NTT Facility в Японии часто называются «самыми тихими местами на Земле». Каждая из них — это собор тишины, используемый не для медитации, а для передовых измерений : от тестирования микрофонов для смартфонов до усовершенствования медицинских слуховых аппаратов и калибровки аэрокосмических приборов.

 

 

Новые объекты GUM в Кельце (Польша) теперь присоединились к этой эксклюзивной группе. Благодаря своим безэховым камерам 50 Гц и 100 Гц GUM вошел в число передовых метрологических учреждений мира. Эти камеры — не просто впечатляющие сооружения; это настоящие приборы, разработанные с хирургической точностью, гарантирующие Польше лидерство в области звуковых и вибрационных исследований.

 

Как объясняет генеральный директор компании DECIBEL , доктор технических наук Цветан Недков: «Подобные проекты показывают, что акустика — это не только снижение шума, но и прогресс. Эти камеры позволят Польше занять лидирующие позиции в области метрологической науки и продемонстрируют, как тишина, созданная с точностью, становится глобальным ресурсом для инноваций».

 

Требования клиента к совершенству

Польское национальное метрологическое управление требовало больше, чем просто впечатляющие характеристики; ему требовались эталонные показатели, которые вывели бы страну в число мировых лидеров.

• Две безэховые камеры: одна большая камера объёмом 1402 кубических метра, работающая на частоте отсечки 50 Гц, и камера меньшего размера объёмом 319 кубических метров, работающая на частоте 100 Гц. В обоих помещениях должны были быть созданы условия настоящего свободного поля, где звук исчезает, как на открытом воздухе.
• Защита от вибрации: Действующие карьеры находятся всего в пяти километрах от места добычи, поэтому устойчивость к вибрации должна быть спроектирована в соответствии со стандартом класса V0 — самой строгой категории виброизоляции, требующей, чтобы колебания грунта в камере оставались ниже 4 микрометров в секунду на всех соответствующих частотах, что обеспечивает практически полную невосприимчивость к внешним вибрациям и гарантирует, что даже самые слабые внешние толчки не исказят результаты измерений.
• Контроль шума: уровень внутреннего шума должен был оставаться ниже кривой NR5 (эталонной кривой сверхнизкого уровня шума, соответствующей чрезвычайно тихой акустической среде, значительно тише, чем в студии звукозаписи, используемой здесь для определения максимально допустимого фонового шума в камерах) в соответствии со стандартом ISO 8253-2 (международным стандартом аудиометрического тестирования, определяющим порядок измерения и контроля звуковых полей для обеспечения точной оценки слуха и калибровки устройств). Это гарантировало точность и надежность испытаний медицинских приборов, слуховых технологий и промышленных шумов.

 

Инженерный подход к тишине

1. Конструкция «коробка в коробке»

Чтобы соответствовать этим стандартам, компания DECIBEL и её партнёры применили принцип «коробка в коробке», построив каждую камеру в виде железобетонной конструкции, изолированной от окружающей среды. В результате внутри лабораторного комплекса образовались два акустических острова.

 

 

2. Системы виброизоляции

Следующим направлением стало управление вибрацией.

• Камера 100 Гц: поддерживается эластомерными прокладками толщиной 100 мм (f₀ ≈ 5 Гц — собственная резонансная частота системы виброизоляции, то есть система отфильтровывает вибрации выше этой частоты и не допускает их воздействия на камеру).
• Камера 50 Гц: построена на стальных пружинах 2,5 Гц с опорами из эластомера, спроектирована с возможностью модернизации до пневматических пружин с активным демпфированием при необходимости.
  Моделирование с использованием метода конечных элементов (МКЭ) (компьютерный инженерный метод, который делит сложные конструкции на тысячи мелких элементов для прогнозирования их реакции на воздействия, такие как вибрации от взрывов в карьере или работы тяжелого оборудования) в сочетании с реальными измерениями вибрации на месте во время взрывов в карьере подтвердили, что система не только соответствует, но и превосходит требования заказчика.

 

 

Руководитель проекта вспоминает этот этап: «Наше взаимодействие с GUM было так же важно, как и само проектирование. Каждое требование требовало проверки в условиях реальных строительных нагрузок. Работа в условиях действующих карьеров означала точную синхронизацию моделирования вибрации и испытаний на месте. Это была сложная логистическая и техническая задача, требующая безупречной координации».

 

3. Звукопоглощающие клинья

Внутри стены и потолки были облицованы клиньями из полиэфирного полиуретана, что придало камерам культовый вид:

• 170 см в длину в камере 50 Гц
• 86 см в длину в камере 100 Гц

Эти клинья предотвращают отражения, поглощая звук настолько эффективно, что даже звук шагов исчезает без следа. Для монтажников это была самая деликатная задача. «Полиуретановые клинья не просто приклеивались к стенам», — вспоминает один из членов монтажной бригады. «Каждый клин был точно вырезан на специализированном 3D-станке с ЧПУ. Подгонка и выравнивание были выполнены нашими опытными монтажниками с точностью до миллиметра. Работа в ограниченном пространстве между внутренней и внешней конструкциями для установки вентиляционной системы была сложной. Но когда последний клин был установлен, мы поняли, что создали нечто поистине уникальное. Впервые оказавшись внутри камеры, мы ощутили тишину; мы создали её своими руками».

 

 

4. Бесшумная вентиляция

Вентиляция, пожалуй, была самой парадоксальной задачей: как обеспечить подачу и вытяжку воздуха в помещение, не создавая ни малейшего шума. Для достижения затухания шума на всех критических частотах был спроектирован 13-метровый воздуховод HVAC с облицовкой из минеральной ваты и раздельными глушителями.

• На высоких частотах (4–8 кГц) ступенчатые глушители блокировали передачу звука в зоне прямой видимости.
• На низких частотах (63 Гц) для усиления демпфирования были введены дополнительные шумопоглощающие элементы.

В результате получилась пригодная для дыхания, комфортная среда, которая оставалась неслышимой как для человеческого уха, так и для чувствительных приборов.

 

 

Ощутимые результаты для промышленности и науки

Влияние палат ГУМ многогранно. Теперь они:

• Обеспечить соответствие среды тестирования стандартам ISO для промышленности и исследований.
• Обеспечить возможность аудиометрической калибровки, необходимой для медицинских приборов и слуховых технологий.
• Обеспечить проведение испытаний на промышленный шум, помогая производителям создавать более тихие и безопасные машины.
• Поддерживать фундаментальные исследования, позиционируя Польшу как европейский центр акустической науки.

Польское национальное метрологическое управление теперь располагает одной из самых передовых акустических инфраструктур в Европе. Для компании DECIBEL этот проект — одновременно технический триумф и воплощение её миссии. Он показывает, что тишину можно создать, что её ценность измерима и что она может способствовать формированию более здоровых обществ. Как заключает генеральный директор DECIBEL: «Эти камеры не только обеспечивают акустику, они создают условия для прогресса».

 

 

Даже самые сложные условия можно преодолеть с помощью точности, сотрудничества и инноваций.

Свяжитесь с нашей командой сегодня, чтобы получить индивидуальную консультацию по вашему проекту по акустике или звукоизоляции, изучить больше наших тематических исследований или узнать, как наши продукты и решения могут превратить ваши проблемы в ощутимый успех.