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當(dāng)前,噪聲已成為一種主要的環(huán)境污染,建筑物的聲環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注和重視。選用適當(dāng)?shù)牟牧蠈?duì)建筑物進(jìn)行吸聲和隔聲處理是建筑物噪聲控制工程中常用基本的技術(shù)措施之一。
隔聲材料對(duì)減弱透射聲能,阻擋聲音的傳播,就不能如同吸聲材料那樣多孔、疏松、透氣,相反它的材質(zhì)應(yīng)該是重而密實(shí),如鋼板、鉛板、磚墻等一類(lèi)材料。隔聲材料材質(zhì)的要求是密實(shí)無(wú)孔隙或縫隙;有較大的重量。由于這類(lèi)隔聲材料密實(shí),難于吸收和透過(guò)聲能而反射能強(qiáng),所以它的吸聲性能差。
吸聲材料如單獨(dú)使用,可以吸收和降低聲源所在房間的噪聲,但不能有效地隔絕來(lái)自外界的噪聲。當(dāng)吸聲材料和隔聲材料組合使用,或者將吸聲材料作為隔聲構(gòu)造的一部分,其有利的結(jié)果,一般都表現(xiàn)為隔聲結(jié)構(gòu)隔聲量的提高。
為了合理地選用材料,提高建筑物吸聲和隔聲處理的效果,首先從概念上將吸聲、隔聲、吸聲材料、隔聲材料區(qū)別開(kāi)來(lái),應(yīng)當(dāng)是建筑物噪聲控制中首要的基本問(wèn)題。
混凝土墻:200mm以上厚度的現(xiàn)澆實(shí)心鋼筋混凝土墻的隔聲量與240mm粘土磚墻的隔聲量接近,150~180mm厚混凝土墻的隔聲量約為47~48dB,但面密度200kg/m2的鋼筋混凝土多孔板,隔聲量在45dB以下.
現(xiàn)場(chǎng)噴水泥砂漿面層的芯材板墻:該類(lèi)隔墻是在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝成品芯材板后,再在芯材板兩面噴復(fù)水泥砂漿面層。常用芯材板有鋼絲網(wǎng)架聚苯板、鋼絲網(wǎng)架巖棉板、塑料中空內(nèi)模板。這類(lèi)墻體的隔聲量與芯材類(lèi)型及水泥砂漿面層厚度有關(guān),它們的隔聲量通常在35~42dB之間.
目前有相當(dāng)一部分的輕質(zhì)隔墻隔聲性能較差,單層墻的隔聲量滿(mǎn)足不了住宅分戶(hù)墻的低隔聲要求,僅能用于套內(nèi)隔墻。為提高輕質(zhì)隔墻的隔聲量,建筑聲學(xué)工作者都已進(jìn)行了大量的研究工作,積累了一定的經(jīng)驗(yàn)[4~11].
單層均勻密實(shí)墻板的隔聲量服從建筑聲學(xué)的“隔聲質(zhì)量定律”,即隔聲量與構(gòu)件單位面積的重量成正比,面密度每增加一倍,隔聲量大約提高4~5dB.聲波投射于墻板時(shí),重的墻比輕的墻不易激發(fā)振動(dòng),低的頻率比高的頻率容易激發(fā)振動(dòng),因此,重墻比輕墻隔聲好,高頻比低頻隔聲好.輕質(zhì)隔墻的面密度受限制,欲提高它們的隔聲量,應(yīng)用雙層或多層復(fù)合構(gòu)造.
空氣層的設(shè)置:采用雙層墻構(gòu)造,并在兩層墻之間留一定空氣層間隙,由于空氣層的彈性層作用,可使總墻體的隔聲量超過(guò)質(zhì)量定律.
不同材質(zhì)的板可避免“吻合”現(xiàn)象:墻板被聲波激發(fā)進(jìn)行彎曲振動(dòng)時(shí),在一定頻段會(huì)發(fā)生吻合效應(yīng),形成隔聲低谷.吻合頻率不僅與墻板剛度和面密度有關(guān),而且隨板厚增加,頻率下移.雙層薄板復(fù)合墻兩面的墻板,選用兩種不同厚度或不同材質(zhì)的板,可防止兩板同時(shí)發(fā)生吻合現(xiàn)象,使得兩面板的吻合谷相互錯(cuò)開(kāi),從而改善墻體的隔聲性能.
吸聲,對(duì)同一個(gè)空間,改變室內(nèi)聲場(chǎng)的特性。吸聲的主要作用是吸收室內(nèi)的混響聲,對(duì)直達(dá)聲不起作用,也就是說(shuō)吸聲可提高音質(zhì),但對(duì)降噪能力效果不好;且吸聲材料是以多孔、疏散的材質(zhì),隔聲則是以密質(zhì)為主的;
隔聲,相對(duì)兩個(gè)空間的,隔聲的主要作用就是隔斷聲音從一個(gè)空間到另一個(gè)空間,防止噪聲的干擾。隔聲材料材質(zhì)的具體要求是:密實(shí)無(wú)孔隙、有較大的重量.
