隔聲是指聲波在空氣中傳播時,一般用各種易吸收能量的物質(zhì)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。
隔聲標(biāo)準(zhǔn)
GB/T19889.1-2005 聲學(xué) 建筑和建筑構(gòu)件隔聲測量 第1部分: 側(cè)向傳聲受抑制的實驗室測試設(shè)施要求;GB/T19889.3-2005 聲學(xué) 建筑和建筑構(gòu)件隔聲測量 第3部分: 建筑構(gòu)件空氣聲隔聲的實驗室測量;GB/T8485-2008 建筑門窗空氣聲隔聲性能分級及檢測方法;
隔聲測試
對設(shè)備的隔聲測試通常需要在搭建好的隔聲實驗中進(jìn)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(shè)試件洞口,用以安裝試件。根據(jù)中國建筑科學(xué)研究院環(huán)境測控優(yōu)化研究中心搭建隔聲實驗臺的經(jīng)驗以及相關(guān)隔聲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求通常設(shè)置試件洞口尺寸4000×2500mm,面積10平方米,測量門、窗、玻璃等面積小于10平方米的試件,可根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,在試件洞口內(nèi)構(gòu)筑符合試件尺寸的安裝洞口。為了控制測試房間的背景噪聲,抑制側(cè)向傳聲,準(zhǔn)確測量建筑材料及構(gòu)件的空氣聲隔聲性能,隔聲實驗室采用“房中房”構(gòu)造。聲源室與接收室之間在結(jié)構(gòu)上完全脫開;聲源室、接收室與原基礎(chǔ)間設(shè)置隔振材料;實驗室的新增外墻,聲源室、接收室的墻體、地面及頂選用高隔聲性能的材料;測試房間的門均采用雙道隔聲門,作成“聲閘”,進(jìn)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布均勻。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(jìn)行檢驗,并根據(jù)檢驗結(jié)果設(shè)置、調(diào)整擴散板位置,確定是否需要設(shè)置吸聲構(gòu)造降低混響時間等,直至滿足上述標(biāo)準(zhǔn)要求。
聲源室、接收室內(nèi)照明采用無噪聲燈具;聲源室、接收室室內(nèi)墻面(試件桐口墻面除外)均設(shè)置電源插座,插座分兩組,一組供測試設(shè)備用,一組供電暖氣(功率2000W)用。實驗室外墻面設(shè)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噪聲≤20dB(A);測試房間的低頻混響時間滿足標(biāo)準(zhǔn)要求;房間內(nèi)聲場分布較均勻,避免出現(xiàn)強駐波。
隔聲的一般定律
質(zhì)量定律
如果把單層均勻密實材料的構(gòu)件(忽略材料的彈性)看作是柔軟的,它在受到聲波激發(fā)時,構(gòu)件的振幅大小就決定于構(gòu)件的單位面積質(zhì)量(稱為面密度)、入射聲波的聲壓和頻率。構(gòu)件越重,頻率越高,透射波的振幅就越小,構(gòu)件的隔聲效果也越好。闡明這一關(guān)系的即為質(zhì)量定律。
在聲波垂直入射時構(gòu)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為入射聲壓;pt為透射聲壓;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。此式即為垂直入射波的質(zhì)量定律,其實用公式為:
Ro=20 lgm·f-42.5
在無規(guī)入射的情況下,對所有方向的入射波進(jìn)行平均,求出無規(guī)入射波的隔聲量(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。
單層墻的隔聲量同面密度和頻率的關(guān)系如圖1。
上面所述的是忽略材料彈性的理想情況,實際上隔聲構(gòu)件一般是有一定剛度的彈性板,可因吻合現(xiàn)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(yīng)如圖2所示。圖中共振區(qū)以下,板的隔聲量由彈性的勁度控制。在質(zhì)量控制區(qū)以上產(chǎn)生的臨界頻率處的低谷,是由吻合效應(yīng)引起的。
吻合效應(yīng)
投射于構(gòu)件板面上的聲波速度與板上彎曲速度相一致時產(chǎn)生的現(xiàn)象。如圖3所示,設(shè)某一時刻斜入射聲波a到達(dá)板上A點,使板產(chǎn)生振動,經(jīng)過時間t后,彎曲波到達(dá)B點,其波長為λB,傳播速度為cB。這時,如聲波斜入射的角度θ合適,空氣波b以聲速c 經(jīng)同樣一段時間t也正好到達(dá)B點,即λB=λ/sinθ,則在B點使板受激發(fā)因而產(chǎn)生新的彎曲波,恰好同A點傳來的彎曲波相吻合,于是使總的彎曲波振幅達(dá)到最大。這時,板將向其另一側(cè)輻射大量的聲能,在該頻率處的隔聲量將大幅度下降,而不再符合“質(zhì)量定律”,此即所謂“吻合效應(yīng)”。吻合效應(yīng)只發(fā)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(guān)。噪聲對人的影響的頻率范圍主要為100~3150赫,應(yīng)盡量避免這一范圍發(fā)生吻合效應(yīng)。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。
