玻璃幕墙隔声设计

玻璃幕墙隔声设计刘忠伟博士（北京中新方建筑科技研究中心）一、建筑声学基础1.声音的产生与传播振动是波动的基础，波动是振动的传播。机械波：振源，介质。能量传递；物质不迁移。振动在空气中的传播——声波。波长、声速声波——质点的振动方向与波的传播方向平行，纵波。声速——声波在空气中的传播速度室温下，声速——340m/sfc声频的特点声波频率：20——20000Hz次声波：低于20Hz超声波：高于20000Hz声波的绕射和反射绕射反射定律：1.入射线、反射线和反射面法线在同一平面内。2.入射线和反射线分别在法线的两侧。3.入射角等于反射角。声波的透射与吸收透射——与光线透射的区别，没有折射定律。吸收——介质摩擦、热传导。EEEEr0声波的透射与吸收反射系数：透射系数：吸收系数：0EErr0EE0EE吸收系数001-11EEEEErrr声功率W、声强I、声压P声功率：声源在单位时间内向外辐射的声能，单位：W；声强：表征声音强弱的物理量，声场中某点的声强，即在单位时间内，在垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能，单位：W/m2声功率W、声强I、声压P无限大、自由场，点声源：SWI24rWI声功率W、声强I、声压P声压：介质中的压强相对于无声波时压强的改变量，单位：Pa；正弦波，有效声压：2mpp声强与声压的关系在自由场中，cpI02声强级、声压级、声功率级声强：下限——上限——1W/m2人耳——近似与声强的对数成正比。声强级：单位：dB2-12/10mW01lg10IIL声强、声强级与相应的环境声强（W/m2)声强级(dB)相应的环境100114012011010060400离喷气机口3m处疼痛阈风动铆钉机旁织布机旁相距1米处交谈安静的室内人耳最低可闻阈-110-210-610-810-12102、玻璃幕墙隔声设计隔声一般分为两大类：其一是隔绝空气声，就是用屏蔽物如门、窗、墙等隔绝在空气中传播的声音；其二是隔绝楼板撞击声，它实际上是用标准打击器撞击楼板时，在楼板下边房间内产生的撞击声级。2、玻璃幕墙隔声设计声波的传递——当声波投射到围护结构上时，墙壁由于左侧入射的声波的疏密交替作用，除发生部分反射现象外，同时使墙象膜片一样产生受迫振动，有一受迫弯曲波沿墙传播，同时又引起构件右侧空气作同样的振动，这样声音就传透过去了。玻璃幕墙隔声设计玻璃幕墙隔声设计隔声——透射系数隔声量——单位：dB0EE1lg10R玻璃幕墙隔声设计透过某玻璃的声能为入射声能的千分之一，即t=10-3，则R=10lg1/10-3=30玻璃幕墙隔声设计玻璃幕墙隔声设计低频声比高频声容易引起结构的振动，所以玻璃的高频隔声性能比低频好。玻璃幕墙隔声设计薄而轻的墙比厚而重的墙在声波作用下容易产生振动而且振幅大，所以薄而轻的墙隔声性能差，即薄玻璃的隔声性能比厚玻璃的隔声性能差。玻璃幕墙隔声设计单片玻璃隔声性能单层玻璃的隔声量随着频率的增加而出现劲度控制、阻尼控制、质量控制和吻合谷等现象。单片玻璃隔声性能在很低的频率范围，劲度起主要作用，隔声量随频率的增加而降低。单板的劲度——)1(1223EtB单片玻璃隔声性能随着频率继续增高而出现质量控制，在质量控制范围内，传声损失按每倍程3~6dB的斜率增加。在质量控制和劲度控制之间，可能出现劲度和质量效应相抵消而产生的共振现象，共振幅度随玻璃的阻尼大小而变，称为阻尼控制。单片玻璃隔声性能单板的共振频率fr由劲度B、面密度m和板的尺寸所决定)(22222bqapMBfr单片玻璃隔声性能一般情况下，玻璃板的B低于日常的声频范围，因此，玻璃的隔声性能一般是由质量控制。单片玻璃隔声性能在质量控制范围以上则出现吻合效应，对于玻璃这种薄板材料，吻合效应通常出现在主要听闻范围内。在临界频率处，传声损失出现隔声低谷，称为吻合谷。吻合谷随着玻璃阻尼的减少而加深，而且越过吻合谷之后，传声损失以每倍频程10dB斜率上升，然后逐渐减缓，又与质量控制时相一致。单片玻璃隔声性能临界频率tEttcBmcfc1200)1(12222322单片玻璃隔声性能同一材料fc值与板厚度成反比，当板厚度小于5mm，则临界频率在4000Hz以上，隔声的吻合谷就不会出现在常用的声频范围。当板厚度大于10mm，则吻合谷将发生在高频段，并将随板厚度的增加而逐渐推移到中频与低频段。单片玻璃隔声性能单片玻璃隔声性能单片玻璃隔声性能单片玻璃隔声性能单片玻璃隔声性能在质量控制范围内，在垂直入射条件下，隔声量与频率和质量的关系（质量定律）：dBfmcmfR]43lg20lg20[])(1lg[1020单片玻璃隔声性能假设条件：（1）声波垂直入射到玻璃上；（2）为单层玻璃；（3）玻璃将空间分成两个半无限空间，而且玻璃的两侧均为通常状况下的空气；单片玻璃隔声性能（4）玻璃为无限大，即不考虑边界影响；（5）把玻璃看成一个质量系统，即不考虑玻璃的刚性和阻尼；（6）玻璃上的各点以相同的速度振动。