隔音

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隔聲是指聲波空氣傳播時,一般用各種易吸收能量的物質消耗聲波的能量 使聲能在傳播途徑中受到阻擋而不能直接通過的措施,這種措施稱為隔聲。

概述

  對於一個建築空間,它的圍蔽結構受到外部聲場的作用或直接受到物體撞擊而發生振動,就會向建築空間輻XX聲能,於是空間外部的聲音通過圍蔽結構傳到建築空間中來,這叫做「傳聲」。傳進來的聲能總是或多或少地小於外部的聲音或撞擊的能量,所以說圍蔽結構隔絕了一部分作用於它的聲能,這叫做「隔聲」。傳聲和隔聲只是一種現象從兩種不同角度得出的一對相反相成的概念。圍蔽結構隔絕的若是外部空間聲場的聲能,稱為「空氣聲隔絕」;若是使撞擊的能量輻XX到建築空間中的聲能有所減少,稱為「固體聲或撞擊聲隔絕」。這和隔振的概念不同,前者最終的是到達接受者的空氣聲,後者最終的是接受者感受到的固體振動。但採取隔振措施,減少振動或撞擊源對圍蔽結構(如樓板)的撞擊,可以降低撞擊聲本身。

隔聲標準

  GB/T19889.1-2005 聲學 建築和建築構件隔聲測量 第1部分: 側向傳聲受抑制實驗室測試設施要求;GB/T19889.3-2005 聲學 建築和建築構件隔聲測量 第3部分: 建築構件空氣聲隔聲的實驗室測量;   GB/T8485-2008 建築門窗空氣聲隔聲性能分級及檢測方法;

隔聲測試

  對設備的隔聲測試通常需要在搭建好的隔聲實驗中進行。隔聲實驗室由聲源室、接收室、控制室組成。隔聲實驗室測試房間包括兩間相鄰的混響室,一間為聲源室,另一間為接收室,兩室之間設試件洞口,用以安裝試件。根據中國建築科學研究院環境測控優化研究中心搭建隔聲實驗台的經驗以及相關隔聲標準規範的要求通常設置試件洞口尺寸4000×2500mm,面積10平方米,測量門、窗、玻璃等面積小於10平方米的試件,可根據以上標準規定,在試件洞口內構築符合試件尺寸的安裝洞口。為了控制測試房間的背景雜訊,抑制側向傳聲,準確測量建築材料及構件的空氣聲隔聲性能,隔聲實驗室採用「房中房」構造。聲源室與接收室之間在結構上完全脫開;聲源室、接收室與原基礎間設置隔振材料;實驗室的新增外牆,聲源室、接收室的牆體、地面及頂選用高隔聲性能的材料;測試房間的門均採用雙道隔聲門,作成「聲閘」,進一步提高門的隔聲能力。   聲源室、接收室的房間尺寸比例選擇合適,使低頻段的簡振頻率盡可能分佈均勻。實驗室建成后,按照GB/T 19889.1-2005、GB/T 19889.3-2005與GB/T 8485-2008對隔聲實驗室進行檢驗,並根據檢驗結果設置、調整擴散板位置,確定是否需要設置吸聲構造降低混響時間等,直至滿足上述標準要求。   聲源室、接收室內照明採用無雜訊燈具;聲源室、接收室室內牆面(試件桐口牆面除外)均設置電源插座,插座分兩組,一組供測試設備用,一組供電暖氣(功率2000W)用。實驗室外牆面設置電源插座,供加工試件的電動工具用。   隔聲實驗室的接收室背景雜訊≤20dB(A);測試房間的低頻混響時間滿足標準要求;房間內聲場分佈較均勻,避免出現強駐波

隔聲的一般定律

質量定律

  如果把單層均勻密實材料的構件(忽略材料的彈性)看作是柔XX,它在受到聲波激發時,構件的振幅大小就決定於構件的單位面積質量(稱為面密度)、入XX聲波的聲壓和頻率。構件越重,頻率越高,透XX波的振幅就越小,構件的隔聲效果也越好。闡明這一關係的即為質量定律。   在聲波垂直入XX時構件的隔聲量(Ro)可用下式計算:   Ro=10 lg|pi/pt|2   =10 lg【1+(ωm/2ρc)2】 (dB)   式中pi為入XX聲壓;pt為透XX聲壓;m為面密度;ω為角頻率(ω=2πf,f為頻率);ρ為空氣密度;c為聲速。此式即為垂直入XX波的質量定律,其實用公式為:   Ro=20 lgm·f-42.5   在無規入XX的情況下,對所有方向的入XX波進行平均,求出無規入XX波的隔聲量(R)。其公式為:   R=Ro-10 lg(0.23Ro)   R值較Ro值為小,Ro越大,其差值就越大。   單層牆的隔聲量同面密度和頻率的關係如圖1。   上面所述的是忽略材料彈性的理想情況,實際上隔聲構件一般是有一定剛度的彈性板,可因吻合現象而降低隔聲量。因此單層均勻密實材料板的隔聲特性曲線應如圖2所示。圖中共振區以下,板的隔聲量由彈性的勁度控制。在質量控制區以上產生的臨界頻率處的低谷,是由吻合效應引起的。

