聲環(huán)境學(xué)院：門窗隔聲、防噪設(shè)計(jì)刖言所謂隔聲就是用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)把聲音限制在某一范圍內(nèi)，或者在聲波傳播的途徑上用屏蔽物把它遮擋住一部分，這種做法稱之為隔聲。一般說(shuō)來(lái)，這樣隔掉的聲音都是噪音，所以也稱之為防噪。隔聲一般分為兩大類：其一是隔絕空氣聲，就是用屏蔽物如門、窗、墻等隔絕在空氣中傳播的聲音；其二是隔絕樓板撞擊聲，它實(shí)際上是用標(biāo)準(zhǔn)打擊器撞擊樓板時(shí)，在樓板下邊房間內(nèi)產(chǎn)生的撞擊聲級(jí)。本節(jié)主要是敘述用玻璃如何隔絕空氣聲。當(dāng)玻璃幕墻密封很好，空氣聲是如何傳過(guò)去的哪？建筑中空氣聲的傳透過(guò)程是：當(dāng)聲波投射到圍護(hù)結(jié)構(gòu)上時(shí)，如圖1所示，墻壁由于左側(cè)入射的聲波的疏密交替作用，除發(fā)生部分反射現(xiàn)象外，同時(shí)使墻象膜片一樣產(chǎn)生受迫振動(dòng)，有一受迫彎曲波沿墻傳播，同時(shí)又引起構(gòu)件右側(cè)空氣作同樣的振動(dòng)，這樣聲音就傳透過(guò)去了。圉1K匕布曲城到直也與忤播薄而輕的墻比厚而重的墻在聲波作用下容易產(chǎn)生振動(dòng)而且振幅大，所以薄而輕的墻隔聲性能差，即薄玻璃的隔聲性能比厚玻璃的隔聲性能差。低頻聲比高頻聲容易引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，所以玻璃的高頻隔聲性能比低頻好。當(dāng)受迫振動(dòng)產(chǎn)生的受迫彎曲波速度與墻本身固有的自由彎曲波速度相吻合時(shí)，聲傳透最大，即墻的隔聲性能這時(shí)最差，這種現(xiàn)象稱為吻合谷效應(yīng)。滿足吻合谷效應(yīng)的最低頻率稱為臨界頻率。可以通過(guò)減少墻的厚度，在墻上作凹槽減少墻的勁度，或在墻上加一層軟面層的措施，以提高臨界頻率。相反，可以通過(guò)在墻上加肋增加勁度的方法，降低臨界頻率，改善隔聲效果。由此可見(jiàn)，構(gòu)件對(duì)空氣聲的隔聲性能與構(gòu)件本身的質(zhì)量、勁度、阻尼、聲音的頻率、構(gòu)件的造型以及施工質(zhì)量等因素有關(guān)。人們?cè)诤饬咳魏我粋€(gè)物理量的時(shí)候，都要有相應(yīng)的單位和方法，衡量一片玻璃隔聲好壞的方法是用隔聲量，單位用分貝數(shù)大小來(lái)表示，隔聲量的分貝數(shù)越大，玻璃的隔聲性能越好，否則就不好。聲波在空氣中傳播時(shí)遇到一片玻璃要發(fā)生如下的情況：一部分聲能被反射，一部分聲能透過(guò)玻璃傳到第二個(gè)空間。反射的那部分聲能這里不考慮，只考慮入射到玻璃上的總聲能和透過(guò)玻璃的聲能，分別用E入和E通來(lái)表示。把透過(guò)玻璃的聲能與入射到玻璃上的總聲能之比定義為投射系數(shù)，即t是小于1的數(shù)，在全投射的情況下t=1。t值一般為10的負(fù)幾次方，t值小，表明透過(guò)玻璃的聲能少，它的隔聲性能好；t值大，表明透過(guò)玻璃的聲能多，它的隔聲性能差。因?yàn)閠值是小數(shù)，使用起來(lái)不方便，因此用t的倒數(shù)取以10為底的對(duì)數(shù)，在乘以10，這樣所得的數(shù)值，就是用“分貝”為單位的隔聲量（R），也稱為傳聲損失。不同隔聲量使人的感覺(jué)是不同的，詳情見(jiàn)圖2。

