空气声隔声处理（教案）

噪声治理课程第四讲空气声隔声处理——清华大学建筑学院燕翔噪声治理课程第四讲空气声隔声处理构件件的空气声隔声性能声音进入围闭构造的途径为了保证室内环境的私密性，降低外界声音的影响，房间之间需要隔声。隔声与吸声是完全不同的概念，好的吸声材料不肯定是好的隔声材料。声音进入建筑维闭构造有三种形式。1〕通过孔洞直接进入。2〕声波撞击到墙面引起墙体振动向对面辐射声音。3〕物体撞击地面或墙体产生构造振动而辐射声音。前两种方式叫做空气声传声，例如人的讲话声，机器的轰鸣声，隔壁电视机的声音等。第三种方式是撞击声传声，如敲门或使用锤子撞击墙面。在本讲内的隔声特指是空气声隔声，有关撞击声隔声的内容在第四讲《振动的隔离》中表达。噪声进入房间内的根本途径是没有阻挡的长驱直入，或者说孔洞、缝隙以及穿透造成的漏声。最明显的是年久失修、窗框吱嘎作响的窗户，没有压条的门，和墙体上穿透的电源合。不关门的墙将失去隔声意义。隔声量与计权隔声量描述材料对空气声隔声性能的指标是隔声量，隔声量的定义是R10lg1，单位是dB，其中τ是透射声能，是透到对面的声能与入射声能的比。隔声量可以粗略地理解为墙体两边声音分贝数的差值，R=0dB，隔99%20dB99.999%50dB。墙体在不同频率下的隔声量并不一样，一般规律是高频隔声量好于低频。不同材料的隔声量频率特性曲线很不一样，为了通过单一指标比较不同材料及构造的隔声性能，人们使用计权隔声Rw。Rw是使用标准评价曲线与墙体隔声量频率特性曲线进展比较得到的，标准评价曲线符合人耳低频不敏感的听觉特性。如右图，Rw328分贝原则的隔声最大的标准曲线的500Hz的隔声量为Rw。32分贝原则为：100-3150Hz161/3倍频程的构件隔声量比标准曲线低的分贝32dB。8100-3150Hz1/3倍频程的构件隔声量比标准曲线低的分贝数不超过8dB。Rw的优势在于建筑师和工程师已经普遍承受而且可以作为隔声性能比较的标准。缺乏之处在于，Rw的评价曲线为降低语言声源而设计的，不能适于象机器噪声这样的低频成分比语言多得多的噪声。对于机器噪声，我们还可以使用Rw，但要记住，对于低频成分较多的噪声来讲，Rw一般比实际构件的隔声性能夸大了5-10dB。也就是，假设构件的隔声量为30dB那么对于环境噪声来讲只能隔掉20dBA。我国现行国家标准隔声量指标被称为标准计权隔声量Rw，美国国家标准称为标准传声等级STC，STC125-4000Hz8分贝原则以外，评价方法同Rw。一般状况下STC与Rw1dB。建筑隔声使用中的考虑我国部颁标准JGJ37-87《民用建筑设计通则》中，要求各类主要用房的隔墙计权隔声量Rw不应小40dB。下表是墙体空气声隔声量Rw与声音私密性性的关系。1噪声治理课程第四讲空气声隔声处理——清华大学建筑学院燕翔噪声治理课程第四讲空气声隔声处理——清华大学建筑学院燕翔2隔声量Rw(dB)0~2020~4040~5555~6570以上

声音私密性完全没有私密性〔两个房间之间的声音听闻清楚〕局部私密性〔在低背景噪声条件下可听听见音〕较高私密性〔在低背景噪声条件需要提高声音才能听到〕完全私密性〔在低背景噪声条件最大声喊叫才能听到〕私密性的极限，几乎不能听到声音办公建筑中，需要安静和一般性保密性要求的房间之间的隔墙，Rw可选≥45dB，牵强一点可选≥40dB。邻近噪声较大或保密、隔声要求较高，如高级宾馆、写字楼、高标准住宅等Rw不应小于45dB，最好选用≥50dB。对隔声要求不高的房间之间，或两边房间本身较安静，如图书馆阅览室、医院病房、手术室、学校教室等可选用≥40dB，牵强一点可选≥35dB。在实际工程设计时，可依据要求选定隔墙材料和构造方法。