共振頻率
任何隔墻都存在固有的共振頻率, 當(dāng)聲波的頻率和墻的共振頻率一致時,墻體整體產(chǎn)生共振,該頻率的隔聲量將大大下降。一般地,墻體越厚重,共振頻率越低,當(dāng)共振頻率低于隔聲評價最低參考頻率100Hz時,由于人耳聽覺特性對低頻不敏感,對隔聲量Rw的影響大大降低。
復(fù)雜的隔聲構(gòu)件由一些單層構(gòu)件組成,它在隔聲機理上有單層構(gòu)件的特性,同時又有各種單層構(gòu)件綜合的特性。
雙層構(gòu)件
兩個互不連接的單層構(gòu)件之間有空氣層的構(gòu)件。空氣層起著緩沖的彈性作用,但也能引起兩層構(gòu)件的共振。因此,雙層構(gòu)件的隔聲量并非兩層構(gòu)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(gòu)件的隔聲量。因空氣層而增加的隔聲量在一定范圍內(nèi)同空氣層厚度成正比。通常,雙層墻比同樣重量的單層墻可增加隔聲量5分貝左右。
輕型墻
目前使用的輕墻板有紙面石膏板、圓孔珍珠巖石膏板和加氣混凝土板等,單位面積質(zhì)量大約為十幾公斤至幾十公斤。240毫米厚的磚墻每平方米為530公斤。按照質(zhì)量定律,輕墻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,或采用不同厚度或勁度的板材使其具有不同的吻合頻率,以提高輕墻的隔聲量。表列有不同層數(shù)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(jié)構(gòu)質(zhì)量輕,而且有縫隙,因此隔聲能力不如墻壁。對于隔聲要求較高的門(隔聲量為30~50分貝),可以采用構(gòu)造簡單的鋼筋混凝土門扇。但通常是采用復(fù)合結(jié)構(gòu)的門扇。這種結(jié)構(gòu)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(yè)氈做密封材料較乳膠條為佳,尤其是對高頻噪聲。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(yīng)平行,以免引起共振,降低隔聲效果。玻璃和窗框、窗框和墻壁之間的縫隙要封嚴(yán)。在兩層玻璃窗之間的周邊,應(yīng)布置強吸聲材料,以增加隔聲量。在構(gòu)造上要便于洗擦。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(chǎn)生吻合效應(yīng),隔聲窗的雙層玻璃應(yīng)有不同的厚度,否則,在臨界頻率fc處隔聲值將出現(xiàn)低谷。
聲鎖
要使門具有較高的隔聲能力,可設(shè)置“聲鎖”,即在兩道門之間的空間(門斗)內(nèi)布置強吸聲材料。這種措施的隔聲能力有時相當(dāng)于兩道門的隔聲量。為便于開閉,門扇的重量不宜過大。
組合墻
組合墻是有門或窗的墻。它的隔聲量通常要比無門窗的墻低些。因此,不能單純提高墻的隔聲能力。在設(shè)計時,應(yīng)按照“等隔聲量”即τw·Sw=τd·Sd的設(shè)計原則進(jìn)行。式中τw和τd分別為平墻和門的透射系數(shù),Sw和Sd為墻和門的面積。因此,即Rw=10 lg(Sw/Sd)×(1/τd)=Rd+10 lg(Sw/Sd)分貝。從上式可知,墻的隔聲量只要比門高10分貝左右即可。
在以上各種隔聲構(gòu)件的構(gòu)造內(nèi)部使用吸聲材料,是利用吸聲的特性來增加構(gòu)件的隔聲量。隔聲和吸聲的本質(zhì)區(qū)別不應(yīng)混淆。隔聲是隔離噪聲的傳播,盡可能使入射聲波反射回去,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射聲波,讓聲波透入材料內(nèi)部而把聲能消耗掉,因而一般是多孔性的疏松材料。
隔聲指數(shù)
近年來,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)建議采用單一值──隔聲指數(shù)Ia來評價空氣聲的隔聲效果。圖7中的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)時,先將構(gòu)件的隔聲特性曲線繪制在坐標(biāo)紙上,再將繪在透明紙上的標(biāo)準(zhǔn)曲線與之重合,并沿垂直方向上下移動,直至滿足下列兩個條件時為止:①低于標(biāo)準(zhǔn)曲線的任何 1/3倍頻帶的隔聲量與標(biāo)準(zhǔn)曲線的差值不得超過8分貝;②低于標(biāo)準(zhǔn)曲線的各個1/3倍頻帶的隔聲量與標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)的隔聲量Ia即為隔聲指數(shù)的讀數(shù)。