吻合效應

  投XX于構件板面上的聲波速度與板上彎曲速度相一致時產生的現象。如圖3所示,設某一時刻斜入XX聲波a到達板上A點,使板產生振動,經過時間t后,彎曲波到達B點,其波長為λB,傳播速度為cB。這時,如聲波斜入XX的角度θ合適,空氣波b以聲速c 經同樣一段時間t也正好到達B點,即λB=λ/sinθ,則在B點使板受激發因而產生新的彎曲波,恰好同A點傳來的彎曲波相吻合,於是使總的彎曲波振幅達到最大。這時,板將向其另一側輻XX大量的聲能,在該頻率處的隔聲量將大幅度下降,而不再符合「質量定律」,此即所謂「吻合效應」。吻合效應只發生在臨界頻率fc處。fc同板的厚度、材料的密度和彈性模量等有關。雜訊對人的影響的頻率範圍主要為100~3150赫,應盡量避免這一範圍發生吻合效應。通常,可用硬而厚的板降低臨界頻率,或用軟而薄的板來提高臨界頻率(圖4)。

共振頻率

  任何隔牆都存在固有的共振頻率, 當聲波的頻率和牆的共振頻率一致時,牆體整體產生共振,該頻率的隔聲量將大大下降。一般地,牆體越厚重,共振頻率越低,當共振頻率低於隔聲評價最低參考頻率100Hz時,由於人耳聽覺特性對低頻不敏感,對隔聲量Rw的影響大大降低。

隔聲結構

  複雜的隔聲構件由一些單層構件組成,它在隔聲機理上有單層構件的特性,同時又有各種單層構件綜合的特性。

雙層構件

  兩個互不連接的單層構件之間有空氣層的構件。空氣層起著緩衝的彈性作用,但也能引起兩層構件的共振。因此,雙層構件的隔聲量並非兩層構件隔聲量的疊加。如在空氣層中加填多孔性吸聲材料,則可減少共振而提高構件的隔聲量。因空氣層而增加的隔聲量在一定範圍內同空氣層厚度成正比。通常,雙層牆比同樣重量的單層牆可增加隔聲量5分貝左右。

輕型牆

  目前使用的輕牆板有紙面石膏板、圓孔珍珠岩石膏板和加氣混凝土板等,單位面積質量大約為十幾公斤至幾十公斤。240毫米厚的磚牆每平方米為530公斤。按照質量定律,輕牆板是不能滿足隔聲要求的。因此,要把雙層板材隔離開形成空氣層,或在空氣層中加填吸聲材料,或採用不同厚度或勁度的板材使其具有不同的吻合頻率,以提高輕牆的隔聲量。表列有不同層數的紙面石膏板在有無填充材料情況下,不同頻帶的隔聲改善值。

隔聲門窗

  門窗結構質量輕,而且有縫隙,因此隔聲能力不如牆壁。對於隔聲要求較高的門(隔聲量為30~50分貝),可以採用構造簡單的鋼筋混凝土門扇。但通常是採用複合結構的門扇。這種結構的阻抗變化能提高隔聲能力。密封縫隙也是保證門窗隔聲能力的重要措施。用工業氈做密封材料較乳膠條為佳,尤其是對高頻雜訊。對隔聲要求較高的窗,窗玻璃要有足夠的厚度(6~10毫米),至少有兩層。兩層玻璃不應平行,以免引起共振,降低隔聲效果。玻璃和窗框、窗框和牆壁之間的縫隙要封嚴。在兩層玻璃窗之間的周邊,應布置強吸聲材料,以增加隔聲量。在構造上要便於洗擦。圖5是各種隔音窗的隔聲特性曲線圖。為了避免窗玻璃之間產生吻合效應,隔聲窗的雙層玻璃應有不同的厚度,否則,在臨界頻率fc處隔聲值將出現低谷。

聲鎖

  要使門具有較高的隔聲能力,可設置「聲鎖」,即在兩道門之間的空間(門鬥)內布置強吸聲材料。這種措施的隔聲能力有時相當於兩道門的隔聲量。為便於開閉,門扇的重量不宜過大。

組合牆

  組合牆是有門或窗的牆。它的隔聲量通常要比無門窗的牆低些。因此,不能單純提高牆的隔聲能力。在設計時,應按照「等隔聲量」即τw·Sw=τd·Sd的設計原則進行。式中τw和τd分別為平牆和門的透XX係數,Sw和Sd為牆和門的面積。因此   即Rw=10 lg(Sw/Sd)×(1/τd)=Rd+10 lg(Sw/Sd)分貝。從上式可知,牆的隔聲量只要比門高10分貝左右即可。   在以上各種隔聲構件的構造內部使用吸聲材料,是利用吸聲的特性來增加構件的隔聲量。隔聲和吸聲的本質區別不應混淆。隔聲是隔離雜訊的傳播,盡可能使入XX聲波反XX回去,隔聲材料愈沉重密實,隔聲性能愈好;吸聲是盡可能多地吸收入XX聲波,讓聲波透入材料內部而把聲能消耗掉,因而一般是多孔性的疏鬆材料。

隔聲指數

  近年來,國際標準化組織(ISO)建議採用單一值──隔聲指數Ia來評價空氣聲的隔聲效果。圖7中的標準曲線在100~400赫間為每倍頻帶增加9分貝,400~1250赫間為每倍頻帶增加3分貝,1250~3150赫間平直。   在求隔聲指數時,先將構件的隔聲特性曲線繪製在坐標紙上,再將繪在透明紙上的標準曲線與之重合,並沿垂直方向上下移動,直至滿足下列兩個條件時為止:①低於標準曲線的任何 1/3倍頻帶的隔聲量與標準曲線的差值不得超過8分貝;②低於標準曲線的各個1/3倍頻帶的隔聲量與標準曲線的差值總和不得超過32分貝。1/3倍頻帶的中心頻率為500赫所對應的隔聲量Ia即為隔聲指數的讀數。

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