手册的隔声Rw数据是在标准试验室中测得的，一般实际工程现场条件下，可能会下降。因此在工程设计时，亦选用Rw3-5dB的试验室测量方案，作为设计余量。建筑筑构件隔声的一般规律质量定律对于隔墙隔声存在一个普遍的规律，即材料越重〔面密度，或单位面积质量越大〕隔声效果越好。6dB,纸面石膏板墙，质量定律发挥着重要作用，即增加板的层数或厚度都可以获得隔声量的提高。由于龙骨双层墙系统声频振动形式格外简单，故质量定律的表达要比单纯的单层墙简单。单层纸面石膏板的隔声效果很差，例如：12mm10kg/m2左右的纸面石膏板标准计权隔声量Rw=29dB。即使将四层这样的纸面石膏板叠和在一起隔声量理论上Rw41dB。轻型匀质墙体，如石膏砌块、加气混凝土板、膨胀珍宝岩板、轻质圆孔板等，面密度大多在60-100kg/m2，受到质量定律的限制，隔声量Rw=35-40dB。对于单层重墙，面密度大于250kg/m2120砖墙，90厚空心混凝土砌块、100厚混凝土墙板等，隔声量Rw45dB500kg/m2240砖墙、200厚混凝土墙等的隔声量可50-55dB左右。任何隔墙都存在固有的共振频率,任何隔墙都存在固有的共振频率,当声波的频率和墙的共振频率全都时，墙体整体产生共振，该频率的隔声量将大大下降。一般地，墙体越厚重，共振频率越低，当共振频率低于隔声评价最低参考频率100Hz时，由于人耳听觉特性对低频不敏感，对隔声量Rw的影响大大降低。对于12mm15mm厚两12mm10kg/m2，15mm纸面石膏板面密度约12kg/m2。15mm100Hz,因此共振频率15mm板构造的墙体构件隔声性能影响较小。但对于12mm板，100Hz四周的隔声性能影响较大，造100Hz、125Hz、200Hz15mm板下降较多，主要是由于共振频率的缘由。吻合效应声波接触墙板后，墙板除了垂直方向的受迫振动以外，还有沿着板面方向的受迫弯曲振动。在某个特定频率上，受迫弯曲振动将和板固有的自由弯曲振动发吻合，这时板就格外服从地跟随入射声弯曲，声波接触墙板后，墙板除了垂直方向的受迫振动以外，还有沿着板面方向的受迫弯曲振动。在某个特定频率上，受迫弯曲振动将和板固有的自由弯曲振动发吻合，这时板就格外服从地跟随入射声弯曲，造成声能大量地透射到另一侧去，形成隔声量的低谷，这种现象被称作吻合效应，该频率被称为吻合频fc。fcfc12mm、15mm纸面石膏板的fc分别为3.15KHz和2KHz12mm板在3.15KHz15mm板在2KHz处的隔声量下降更为严峻，甚至下降的趋势强过质量定律，造成在这一频率位置上隔声量比12mm的板还低很多。双层一样的板叠合的吻合频率fc合效应更加猛烈，吻合谷会变得更深。假设使用不同厚度的板进展叠合，吻合谷将彼此错开，且每个吻合15mm板构造的隔墙在3150Hz12mm12mm15mm板叠合的隔墙比双层15mm隔墙的面密度低，但隔声量反倒会提高,这是吻合效应被减弱的结果。吻合效应的因素比较简单，不但与材料的面密度有关，还和材料的弹性模量、厚度、泊松比等条件有关。纸面石膏板制作工艺中的发泡状况会影响这些因素，包括影响最直接的面密度。从大量的试验中我们觉察，在肯定范围内减小面密度，吻合频率会变高，而且吻合效应会变弱，对隔声有利。250-2023Hz隔声。即使做成双层墙，中间附有空气层，也会由于吻合效应的叠加造成隔声性不高，例如双层90加50mm48dB12mm石膏板墙的60dB12石膏板的吻合频率高，吻合效应没有90加气混凝土板猛烈。声桥板材直接固定在龙骨上时，受声一侧板的振动会通过龙骨传到另一侧板，这种象桥一样传递声能的现象被称为声桥。声桥越多、接触面积越大、刚性连接越强，声桥现象越严峻，隔声效果越差。