隔聲

　　隔聲是指聲波在空氣中傳播時(shí)，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(cè)量 第1部分: 側(cè)向傳聲受抑制的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)施要求；GB/T19889.3-2005 聲學(xué) 建筑和建筑構(gòu)件隔聲測(cè)量 第3部分: 建筑構(gòu)件空氣聲隔聲的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量；GB/T8485-2008 建筑門窗空氣聲隔聲性能分級(jí)及檢測(cè)方法；
　　隔聲測(cè)試
　　對(duì)設(shè)備的隔聲測(cè)試通常需要在搭建好的隔聲實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行。隔聲實(shí)驗(yàn)室由聲源室、接收室、控制室組成。隔聲實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(cè)控優(yōu)化研究中心搭建隔聲實(shí)驗(yàn)臺(tái)的經(jīng)驗(yàn)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(cè)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(cè)試房間的背景噪聲，抑制側(cè)向傳聲，準(zhǔn)確測(cè)量建筑材料及構(gòu)件的空氣聲隔聲性能，隔聲實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(cè)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(shí)驗(yàn)室建成后，按照GB/T 19889.1-2005、GB/T 19889.3-2005與GB/T 8485-2008對(duì)隔聲實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢驗(yàn)，并根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果設(shè)置、調(diào)整擴(kuò)散板位置，確定是否需要設(shè)置吸聲構(gòu)造降低混響時(shí)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(cè)試設(shè)備用，一組供電暖氣（功率2000W）用。實(shí)驗(yàn)室外墻面設(shè)置電源插座，供加工試件的電動(dòng)工具用。
　　隔聲實(shí)驗(yàn)室的接收室背景噪聲≤20dB(A)；測(cè)試房間的低頻混響時(shí)間滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；房間內(nèi)聲場(chǎng)分布較均勻，避免出現(xiàn)強(qiáng)駐波。
　　隔聲的一般定律
　　質(zhì)量定律
　　如果把單層均勻密實(shí)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(shí)，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(shí)構(gòu)件的隔聲量(Ro)可用下式計(jì)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(shí)用公式為：
　　Ro=20 lgm·f-42.5
　　在無規(guī)入射的情況下，對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象。如圖3所示，設(shè)某一時(shí)刻斜入射聲波a到達(dá)板上A點(diǎn),使板產(chǎn)生振動(dòng),經(jīng)過時(shí)間t后，彎曲波到達(dá)B點(diǎn)，其波長為λB，傳播速度為cB。這時(shí)，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(shí)間t也正好到達(dá)B點(diǎn)，即λB=λ/sinθ，則在B點(diǎn)使板受激發(fā)因而產(chǎn)生新的彎曲波，恰好同A點(diǎn)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(shí)，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(duì)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(shí)，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(píng)價(jià)最低參考頻率100Hz時(shí)，由于人耳聽覺特性對(duì)低頻不敏感，對(duì)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(jī)理上有單層構(gòu)件的特性，同時(shí)又有各種單層構(gòu)件綜合的特性。
　　雙層構(gòu)件
　　兩個(gè)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(duì)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(duì)高頻噪聲。對(duì)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(qiáng)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(qiáng)吸聲材料。這種措施的隔聲能力有時(shí)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(jì)時(shí),應(yīng)按照“等隔聲量”即τw·Sw=τd·Sd的設(shè)計(jì)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(shí)，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(píng)價(jià)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(shí)，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(dòng),直至滿足下列兩個(gè)條件時(shí)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(gè)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(duì)應(yīng)的隔聲量Ia即為隔聲指數(shù)的讀數(shù)。