隔聲就是降低從聲源到目的地的聲壓級(jí)水平.從能動(dòng)性角度看,隔聲措施分為主動(dòng)和被動(dòng)兩種;但常采用的是被動(dòng)方法----即使聲能轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量消耗掉。




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不透氣的固體材料,對(duì)于空氣中傳播的聲波都有隔聲效果,隔聲效果的好壞根本的一點(diǎn)是取決于材料單位面積的質(zhì)量。一個(gè)面積非常大的隔層,其單位面積質(zhì)量為ms,當(dāng)聲波從左面垂直入射時(shí),激發(fā)隔層作整體振動(dòng),此振動(dòng)再向右面空間輻射聲波。以單位面積考慮,透射到右面空間的聲能與入射到隔層上的聲能之比稱(chēng)透射系數(shù) τ 。定義無(wú)限大隔層材料的傳遞損失(也稱(chēng)透射損失)tl:tl=101g1/ г (7)上述簡(jiǎn)單情況下可計(jì)算得到傳遞損失近似為:tl=20lg ω ms/2 ρ oco (db) (8)式中 ω=2πf 為圓頻率, ρ0 、c0為空氣的密度和聲波傳播速度。tl的大小表示材料的隔聲能力。(8)式的一個(gè)重要特點(diǎn),即材料單位面積質(zhì)量增加一倍,則傳遞損失增加6db。這一隔聲的基本規(guī)律稱(chēng) “ 質(zhì)量定律 ” ,也就是說(shuō)隔聲靠重量。所以像磚墻、水泥墻或厚鋼板、鉛板等單位面積質(zhì)量大的材料,隔聲效果都比較好。(8)式也表明,單層隔聲的高頻隔聲好,低頻差。頻率每提高一倍,傳遞損失就增加6db。
需要說(shuō)明的是:傳遞損失tl是隔層面積為無(wú)限大時(shí)的理論 “ 隔聲量 ” ,作為一垛墻或樓板,它都有邊緣與其它建筑構(gòu)件連接,這時(shí)的 “ 隔聲量 ” 與(7)式所表示的傳遞損失有差別。既有因邊緣接近于固定而增大隔聲能力,也有作為邊緣固定的板振動(dòng)有一定的共振頻率,使某些共振頻率點(diǎn)上隔聲效果降低的現(xiàn)象。而當(dāng)作為兩相鄰房間之間的隔墻或樓板,因?yàn)閮墒抑g有多條傳聲(或振動(dòng))通道,這兩個(gè)房間之間的隔聲量(只能稱(chēng)聲級(jí)差)更不能以該隔層的傳遞損失來(lái)代表。
隔聲材料在物理上有一定彈性,當(dāng)聲波入射時(shí)便激發(fā)振動(dòng)在隔層內(nèi)傳播。當(dāng)聲波不是垂直入射,而是與隔層呈一角度 θ 入射時(shí),聲波波前依次到達(dá)隔層表面,而先到隔層的聲波激發(fā)隔層內(nèi)彎曲振動(dòng)波沿隔層橫向傳播,若彎曲波傳播速度與空氣中聲波漸次到達(dá)隔層表面的行進(jìn)速度一致時(shí),聲波便加強(qiáng)彎曲波的振動(dòng),這一現(xiàn)象稱(chēng)吻合效應(yīng)。這時(shí)彎曲波振動(dòng)的輻度特別大,并向另一面空氣中輻射聲波的能量也特別大,從而降低隔聲效果。產(chǎn)生吻合效應(yīng)的頻率fc為:fc=co2/2 π sin2 θ [12 ρ (1- σ 2)/eh2]1/2 (9)式中 ρ 、 σ 、e分別為隔層材料的密度、泊松比和楊氏模量,h是隔層厚度。任意吻合頻率fc與聲波入射角 θ 有關(guān)。在大多數(shù)房間中的聲場(chǎng)都接近于混響聲場(chǎng),到達(dá)隔層的入射角從0°到90°都有可能,因此吻合頻率出現(xiàn)在從掠入射( θ=90°) 的fc0開(kāi)始的一個(gè)頻率范圍,也就是說(shuō)吻合效應(yīng)使某一頻率范圍的隔聲效果變差。一般這一頻率范圍發(fā)生在中高頻。從質(zhì)量定律知道,中高頻隔聲量較大,除了內(nèi)阻尼很小的金屬板外,因吻合效應(yīng)使中高頻隔聲量降低的現(xiàn)象,不會(huì)引起很大的麻煩。