在板材和龙骨之间加弹性垫，如弹性金属条或弹性材料垫对纸面石膏板墙隔声有肯定的改善量，最多可以提高3dB。此外，轻钢龙骨本身刚度比较小，对两侧板材的声桥作用要好于矩形截面的木龙骨和石膏龙骨，轻钢龙骨石膏板隔墙要比一样构造的木龙骨和石膏龙骨隔墙隔声效果好。对于轻钢龙骨石膏板墙，为了削减声桥，获得更高的隔声量，有时将龙骨构造做成错列构造和双层构造。错列构造是竖龙骨错列分立，两边板不同时固定在一根龙骨上，天地龙骨共用一套；双层构造是天地龙骨和竖龙骨分别做两层，中间没有任何连接，板固定在各自的龙骨上。理论上讲，错列龙骨隔墙隔声优于一般龙骨隔墙，可以提高1－3dB；双层龙骨隔墙隔声优于错列龙骨隔墙，比一般龙骨隔墙可7－8dB。隔声量提高是声桥减弱了的原因。板缝和孔洞隔墙上假设消灭缝隙和孔洞，会大大降低隔墙的隔声量。假设隔墙墙体本身的隔声量到达50dB，而墙上有万分之一的缝隙和孔洞，则综合隔声量将下降到40dB。为了防止石膏板墙和原构造之间的缝隙，通常在墙体四周安装龙骨时垫入塑料弹性胶条。另外，当每面两层石膏板时，应错缝安装，里层可以不勾缝，只对外层勾缝，这对隔墙隔声量影响不大。但是每面一层板时必需勾缝，否则隔声量将会下降12－17dB。2.5单层墙体因受质量定律的限制，必需是重墙才能获得良好的隔声性能。对于住宅分户墙，为到达国家最低标准Rw=40dB的要求单层隔墙至少需要100kg/m2以上的面密度〔面密度是每平方米墙体的重量。假设将墙体分成两层或多层，隔声量会显著提高。这是由于，声音撞击到第一层墙板时，透射的同时，两层之间的腔体有类似弹簧的作用，使墙板系统具有有利于消耗声音的弹性，进一步隔声。假设在腔体中填入离心玻璃棉等吸声材料后，声音传播过程中在腔体中来回反射的声音将被大大衰减，隔声12045dB50dB以上需要重量提高一倍，即需要24075125024kg/m3的玻璃棉，计权隔声量就从44dB提高到50dB。可见，隔墙腔体中的吸声材料对隔声量的影响格外重要。依据7512纸面石膏板〔三道墙板，每道两层石膏板，共两个龙骨空腔〕的轻5024Kkg/m3Rw=60dB，这是半米厚混凝土隔墙的隔声量。相比，计权隔声量同样是Rw=50dB的混凝土墙和轻墙相比，在125Hz频率上，混凝土隔墙的隔声量R=40dB，而轻墙的隔声量只有23、24dB左右。一个有利的因素是，人耳对低频并不敏感，因此在大多语言环境下轻墙完全可以满足隔声要求，但在机械噪声、迪斯科舞厅等低频声音严峻的场合必需考虑低频隔声量是否足够。轻墙低频隔声较差的主要缘由是墙板比较轻柔，难于阻隔振动幅度较大、波长较长的低频声，同时，空腔中的吸声材料低频吸声性能也比较有限。从理论上分析，影响纸面石膏板墙隔声的主要因素有以下几个方面：龙骨：龙骨弹性越好隔声性能越好，尤其低频隔声量有显著提高。轻钢龙骨的弹性好于木龙骨，故使用轻钢龙骨轻墙比木龙骨轻墙计权隔声量高1-3dBZ1-2dB。假设在龙骨上承受S型的减振条，计权隔声量可以提高2dB。假设使用两层完全分别的龙骨〔龙骨之间没有任何连接，隔声量能够提高5-7d100厚龙骨比75厚龙骨计权隔声量提高1dB左右。安装墙板的螺丝钉钉距越稀疏，隔声性能越好，由于稀疏的钉距使墙板连接的刚性变差，据测定，300mm250mm0.5dB左右，但是钉距不能过于稀疏，由于必需保证墙体的强度。墙板：在试验中觉察，面密度越大同时越薄的墙板隔声性能越好。这是由于，密度越大隔声量越大，越薄则在中高频消灭的吻合谷越往高的频率偏移，偏出感兴趣的频率范围之外。例如，同样厚度的75龙25mm2500Hz47dB75龙骨双面双层12mm厚内填棉的纸面石膏板墙的吻合谷在3150Hz，吻合效应影响变弱，计权隔声量为50dB。