用W不同Ri*■對(duì)A的E聘反噥WJ——afi=;(B) 股；(G}2.建筑玻璃隔聲、防噪性能計(jì)算方法二、單片玻璃的隔聲量玻璃隔絕空氣聲的能力和哪些因素有關(guān)哪？與頻率、勁度、阻尼、質(zhì)量有關(guān)。對(duì)于單層玻璃，它的典型隔聲頻率特性曲線見(jiàn)圖3。罔3此后璋事愚微圈聲村率坤帷曲也由圖3可見(jiàn)，單層玻璃的傳聲損失隨著頻率的增加而出現(xiàn)勁度控制、阻尼控制、質(zhì)量控制和吻合谷等現(xiàn)象。在很低的頻率范圍，勁度起主要作用，單板的勁度由下式計(jì)算：唧一"}式中E一玻璃的彈性模量；t一玻璃板厚度；v—玻璃的泊松比。在勁度控制范圍內(nèi)，傳聲損失隨頻率的增加而降低。隨著頻率繼續(xù)增高而出現(xiàn)質(zhì)量控制，在質(zhì)量控制范圍內(nèi)，傳聲損失按每倍程3-6分貝的斜率增加。在質(zhì)量控制和勁度控制之間，可能出現(xiàn)勁度和質(zhì)量效應(yīng)相抵消而產(chǎn)生的共振現(xiàn)象，共振幅度隨玻璃的阻尼大小而變，稱為阻尼控制。單板的共振頻率fr由勁度B、面密度m和板的尺寸所決定，即式中a、b是玻璃板的兩邊邊長(zhǎng)，p、q是任意正整數(shù)。一般情況下，玻璃板的fr低于日常的聲頻范圍，因此，玻璃的隔聲性能一般是由質(zhì)量控制。在質(zhì)量控制范圍內(nèi)以上則出現(xiàn)吻合效應(yīng)，對(duì)于玻璃這樣薄板材料，吻合效應(yīng)通常出現(xiàn)在主要聽聞范圍內(nèi)。在臨界頻率處，傳聲損失出現(xiàn)隔聲低谷，稱為吻合谷。吻合谷隨著玻璃阻尼的減少而加深，而且越過(guò)吻合谷之后，傳聲損失以每倍頻程10分貝斜率上升，然后逐漸減緩，又與質(zhì)量控制時(shí)相一致。臨界頻率按下式計(jì)算:式中c是聲速。公式（6.6）可改寫為:式中t是玻璃板厚，單位是cm。上式表明，同一材料fc值與板厚度成反比，當(dāng)板厚度小于5mm，則臨界頻率在4000Hz以上，隔聲的吻合谷就不會(huì)出現(xiàn)在常用的聲頻范圍。當(dāng)板厚度大于10mm，則吻合谷將發(fā)生在高頻段，并將隨板厚度的增加而逐漸推移到中頻和低頻段。在質(zhì)量控制范圍內(nèi)，在垂直入射條件下，隔聲量與頻率和質(zhì)量的關(guān)系為氏MQIpll,（碧ygmxLgm*如即事-43分廈閭式中P一空氣的密度，kg/m3；c一空氣中的聲速，m/s；m—玻璃的面密度，kg/m2；f一頻率，赫茲。（8）式就是垂直條件下的質(zhì)量定律。它的推導(dǎo)公式這里不介紹了，但是在推導(dǎo)公式（8）所作的一些假設(shè)必須說(shuō)明，因?yàn)檫@些條件是公式（8）的使用范圍。這些假設(shè)條件是：聲波垂直入射到玻璃上；為單層玻璃；玻璃將空間氛圍兩個(gè)半無(wú)限空間，而且玻璃的兩側(cè)均為通常狀況下的空氣；玻璃為無(wú)限大，即不考慮邊界影響；把玻璃看成一個(gè)質(zhì)量系統(tǒng)，即不考慮玻璃的剛性和阻尼；玻璃上的各點(diǎn)以相同的速度振動(dòng)。在滿射入射條件下，公式（8）變?yōu)樵趯?shí)際生活中，玻璃的面積不可能無(wú)限大，而是有邊界，有彈性，有阻尼，有損耗。因此按公式（9）計(jì)算的結(jié)果與實(shí)測(cè)值之間有差異，一般來(lái)說(shuō)實(shí)測(cè)值的斜率達(dá)不到每倍頻程6分貝，面密度增加一倍傳聲損失也提高不了6分貝。于是又有滿射入射條件下的質(zhì)量定律的經(jīng)驗(yàn)公式，即5-）8x]pn+12xlef-2SM（10）如果取500赫茲時(shí)的隔聲量金色作為平均值，則由公式（10）可得平均隔聲量的經(jīng)驗(yàn)公式，即+ （12）式中m1和m2分別是兩層玻璃的面密度。附加隔聲量見(jiàn)圖8.

