V第四讲(第12.2章)：隔声和构件的隔声特性

1第四讲：隔声和构件的隔声特性（第12.2章）2本讲主要内容：4.1、建筑隔声的重要意义4.2、建筑隔声基础4.3、空气声隔声4.4、标准撞击声（固体声）隔声3第12.2章：隔声和构件的隔声特性本讲要点：1、透射系数、隔声量定义；2、隔声频率特性曲线和计权隔声量Rw的确定；3、单层匀质密实墙的质量定律和吻合效应？4、分析双层墙隔声的机理；5、提高轻型墙隔声的主要措施有几种？6、如何提高门窗的隔声性能？7、撞击声隔绝的措施有哪些？8、声波扩散体尺寸和声波波长的关系44.1建筑隔声的重要意义隔声是控制噪声的重要措施，效果十分显著。但目前在很多场合对隔声还不够重视，以致对噪声控制不够。例如轻型建筑的隔声已是当前发展建筑事业的主要矛盾，很多轻型墙组成的分户墙其隔声量只有30dB，这与人们对环境的要求相差很远。54.1.1人们对室内安静程度的要求日常：理想水平，室内应=40dB(A)；如果=50dB(A)会引起居住用户的普遍不满睡眠：理想水平，室内应=35dB(A)；如果=45dB(A)会引起50%居住用户的不满例：住宅[A声级dB(A)]，民用建筑室内允许噪声级标准如下表：一级（高标准）二级（一般标准）三级（最低标准）卧室白天=40=45=50夜晚=30=35=40起居室白天=45=50=50夜晚=35=40=4064.1.2建筑隔声越来越引起人们的重视1996年，在南京、无锡、苏州、上海及北京等地调查中，住宅用户对墙面、地面、顶棚、隔热、保温、通风、朝向、采光、隔声等住宅品质反映最强烈的是——隔声。在瑞典，将分户墙做成200mm厚的钢筋混凝土墙，比结构的要求要厚，造价也高,目的是——隔声。分室轻墙（如石膏板隔断）做成双层结构内填吸声材料的目的是——隔声。有些建筑的墙和楼板水平连接上做成弹性连接，目的是——隔声。74.1.3当前建筑隔声中存在的诸多问题1、设计问题——建筑选址不合理，材料选用不当、施工存在问题等等。最主要的原因是——建筑师。2、材料不合格——墙体材料、楼板、门、窗等等隔声性能不足。3、特别是近年来轻型隔墙材料的使用，以及人们生活水平提高后对建筑品质要求提高，提出了建筑隔声的新课题。84.2建筑隔声基础（途径、隔声量、隔声曲线）4.2.1声波传入围护结构的三种途径：(1)经由空气直接传播，即通过围护结构的缝隙和孔洞传播。例如敞开的门窗、通风管道、电缆管道以及门窗的缝隙等。(2)透过围护结构传播。经由空气传播的声音遇到密实的墙壁时，在声波的作用下，墙壁将受到激发而产生振动，使声音透过墙壁而传到邻室去。(3)由于建筑物中机械的撞击或振动的直接作用，使围护结构产生振动而发声。前两种情况，声音是在空气中传播的，称为“空气传声”。而第三种情况，是振动直接撞击构件使构件发声，这种声音传播的方式称为“固体传声”，但最终仍是经空气传至接收者。对空气传声与固体传声的控制方法是有区别的。94.2.2空气声的透射系数与隔声量（1）透射系数τ。定义：τ=E透射/E总入射声能如果有1/100的能量透过构件，则透射系数τ=0.01入射声能如果有1/1000的能量透过构件，则透射系数τ=0.001（2）隔声量R。构件隔声量(或称透射损失)，它与透射系数是相反的概念；隔声量与透射系数之关系如下式：τ=0.01R=10lg(1/0.01)=20dBτ=0.001R=10lg(1/0.001)=30dB（3）换算关系:隔声量一般是在标准隔声实验室内测试得出，根据值可利用下式推算出τ值：已知R，则τ=10-R/10110lgRdB104.2.3隔声量的频率特性和隔声曲线、指数同一构件或结构，对不同频率的声波的透射能力不同，隔声量也不同，形成隔声曲线。在工程应用上，常采用中心频率为125Hz-4000Hz的6个倍频带，或100~3150Hz的16个1/3倍频带的隔声量来表示某一构件的隔声性能。隔声曲线。