对于GRC板、硅酸钙板等墙板，由于密度比石膏板大，而厚度比石膏板薄，因此具有更好的隔声性能。另外，使用不同厚度的板材复合，或使用不同材料的板材复合可以将共振和吻合频率错开，有利于提高隔10mmGRC12mm纸面石膏板复合的双面双层填棉轻墙的计权隔声量比两层石膏2dB52dB。内填棉：高容重内填离心玻璃棉虽然吸声效果好，由于声音在空腔来回反射屡次而消耗，即使每次反射吸声较小，屡次反射的积存效果也格外大，因此5cm24kg/m3的离心玻璃棉作为内填吸声材料已经足够1dB。但是，2.5cm以下、缺乏16kg/m3的离心玻璃棉由于过于稀松，吸声性能太差，会使隔声量下降2-3dB。5cm厚容重大于40kg/m3岩棉和玻璃棉的隔声效果是类似的，理论上讲，由于岩棉容重往往大于玻璃棉，隔声略有优势，但很难相差1dB，那种认为轻墙中岩棉隔声好于玻璃棉的观点是不正确的。还有一点格外重要，就是空腔中的棉不能满填，这样会造成棉将两层墙板连接在一起，消灭声桥，使隔声量下降。填棉时，应尽量保证棉体两边不同时接触板材，以防止声桥。假设使用50mmC型龙骨，那么填棉厚度应小于50mm，如25mm或40mm的岩棉或玻璃棉。有些设计人员认为棉体需要满填、填实在空腔中，和板之间不留空气层，这是不对的。试验说明，满填棉隔声性能将下降1－3dB。另外填棉厚度不均、回弹率过大等造成的棉板与两边板材局部或大面积接触都会引起隔声量下降，施工操作中应尽量避开。施工及其他等因素：以下假设干因素对隔声的影响并非墙板本身，而是设计、施工、整体构造等方面疏忽造成的，这些因素有时造成纸面石膏板隔墙隔声量下降格外严峻。〔玻璃棉常消灭这种状况造成消灭填棉缝隙。严峻时可能引起3－5dB隔声量的下降。③隔墙外框和房屋构造刚性连接，未按规定垫入弹性垫条，构造受荷变形或构造振动，造成板缝开列，形成缝隙漏声。④管道穿墙，未按规定要求密封处理，造成孔隙；电器开关盒、插销盒在墙上暗装，未按规定要求做内嵌石膏板盒隔声处理，造成隔声薄弱环节；甚至隔墙两边电器盒对装而不做任何处理，都会大大降低隔声性能。⑤在实际建筑物中，两个房间除了隔墙传声外，还有其他途径引起声音从一个房间进入另一个房间，这些途径的传声称为侧向传声，如地面构造传声、侧墙构造传声、门窗传声、管道风道传声等。有些有吊顶的大房间用石膏板隔墙分隔成一些小间，由于先做的吊顶，隔墙只做到吊顶下沿，而没有延长到构造噪声治理课程第四讲空气声隔声处理——清华大学建筑学院燕翔层楼板底，消灭吊顶内的侧向传声，造成房间实际隔声量比隔墙隔声量低很多。门窗隔声而且受到扇与框之间缝隙的严峻影响。门窗隔声量的上限是门扇或窗扇的隔声量，这个量随着框扇间缝隙的增大而变小，在中高频段尤为其明显。门的隔声一般建筑用门主要考虑轻松、敏捷、经济等因素，没有特地的隔声处理，隔声性能很低。木门常用木板、木夹板、纤维密度板制成，门扇重量较轻，门缝隙大，隔声差，一般在15-20dB左右。钢制门以20-25dB左右。还有一种塑料〔塑钢门，门框为塑钢型才，门扇为塑料板拼和，重量很轻，五金密封较差，隔15dB。在高噪声隔声中需要使用隔声门，提高门的隔声性能一方面需要提高门扇的隔声量，另一方面需要处理好门缝。提高门扇自身隔声量的方法有：1〕增加门扇重量和厚度。但重量不能太大，否则难于开启，门框支撑也成问题；太厚也不行，不但影响开启，而且也受到锁具的限制。常规建筑隔声门重量在50kg/m2以内，厚度不大于8cm。2〕使用不同密度的材料叠合而成，如多层钢板、密度板复合，各层的厚度也不同，防止共振和吻合效应。3〕在门扇内形成空腹，内填吸声材料。隔声门门扇的隔声量可做到50-55dB。