Исследовательский проект

Экспериментальное исследование звукоизоляционных свойств доступных материалов для снижения акустических нагрузок в системах спутниковой связи

Проверяем, как обычные материалы из строительного магазина гасят шум, и где это пригодится в космической и наземной технике связи.

01 · Актуальность

Шум — скрытая нагрузка на спутник

≈140 дБуровень шума под головным обтекателем ракеты при старте

Акустические волны при запуске вызывают вибрации антенн, солнечных панелей и электроники спутника.
На наземных станциях вентиляторы, генераторы и компрессоры шумят на 70–90 дБ, мешая персоналу и чувствительной аппаратуре.
Промышленные звукопоглотители дороги, поэтому нужны доступные решения.

02 · Цель и задачи

Что мы хотим узнать

ЦельЭкспериментально определить, какие доступные материалы лучше всего снижают уровень шума, и оценить их применимость для защиты оборудования спутниковой связи.

Изучить физику распространения и изоляции звука
Подобрать 8 доступных материалов
Собрать испытательный стенд
Измерить снижение уровня звука на разных частотах
Сравнить результаты и дать рекомендации

Гипотеза: многослойная конструкция «плотный + пористый материал» снизит шум сильнее, чем любой материал по отдельности.

03 · Теория

Как материал гасит звук

ОтражениеТяжёлая преграда отражает волну обратно. Чем больше масса, тем лучше.

ПоглощениеВ порах воздух трётся о волокна, и энергия звука переходит в тепло.

ДемпфированиеВязкие материалы вроде резины гасят колебания самой преграды.

R ≈ 20·lg(m·f) − 47 дБ Закон массы: m — поверхностная плотность, кг/м²; f — частота, Гц. Удвоение массы даёт +6 дБ.

Снижение уровня звука считаем как ΔL = L₀ − L₁: разница между шумом без образца и с образцом.

04 · Материалы

8 образцов из обычного магазина

Размер каждого образца 30 × 30 см

05 · Методика

Испытательный стенд

Короб из ДСП 40 × 30 × 30 см, внутри колонка с генератором тона
Сигнал: частоты 250, 500, 1000, 2000, 4000 Гц и белый шум
Отверстие короба закрываем образцом материала
Шумомер (смартфон, приложение Phyphox) в 30 см от короба
По 3 замера на каждый образец, берём среднее значение ΔL

06 · Результаты

Снижение шума, ΔL в дБ

Белый шум, исходный уровень L₀ = 92 дБ

07 · Анализ

Почему слои работают лучше

Пористые материалы (минвата, поролон) лучше всего гасят высокие частоты 1–4 кГц.
Плотные материалы (резина) сильнее на низких частотах, здесь работает закон массы.
Пенопласт и картон лёгкие и жёсткие, поэтому изолируют слабо.
Связка «масса + поглотитель» складывает оба механизма: −24 дБ, шум воспринимается примерно в 5 раз тише.

08 · Применение и выводы

Тишина для чистого сигнала

Акустические кожухи для генераторов, усилителей и серверов наземных станций.
Облицовка аппаратных помещений станций спутниковой связи.
Учебные модели акустической защиты спутника под обтекателем.

1. Гипотеза подтвердилась: «резина + минвата» снизила шум на 24 дБ. 2. Лучший однородный материал — минеральная вата (17 дБ). 3. Доступные материалы позволяют в разы удешевить защиту оборудования.

Финал

Спасибо за внимание!

Авторы проекта

Сабырбек Амир
Картай Алан

Научный руководитель

Ажар Кабылтаевна