114.3.1空气声隔声标准计权隔声量--使用的原因：1）考虑到人耳听觉特性和大部分构件的隔声特性。2）以单值的形式比较不同构件的隔声效果。[与隔声量的频率特性曲线相比，描述隔声使用的是单值Rw]wR隔声指数----计权隔声量：空气声传播过程中遇到围护结构，同一结构对不同的频率的隔声性能不同。使用较多的是用单一数值评价构件的隔声性能。即计权隔声量。这样可使不同构件之间有一定的可比性。wRwR12Rw的确定方法：1）使用空气声隔声的标准曲线与实际隔声频率特性曲线进行比对，同时满足32分贝原则和8分贝原则的隔声最大的标准曲线的500Hz的隔声量为2）8分贝原则：任一100-3150Hz的16个1/3倍频程的构件隔声量比标准曲线低的分贝数不超过8dB。3）32分贝原则：100-3150Hz的16个1/3倍频程的构件隔声量比标准曲线低的分贝数总和不大于32dB。wR13典型墙体构件的隔声指数Iα（Rw）(实验室测量值,实际应用时要低3-5dB）构件Iα(dB)240砖墙，两面20mm抹灰54120砖墙，两面20mm抹灰48100mm厚现浇钢筋混凝土墙板48180mm厚现浇钢筋混凝土墙板52290mm厚水泥空心砌块，两面20mm抹灰54190mm厚水泥空心砌块，两面20mm抹灰4975mm轻钢龙骨双面双层12mm纸面石膏板墙42-4475mm轻钢龙骨双面双层12mm纸面石膏板墙，内填玻璃棉glasswool或岩棉minalwool50-53对于住宅建筑隔墙，国家规定分三级标准一级:Iα=50dB二级：Iα=45dB三级：Iα=40dB144.3.2单层匀质密实墙的空气声隔绝（1）、单层墙隔声频率特性的一般规律影响隔声的因素：单位面积质量（面密度）、刚度、材料内阻尼、边界条件等。（共振基频很低5~20Hz，在主要声频范围内，隔声受质量控制。）•单层匀质密实墙是没有孔隙传声，它通过墙体本身的振动。将入射声能的一部分传播到墙体的另一侧去。图中：单层匀质密实墙隔声频率特性曲线纵轴：隔声量dB横轴：频率Hz15（2）、质量定律在理想情况下，（无刚度、无阻尼、柔顺质量、忽略边界条件），单层墙体隔声量理论推导得到：隔声量：R=20lg(f×M0)-48得到质量定律（masslaw):墙体越重，空气声隔声效果越好。1）面密度增加一倍，隔声量增加6dB。2）频率增加加一倍，隔声量增加6dB。•在实际情况下，在质量控制的频率范围内明显出现质量定律的表现，但比6dB要小，一般地，面密度增加一倍，隔声量增加4-5dB。16（3）、吻合效应墙体在声音激发下会产生受迫振动，振动既有垂直于墙面的也有沿墙面传播的。不同的入射频率或入射角度将产生不同的沿墙面传播的传播速度Cf。然而，墙体本身存在着固有的自由弯曲波传播速度Cb。如果板在斜入射声波激发下，产生的受迫弯曲波的传播速度Cf等于板固有的自由弯曲波传播速度Cb时，即出现Cf=Cb时，将产生“吻合效应”，这时，墙板非常“顺从”地跟随入射声波弯曲，使大量声能透射到另一侧去，形成隔声量的低谷。17吻合频率：声波无规入射时，每种隔声材料都会在某一频率上发生吻合效应，这一频率被称为“吻合频率”，在隔声曲线上的低谷称为“吻合谷”。薄、轻、柔的墙体吻合频率高，吻合效应越弱；厚、重、刚的墙体吻合频率低，吻合效应越强。184.3.3双层墙的空气声隔声双层墙体之间的空气间层相当于“弹簧”，具有减振作用。即空气间层会产生一个附加隔声量，其间层厚度超过10cm，隔声量将不增加。194.3.4轻型墙的空气声隔绝随着大量的住宅建设与高层建筑的发展，要求建筑的工业化程度越来越高，同时还要求减轻建筑的自重，以满足建筑的高速发展。常用的轻型墙体有：纸面石膏板、圆孔珍珠岩石膏板、加气混凝土板、碳化板等。传统的240mm厚的砖墙，其平均隔声量约为53dB，而现有的轻型墙其平均隔声量为30dB。20提高轻型墙隔声能力的措施：根据国内外的经验，采用的主要措施与效果如下:（1）将多层密实材料用多孔弹性材料（玻璃棉、岩棉、泡沫塑料）分隔，做成夹层结构。