门缝处理的方法有：1〕将门框作成多道企口，并使用密封胶条或密封海绵密封。承受密封条时要保证门缝各处受压均匀，密封条处处受压。有时承受两道密封条，但必需保证门扇和门框的加工精度，协作良好，否则反倒局部漏缝，弄巧成拙。2〕承受机械压紧装置，如压条等。门的周边安装压紧装置，锁门转动扳手时，通过机械联动将压紧装置压在门框上，可获得良好的密封性。对于下部没有门槛的隔声门，必需在门扇底安装这种机械密封装置，关门时，压条自动压在地面上密封。通过良好门45-50dB。3.3声闸单门受到重量、厚度、门缝等因素的限制，隔声量很难超过45dB，为了获得更高的隔声性能，可以承受双层门。假设双层门之间有肯定空间，空间内安装强吸声材料，那么就形成了隔声量很高的声闸构造。声闸在使用时，总保持有一扇门是关闭的，对开门进入房间的过程也具有良好的隔声性能。声闸的整体隔声量相当于两扇门中隔声量高数值加上一个附加隔声量。附加隔声量与门斗的体积和吸声有关，体积越大，吸声越强，附加隔声量越大。附加隔声量最大值为另一扇门的隔声量。例如，常规40dB25dB65dB。3.3窗的隔声隔声最薄弱之处往往是窗户。单层8mm左右玻璃的隔25dB左右。虽然玻璃很重，确实是一种好的隔声材料，同样厚度，玻璃的隔声量比水泥还大，但是，建筑上150mm厚的玻璃板。所谓中空隔声玻璃隔声性能1cm，两层玻璃被层窗一样,有些频率反倒会发生共振。中空玻璃具有更抱负5噪声治理课程第四讲空气声隔声处理——清华大学建筑学院燕翔噪声治理课程第四讲空气声隔声处理——清华大学建筑学院燕翔65mm的这种玻璃比厚度一样的一般玻璃的Rw5-10dB。窗同样有缝隙漏声的问题。平开窗比推拉窗的密闭性好，隔声性能也要好。隔声窗需要在窗扇和窗框之间使用密封橡胶条。可以使用两层玻璃完全分别的方法，形成双层窗提高隔声性能，玻璃的间距至少大于50mm，大于100mm更好。很大的空气层使得两层玻璃独立地振动，隔声可以提高10-15dB。更重要的是双层窗的降噪力量在250Hz以及250Hz以下低频范围有所提高。里外安装良好的、周遍安装有吸声材料的、密封45dB〔如上图。可以使得上下具有不同的空气层厚度，有利于防止两层玻璃之间的共振。更高要求的隔声窗可以承受三层不等厚的玻璃，做成三层窗，而且玻璃是倾斜的，这样的隔声窗可以到达50-55dB的隔声量。隔声罩与隔声屏障可以使用隔声罩将小型噪声源围闭起来降低噪声。有时受到条件的限制不能完全封闭声源，只能进展局部封闭或遮挡，形成局部隔声罩或隔声屏障。隔声罩隔声罩需要将声源包围起来，其降噪效果取决于罩壁的隔声量和罩内的吸声状况。罩壁的隔声量越大，罩内的吸声量越多，降噪效果越好。理论计算公式为：IL=R+10lgα，IL是降噪量，R是罩壁的隔声量，α是罩内的平均吸声系数。可以看出，由于α恒小于1，10lgα就恒小于0，隔声罩降噪量永久比罩壁的隔声量小。隔声罩内的吸声量对降噪效果影响很大，假设吸声量过小，甚至没有任何降噪效果。隔声罩通常承受1.5-2mm的钢板支撑，钢板内层刷沥青等阻尼层，外壳也可以使用胶合板、纸面石膏板或铝板制成。阻尼的目的是为了避开吻合效应和低频共振而降低隔声效果。阻尼层外可再铺一层吸声材料〔如离心玻璃棉+穿孔板罩面等。罩与机器之间应防止接触，并留肯定间隙，并在罩与根底之间垫减振垫，防止机器振动传给隔声罩。对于需要通风散热的设备，应在隔声罩上设置消声管道。很多设备，如球磨机、空气压缩机、发电机、电动机等都可以承受隔声罩降低噪声。隔声屏障〔室内〕在室内，由于存在很多混响声，而隔声屏的作用主要的遮挡直达声，因此室内隔声屏隔声效果比较差。当结合室内吸声处理措施时，如天花吸声、墙面吸声等，反射声下降，室内隔声屏方能发挥肯定作