第十二章 建筑隔声

Page 1湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理第十二章 建筑隔声建筑隔声的意义建筑隔声的意义隔声性能表示隔声性能表示墙板的空气声隔绝墙板的空气声隔绝门窗与楼板的隔声门窗与楼板的隔声Page 2湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理一、建筑隔声的重要意义一、建筑隔声的重要意义人们对室内安静程度的要求（以住宅为例）：日常：理想水平，室内应=50dB(A)会引起居住用户的普遍不满睡眠：理想水平，室内应=45dB(A)会引起50%居住用户的不满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。Page 3湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理当前建筑隔声中存在的诸多问题：当前建筑隔声中存在的诸多问题：当前建筑隔声中存在的诸多问题：当前建筑隔声中存在的诸多问题：1 1、设计问题、设计问题建筑选址不合理，材料选用不当、施建筑选址不合理，材料选用不当、施工存在问题等等。工存在问题等等。2 2、材料不合格、材料不合格墙体材料、楼板、门、窗等等隔墙体材料、楼板、门、窗等等隔声性能不足。声性能不足。3 3、特别是近年来轻型隔墙材料的使用，以及人们生、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。声的新课题。Page 4湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理二、建筑隔声基础二、建筑隔声基础二、建筑隔声基础二、建筑隔声基础1、声波传入围护结构的三种途径 1）空气。通过孔洞、缝隙传入。2）透射。声波结构产生振动再辐射 3）撞击和机械振动。结构振动再辐射 空气声(air borne sound)固体声(solid borne sound)2、声音的透射：声音透过建筑物从一个侧面向另一个侧面传播的现象为声音的透射，依据传播途径的不同分为直接透射与间接透射两类。直接透射：声音从声源和听闻地点间的墙壁或屋顶直接透射入听闻地的现象。间接透射：室内发出的声音沿着围护结构的相连接部件间接传向听闻地点的现象。Page 5湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理三、隔声及其性能表示：1、隔声：将声音隔绝于围护结构之外，或将强烈的声音封闭在一个特定的空间的过程。2、隔声性能通常用以下几个物理量表示：1）、隔声量R：入射声分贝数与透射声分贝数之差为围护结构的隔声量。通常采用透射系数倒数的对数来表示。R=10lg(1/)(dB)=0.01R=10lg(1/0.01)=20dB =0.001R=10lg(1/0.001)=30dB 若已知R，则=10-R/10Page 6湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理组合墙=墙+门或窗 E =E(墙）+E(门或窗）平均=（wSw+dSd）/（Sw+Sd）空气声传声的组合隔声量空气声传声的组合隔声量Page 7湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理例：某墙隔声量Rw=50dB,面积Sw=20m2,墙上一门，其隔声量Rd=20dB,面积2m2,求其组合墙隔声量。解：组合墙平均透射系数为：c=（wS Sw+dS Sd）/（S Sw+S Sd）其中：Rw=50dB w=10-5 ,Rd=20dB w=10-2 故，c=(2010-5+2010-2)/(20+2)=9.2 10-4 故 Rc=10lg(1/c)=30.4dB 等等传声声量量设计原原则：墙上设计有门时，最合理的隔声设计是两者透射量相等。即wS Sw=dS Sd。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。Page 8湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理同一构件或结构，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。利用它能全面、直观地反映隔声构件在各频率范围内的隔声状况。一般采用100Hz-4000Hz的17个1/3倍频带隔声曲线。2 2）、隔声频率特性）、隔声频率特性隔声曲线隔声曲线Page 9湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理隔声的测量隔声的测量1、空气声隔声测量R=L1-L2+10lgS/A 共测100-4000Hz的17个1/3倍频带的隔声量，得到隔声曲线。S:被测构件面积 A:接收室吸声量 Page 10湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理2、撞击声隔声测量使用标准打击器打击楼板 Ln=Li-10lg(A0/A)A:接收室的吸声量 A0=10m2(规定的标准）共测100-4000Hz的17个1/3倍频带的隔声量，得到隔声曲线。Page 11湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理撞击声的计量 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发的，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L Ln n作为评价指标隔声曲线 L Ln n =L 10Ig A0/A L 接收室的撞击声压级 A 接收室的吸声量 A0=10m2 Page 12湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理典型楼板的Ln1)80120mm的光裸混凝土楼板：Ln约=84dB 2)同1)再加实帖木地板：Ln约=63dB 3)同1)再加地毯：Ln约=52dB 对于住宅建筑楼板，国家规定分二级标准 一级:Ln=65dB 二级：Lp=50 dB 二级：I=45dB 三级：I=40dBPage 19湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理四、单层匀质密实墙的空气声隔绝四、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。