用asm3*用asm3*ft為什么有了空氣層隔聲量就提高了？這時(shí)因?yàn)槁暡ㄈ肷涞降谝粚硬Ａ系臅r(shí)候，玻璃就產(chǎn)生“薄膜”振動(dòng)，這個(gè)振動(dòng)作用在空氣層上，而被封閉的空氣層是有彈性的，由于空氣層的彈性作用將使振動(dòng)衰減，然后再傳給第二層玻璃，于是總的隔聲量就提高了。除此之外。中空玻璃的隔聲還會(huì)因?yàn)榘l(fā)生共振而下降，中空玻璃與空氣層組成一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，其固有頻率fo可由下式計(jì)算：*嚀冊(cè)士向式中M1、M2—中空玻璃原片的面密度，kg/m2；L一空氣層的厚度，cm。當(dāng)入射聲波頻率與fo相同時(shí)，將發(fā)生共振，聲能透過(guò)顯著增加。只有當(dāng)f>V2Xfo以后，中空玻璃的隔聲量才明顯地提高。圖4.9.9是中空玻璃的隔聲量與頻率的關(guān)系。虛線表示重量與兩層玻璃總重量相等的單層玻璃隔聲。用字母c表示第一個(gè)下降，相當(dāng)于中空玻璃在基頻上的共振，這時(shí)隔聲量幾乎減小到零。在聲波頻率比中空玻璃的固有頻率低的a—b段上，中空玻璃如同一個(gè)整體一樣振動(dòng)，因此與同樣重量的單層玻璃的隔聲沒(méi)有區(qū)別。但聲波頻率大于中空玻璃的固有頻率，如圖中的d、e、f段，隔聲量明顯增加。ffi9ffi9中克旌牌跳肉與算奉的左雇四、夾層玻璃的隔聲量夾層玻璃由于在兩片玻璃之間夾有PVB膠片，因此不能將其作為單片玻璃來(lái)計(jì)算。PVB膠片是粘彈性材料，消除了兩片玻璃之間的聲波耦合，極大地提高了玻璃的隔聲性能。由于沒(méi)有計(jì)算公式，夾層玻璃的隔聲性能只能依靠測(cè)試。下表給出的結(jié)果是依據(jù)ASTME90的測(cè)試結(jié)果。ftI輿屋岐單的HI以佐IKdB岫博拄堪腐段格聲箍牧就嶂技100200傾8001000200040005000340,7**32428.3035353635434545*0.76+453736333606343亍4952?&跆303437373751533d35AA35磯$1&4112*1-52+t4?32明373744475657由于夾層玻璃沒(méi)有隔聲量的計(jì)算公式，所以?shī)A層中空玻璃也沒(méi)有隔聲量的計(jì)算公式，只能

依據(jù)測(cè)試。下表給出的結(jié)果是依據(jù)ASTME90的測(cè)試結(jié)果。表2卷螢中用喋罵的網(wǎng)陰H慈dR 思蟲業(yè)2004006001000L6002D0Q40005000&3S英是7334齡+145465S5255+12A+&3&243443爪35實(shí)烙412A+635A信263644444S4165?由表2可見(jiàn)，夾層中空玻璃的隔聲性能最為優(yōu)異。五、門窗隔聲量玻璃幕墻上既有窗，也有門，因此應(yīng)計(jì)算門窗的隔聲量。門窗的隔聲量最主要取決于門窗的重量和門窗的構(gòu)造，特別是門窗扇與門窗框之間的縫隙大小。在縫隙大的情況下，即使門窗的重量大，隔聲效果也不好。例如，有一1X2m2的窗，其四周因施工和構(gòu)造的關(guān)系出現(xiàn)平均1mm寬的縫隙。試問(wèn)該窗的最大隔聲量將限制在多少分貝？如果要求將此窗的隔聲量提高到28分貝，縫隙應(yīng)如何改進(jìn)？由式(2)知隔聲量R=10log1/t分貝，如果窗是由不同的透視系數(shù)t1、t2、t3Ti和不同的面積S1、S2、S3……Si構(gòu)件組成是，窗的投射系數(shù)一般可以近似地認(rèn)為孔洞的投射系數(shù)T1-1(R=0)，則本例中窗的投射系數(shù)為由此可見(jiàn)，門窗隔聲設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于縫隙的密封處理，由于一般門窗總存在隔聲上的薄弱環(huán)節(jié)一縫隙，因此隔聲量一般都較低。六、玻璃幕墻隔聲上面介紹了玻璃幕墻和門窗等構(gòu)件本身的隔聲量設(shè)計(jì)，而工程上常遇到是吧這些構(gòu)件組成一個(gè)組合墻，這時(shí)這堵組合墻的實(shí)際有效隔聲量既不等于原來(lái)墻的隔聲量，也不等于門或窗的隔聲量，它的實(shí)際有效隔聲量與組成它的各個(gè)構(gòu)件的隔聲量有關(guān)。設(shè)組合墻隔構(gòu)件的聲波投射系數(shù)分別是t1、t2、t3……ti，其面積分別是S1、S2、S3……Si，組合墻的投射系數(shù)為丁=L**匚&* . 組合墻的隔聲量為

icig-psj組合墻隔聲量基本決定于門，所以如果幕墻上設(shè)有一般門時(shí)，則要求幕墻的隔聲量比門窗隔聲量大15分貝左右足夠了。組合墻的隔聲量也可按照“等傳聲量設(shè)計(jì)”的原則，使幕墻的隔聲量略高于門或窗即可。如幕墻的投射系數(shù)為TW，面積為S3W,門的投射系數(shù)為Td,面積為Sd,按照等傳聲量設(shè)計(jì)原理，即TwXSw=TdXSd，因此即瓦=I0|g§