单片玻璃隔声性能在漫射入射条件下，公式(6-7)变为dBfmR]48lg20lg20[0单片玻璃隔声性能在实际生活中，玻璃的面积不可能无限大，而是有边界、有弹性、有阻尼、有损耗的。因此按公式（6-8）计算的结果与实测值之间有差异，一般来说实测值的斜率达不到每倍频程6dB，面密度增加一倍传声损失也提高不了6dB。于是又有漫射入射条件下的质量定律的经验公式，即单片玻璃隔声性能dBfmR]25lg12lg18[0单片玻璃隔声性能如果取500Hz时的隔声量近似作为平均值，则由公式（6-10）可得平均隔声量的经验公式，即dBmR]13lg5.13[0中空玻璃的隔声量中空玻璃是由两片玻璃夹一层空气层构成的，其隔声性能基本上按质量定律来计算，但是要附加一个修正项。与空气层的厚度有关，中空玻璃的空气层厚度一般是6mm、9mm、12mm、15mm等，分别是2、3、3.5和4，中空玻璃的隔声量平均隔声量ΔR——空气层附加隔声量；对于空气层为12mm的中空玻璃，其值为4dB；当空气层厚度超过90mm，其值为12dB。RMR12lg5.13中空玻璃的隔声量中空玻璃的隔声量声波入射到第一层玻璃上的时候，玻璃就产生“薄膜”振动，这个振动作用在空气层上，而被封闭的空气层是有弹性的，由于空气层的弹性作用将使振动衰减，然后再传给第二层玻璃，于是总的隔声量就提高了。中空玻璃的隔声量中空玻璃的隔声还会因为发生共振而下降，中空玻璃与空气层组成一个振动系统，其固有频率f0可由式（6-12）计算dcmmfo221)11(21中空玻璃的隔声量c=344m/s3/18.1mkg中空玻璃的隔声量dmmmmfo2121)(60中空玻璃的隔声量当入射声波频率f与f0相同时，将发生共振，声能穿透显著增加。只有当以后，中空玻璃的隔声量才明显地提高。虚线表示重量与两层玻璃总重量相等的单层玻璃隔声。02ff中空玻璃的隔声量夹层玻璃的隔声量夹层玻璃由于在两片玻璃之间夹有PVB胶片，因此不能将其作为单片玻璃来计算。PVB胶片是黏弹性材料，消除了两片玻璃之间的声波耦合，极大地提高了玻璃的隔声性能。玻璃幕墙、门窗的隔声量玻璃幕墙上既有窗，也有门，玻璃幕墙、门、窗主要是由框架和玻璃组成，其隔声量主要决定于门窗扇与门窗框之间的缝隙大小，在缝隙大的情况下，即使门窗、玻璃幕墙的重量大，隔声效果也不好。玻璃幕墙、门窗的隔声量有一的窗，其四周因施工和构造的关系出现平均1mm宽的缝隙。试问该窗的最大隔声量将限制在多少分贝？如果要求将此窗的隔声量提高到28dB，缝隙应如何改进？玻璃幕墙、门窗的隔声量隔声量分贝，如果窗是由不同的透视系数、、……和不同的面积s1、s2、……构件组成时，窗的透射系数1lg10R12iiissssss............212211玻璃幕墙、门窗的隔声量一般可以近似地认为孔洞的透射系数，则本例中窗的透射系数为ssss111玻璃幕墙、门窗的隔声量已知缝隙面积=6000×1=6000mm2窗面积S=2×106mm21s361031026000dBR25310lg101lg103玻璃幕墙、门窗的隔声量若要求将此窗的隔声量提高到28dB，则必须将窗缝隙减小。1lg10288.21022.368.2110210210mmssmmmmsd86.0600010260002.31玻璃幕墙、门窗的隔声量门窗、幕墙隔声设计的关键在于缝隙的密封处理，由于一般门窗总存在隔声上的薄弱环节——缝隙，因此隔身量一般都较低。计权隔声量人耳对低频声音的感觉不如高频声音那么灵敏。另一方面还考虑到通常隔声构件低频的隔声量较低，而高频的隔声量较高。标准曲线是随频率而变化的一条折线，其中100～400Hz的低频部分折线的斜率每倍频程增加9dB，400～1250Hz的中频部分折线斜率每倍频程增加3dB，1250～3150Hz的高频部分保持水平直线计权隔声量对于1/3倍频程隔声频率特性曲线应满足：(1)各频带在标准曲线之下不利偏差的dB数总和不大于32dB。(2)隔声频率特性曲线的任一频带的隔声量在标准曲线之下不利偏差的最大值不大于8dB。计权隔声量对于1/1倍频程隔声频率特性曲线应满足：(1)各频带在标准曲线之下的dB数总和不大于10dB。(2)隔声频率特性曲线的任一频带的隔声量在标准曲线之下不利偏差的最大值不大于5dB。计权隔声量，从500Hz处向上作垂线与标准曲线相交，通过交点作水平线与隔声频率特性曲线图的纵座标相交，则交点的dB数即为所求的计权隔声量RW计权隔声量计权隔声量结论1.质量定律：玻璃越厚，隔声性能越好。2.中空玻璃空气腔对隔声有贡献。3.夹层玻璃PVB胶片对隔声有贡献。4.有开启扇，气密性对隔声性能极为敏感。谢谢！