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。Page 20湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理Page 21湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理频率从低端开始，板的隔声受劲度控制，隔声量随频率增加而降低；随着频率的增加，质量效应增大，在某些频率，劲度和质量效应相抵消而产生共振现象，图中f0为共振基频，这时板振动幅度很大，隔声量出现极小值，大小主要取决于构件的阻尼称为“阻尼控制”；当频率继续增高，则质量起主要控制作用，这时隔声量随频率增加而增加；而在吻合临界频率fc：处，隔声量有一个较大的降低，形成一个隔声量低谷，通常称为“吻合谷”，在一般建筑构件中，共振基频f0 很低，常在(520)Hz左右。因而在主要声频范围内，隔声受质量控制，这时劲度和阻尼的影响较小，可以忽略，从而把墙看成是无刚度无阻尼的柔顺质量。Page 22湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理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(fM0)-43得到质量定律（mass law):墙体越重空气声隔声效果越好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6B。2）频率增加加一倍，隔声量增加6B。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。Page 23湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理以单位面积质量m和频率f的乘积作为横坐标(用对数刻度)，隔声量R为纵坐标(用线性刻度)，则按上式画出的隔声曲线是一个mf每增加一倍、上升6dB的直线，称为“质量定律直线”。Page 24湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理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C f。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C f 等于板固有的自由弯曲波传播速度Cb时，即出现C f=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。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，也只会发生在一定的频率范围内，这一范围有一下限频率，被称为“临界频率”，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；厚、重、刚的墙体吻合频率低。Page 25湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理Page 26湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理五、双层墙的空气声隔声五、双层墙的空气声隔声从质量定律可知，单层墙的单位面积质量增加一倍，即材料不变，厚度增加一倍，从而重量增加一倍，隔声量只增加6dB。实际上还不到6dB。显然，靠增加墙的厚度来提高隔声量是不经济的；增加了结构的自重，也是不合理的。如果把单层墙一分为二，做成双层墙，中间留有空气间层，则墙的总重量没有变，而隔声量却比单层墙有了提高。换句话说，两边等厚的双层墙虽然比其中一叶单层墙用料多了一倍，重量加了一倍，但隔声量的增加要超过6dB。双层墙可以提高隔声能力的主要原因是空气间层的作用。空气间层可以看作是与两层墙板相联的“弹簧”，声波入射到第一层墙板时，使墙板发生振动，此振动通过空气间层传至第二层墙板，再由第二层墙板向邻室辐射声能。由于空气间层的弹性变形具有减振作用，传递给第二层墙体的振动大为减弱，从而提高了墙体总的隔声量。Page 27湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理双层墙的隔声量可以用单位面积质量等于双层墙两侧墙体单位面积质量之和的单层墙的隔声量加上一个空气间层附加隔声量来表示。但是实际工程中，两层墙之间常有刚性连接，它们能较多地传递声音能量，使附加隔声量降低，这些连接称为“声桥”。双层墙的每一层墙都会产生吻合现象，如果两侧墙是同样的，则两者的吻合临界频率fc是相同的，在fc处，双层墙的隔声量会下降，出现吻合谷。如果两侧的墙不一样厚，或不同材料，则两者的吻合临界频率不一样，可使两者的吻合谷错开。这样，双层墙隔声曲线上不至出现太深的低谷。Page 28湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理空气间层相当于“弹簧”具有减振作用产生一个附加隔声量，其厚度超过10cm将不增加。Page 29湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理六、轻型墙的空气声隔绝 q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。