则隔声量比同重量单层墙提高很多。用松软的吸声材料填充空气间层，一般可以提高轻型墙的隔声量2~8dB.（2）薄板叠合,避免板材的吻合效应引起的谐振，应使各层材料的体（面）密度不同而厚度相同，在质量定律范围内，可以得到较理想的隔声。（3）弹性连接，双墙分离，避免声桥传声这种做法尽量提高空气间层的厚度，,当将空气层的厚度增加到7.5cm以上时，在大多数的频带内可以增加隔声量8~10dB。214.3.5隔声处理实例—门窗•（1）、面密度提高隔声量：一是对于要求隔声较高的门(30～45dB)，在某些场合下，可以采用构造简单的钢筋混凝土门扇，它有足够的隔声能力并能防火；二是使用多层复合结构，用多层性质相差很大的材料相间而成，因各层材料阻抗大而提高了隔声量。•（2）、声闸提高隔声量：需要经常开启的门，门扇重量不宜过大，门缝也较难密封。为了达到较高的隔声量，可以设置所谓“声闸”来提高其隔声能力。•（3）、注意使用窗玻璃：隔声窗时，首先要保证窗玻璃有足够的厚度，层数应在两层以上，同时，两层玻璃不应平行，以免引起共振。为了避免隔声窗的吻合效应，双层玻璃的厚度应不相同。22234.3.6空气声传声的组合隔声量对于有门、窗和墙构成的组合墙来说，墙体的隔声量较高，而门、窗的隔声能力往往比墙体低得多，这样导致整个围护结构的隔声量大大降低。对于组合墙透射系数的求法可按下式：Eτ=Eτ(墙）+Eτ(门或窗）平均透射系数：τ=（τwSw+τdSd）/（Sw+Sd）24٭为了提高组合墙的隔声量，在设计围护结构时应遵循等传声量设计原则：•墙上设计有门或窗时，最合理的隔声设计是使墙体和门两者透射量相等。即τwSw=τdSd。从经济角度来讲，通常，墙的隔声量略大于门即可，最大可不超过10dB。254.3.7房间噪声的降低值噪声通过墙体传至邻室的声压级为L2，而发声室的声压级为L1,两室声压级差为D=L1-L2。D的大小首先取决于隔墙的隔声量R，而且还与接收室的总吸声量、隔墙的面积S有关，关系为：D=R+10LgA-10LgS=R+10LgA/SdB通过以上公式，一方面在隔墙隔声量R已知的情况下可以预测隔墙房间噪声的降低量D，另一方面，为了满足“允许噪声”的条件下，应采用何种隔声量的隔墙。由以上公式可以得到，在D被认为是已知的条件下，有：R=D-10LgA/S这是选用隔墙隔声降噪的一个基本公式。264.4标准撞击声（固体声）隔声撞击声隔绝的复杂性①对撞击声的激发、传播和辐射等原理虽有一定的研究，但由于问题的复杂性，至今没有满意的结果。②隔绝撞击声的材料发展缓慢，撞击声的控制尚无很好的办法。一些隔绝措施往往造价很高，难以广泛应用。撞击声隔绝是目前大量民用建筑中噪声隔绝的薄弱环节。274.4.1、撞击声的计量撞击声是建筑空间围蔽结构（通常是楼板）在外侧直接撞击而激法的，但接收的是被撞结构向建筑空间辐射的空气声。为了能比较不同材料和构造方式的楼板对撞击声的隔绝性能，须保证各自的撞击能量和形态是一样的，为此，需使用一个国际标准的打击器。当楼板受到撞击时，楼板成为声源直接向四周辐射声能，用标准撞击声级Lnp,w（LN）作为评价指标28•Lnp,w（LN）的确定方法：(撞击声隔声指数）1）使用撞击声评价标准曲线与实际撞击声压级频率特性曲线进行比对，同时满足8分贝原则和32分贝原则的隔声最小的标准曲线的500Hz的声压级为Lpn,w。2）8分贝原则：任一100-3150Hz的16个1/3倍频程的比撞击声压级标准曲线高的分贝数不超过8dB。3）32分贝原则：100-3150Hz的16个1/3倍频程的撞击声压级比标准曲线高的分贝数总和不大于32dB。29典型楼板的隔声指数Lpn,w1、80~120mm的光裸混凝土楼板约84dB；2、再加上实贴木地板隔声指数为63dB;3、光裸混凝土楼板再加上地毯隔声指数大约为52dB304.4.2撞击声隔声的处理措施振源撞击楼板，楼板受迫振动而发声；同时由于楼板与四周墙体