Page 30湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理q提高轻型墙隔声能力的措施：（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。（2）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）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810dB。（4）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28dB.总之，对轻型墙提高隔声的措施，不外是多层复合、双墙分立、薄板叠合、弹性联接、加填吸声材料、增加结构阻尼等。Page 31湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理七、门窗隔声 一般门窗结构轻薄，而且存在较多缝隙，因此，门窗的隔声能力往往比墙体低得多，形成隔声的“薄弱环节”。若要提高门窗的隔声，一方面要改变轻、薄、单的门窗扇，另一方面要密封缝隙，减少缝隙进声。对于隔声要求较高的门，门扇的做法有两种：一种是简单地采用厚而重的门扇，如钢筋混凝土门，一种是采用多层复合结构，用多层性质相差很大的材料(钢板、木板，阻尼材料如沥青，吸声材料如玻璃棉等)相间而成，因为各层材料的阻抗差别很大，使声波在各层边界上被反射，提高了隔声量。Page 32湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理对于窗，因为采光和透过视线的要求，只能采用玻璃。对于隔声要求高的窗，可采用较厚的玻璃，或采用双层或多层玻璃。在采用双层或多层玻璃时，若有可能，各层玻璃不要平行，各层玻璃厚度不要相同。玻璃之间的窗樘上可布置吸声材料。如果单道门难以达到隔声要求，可以设置双道门，之间的空气间层得到较大的附加隔声量。如果加大两道门之间的空间，扩大成为门斗并在门斗内表面作吸声处理，能进一步提高隔声效果。这种门斗又叫做“声闸”要减少门窗缝隙的透声，首先要有严格的设计和加工精度的要求。要摆脱门窗加工不以机械加工精度要求的落后工艺，结构和材料要有足够的强度和耐久性，以防止变形。其次是采用构造作法来减少或密封缝隙。对于不可避免的门窗缝在构造设计上要避免直通缝，要有所曲折和遮挡；缝间可设置柔软弹性材料(如橡胶条、泡沫乳胶条、工业毛毡条等)密封。另外还要注意门窗框和墙壁之间缝隙的密封。Page 33湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理隔声处理实例隔声处理实例Page 34湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理八、楼板的隔声八、楼板的隔声 通常讲楼板的隔声性能，主要是指隔绝撞击声通常讲楼板的隔声性能，主要是指隔绝撞击声的性能。在楼板下面的撞击声声压级，决定于楼板的的性能。在楼板下面的撞击声声压级，决定于楼板的弹性模量、容重、厚度等因素。但又主要决定于楼板弹性模量、容重、厚度等因素。但又主要决定于楼板的厚度。楼板的重量增加一倍，则在该楼板下面作用的厚度。楼板的重量增加一倍，则在该楼板下面作用的撞击声声压级大约可减少的撞击声声压级大约可减少3.83.8dBdB，但如果楼板的厚但如果楼板的厚度增加一倍，可使撞击声声压级降低度增加一倍，可使撞击声声压级降低10.510.5dBdB。改善楼板隔绝撞击声性能的主要措施是采用隔声改善楼板隔绝撞击声性能的主要措施是采用隔声楼板：楼板：Page 35湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理Page 36湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理其他的隔声结构其他的隔声结构 1、隔声间 在噪声强烈的环静内建造隔声性能良好的小室，对工作人员的听力进行保护，这种隔声设施是隔声间。隔声间不但要考虑隔声性能，还要考虑到观察方便、出入方便、不影响车间内正常运输、以及房间内供电、通风等。一般隔声间外墙用隔声性能较好的材料或结构，如砖、混凝土、纸面石膏板墙等，观察部分使用隔声窗，进出部分使用隔声门或吸声迷道等。隔声间室内一般使用较多吸声材料，如穿孔吸声板吊顶、软包墙面、以及吊挂空间吸声体等。Page 37湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理Page 38湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理2、隔声屏障：是用来遮挡声源和接受点之间的直达声。常用在街道两侧，对刺耳的高频最为有效，而降低高频声，人的主观感觉最为明显。其原理是在屏障后形成“声影区”，对低频由于波长较长，绕射作用，隔声效果较差。另外，在设计声屏障 时，从经济方面考虑，声屏障自身的隔声量只要比隔声降噪量大10dB即可。如果在声屏障超向声源的一面铺加一层吸声材料，并尽量靠近声源，会提高隔声效果。Page 39湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理Page 40湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理3、隔声罩：采用隔声罩来隔绝机器设备向外辐射的噪声，是在声源处控制噪声的有效措施。隔声罩外层常用1-2mm厚的钢板制成。内涂阻尼漆、沥青等阻尼层，目的是防止吻合效应和钢板低频共振。为了提高降噪效果，内层再铺一层吸声材料（如玻璃棉、微穿孔板等）。机器和隔声罩之间需要留有空隙，机器和隔声罩支撑之间、隔声罩与基础之间应加入减振器。Page 41湖北工业大学土建学院湖北工业大学土建学院建筑物理房间噪声的降低值房间噪声的降低值 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/S dB 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。