雙層隔聲結(jié)構(gòu):根據(jù)質(zhì)量定律,頻率降低一半,傳遞損失要降6db;而要提高隔聲效果時(shí),質(zhì)量增加一倍,傳遞損失增加6db。在這一定律支配下,若要顯著地提高隔聲能力,單靠增加隔層的質(zhì)量,例如增加墻的厚度,顯然不能行之有效,有時(shí)甚至是不可能的,如航空器上的隔聲結(jié)構(gòu)。這時(shí)解決的途徑主要是采用雙層以至多層隔聲結(jié)構(gòu)。雙層隔聲結(jié)構(gòu),單位面積質(zhì)量分別為m1、m2,中間空氣層厚度為l。雙層結(jié)構(gòu)的傳遞損失可以進(jìn)行理論計(jì)算,結(jié)果比較復(fù)雜,在不同頻率范圍可以得到不同的簡(jiǎn)化表示,這里只作定性介紹。兩個(gè)隔層與中間空氣層組成一個(gè)共振系統(tǒng),共振頻率為fr(m的單位為kg/m2,l的單位為m):fr=60/√m1m2l/(m1+m2) (10)




質(zhì)量定律;對(duì)于隔墻隔聲[1]存在一個(gè)普遍的規(guī)律,即材料越重(面密度,或單位面積質(zhì)量越大)隔聲效果越好。對(duì)于單層密致勻?qū)崏?,面密度每增加一倍,隔聲量在理論上增?dB,這種規(guī)律即為質(zhì)量定律。對(duì)于雙層的紙面石膏板墻,質(zhì)量定律發(fā)揮著重要作用,即增加板的層數(shù)或厚度都可以獲得隔聲量的提高。由于龍骨雙層墻系統(tǒng)聲頻振動(dòng)形式非常復(fù)雜,故質(zhì)量定律的體現(xiàn)要比單純的單層墻復(fù)雜。單層紙面石膏板的隔聲效果很差,例如:12mm厚、面密度10kg/m2左右的紙面石膏板標(biāo)準(zhǔn)計(jì)權(quán)隔聲量Rw=29dB。即使將四層這樣的紙面石膏板疊和在一起隔聲量理論上Rw也只能達(dá)到41dB。輕型勻質(zhì)墻體,如石膏砌塊、加氣混凝土板、膨脹巖板、輕質(zhì)圓孔板等,面密度大多在60-100kg/m2,受到質(zhì)量定律的限制,隔聲量Rw=35-40dB。對(duì)于單層重墻,面密度大于250kg/m2,如120磚墻,90厚空心混凝土砌塊、100厚混凝土墻板等,隔聲量Rw可達(dá)45dB左右,面密度超過(guò)500kg/m2的240磚墻、200厚混凝土墻等的隔聲量可達(dá)50-55dB左右。
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)低參考頻率100Hz時(shí),由于人耳聽(tīng)覺(jué)特性對(duì)低頻不敏感,對(duì)隔聲量Rw的影響大大降低。對(duì)于12mm和15mm厚兩種不同面密度紙面石膏板存在不同共振頻率。12mm紙面石膏板面密度為10kg/m2,15mm紙面石膏板面密度約12kg/m2。15mm厚的紙面石膏板墻的共振頻率基本低于低考慮頻率范圍100Hz,因此共振頻率對(duì)15mm板構(gòu)造的墻體構(gòu)件隔聲性能影響較小。但對(duì)于12mm板,100Hz附近的隔聲性能影響較大,造成低頻100Hz、125Hz、200Hz處隔聲量比15mm板下降較多,主要是因?yàn)楣舱耦l率的原因。
理論和實(shí)驗(yàn)均表明,輕、薄、柔的墻fc高,吻合效應(yīng)弱;厚、重、剛的墻fc低,吻合效應(yīng)強(qiáng)。12mm、15mm紙面石膏板的fc分別為3.15KHz和2KHz左右。12mm板在3.15KHz處的隔聲量產(chǎn)生下降,15mm板在2KHz處的隔聲量下降更為嚴(yán)重,甚至下降的趨勢(shì)強(qiáng)過(guò)質(zhì)量定律,造成在這一頻率位置上隔聲量比12mm的板還低很多。雙層相同的板疊合的吻合頻率fc和單層板基本等同,由于雙層發(fā)生振動(dòng)疊加,吻合效應(yīng)更加劇烈,吻合谷會(huì)變得更深。如果使用不同厚度的板進(jìn)行疊合,吻合谷將彼此錯(cuò)開(kāi),且每個(gè)吻合谷都較淺,對(duì)隔聲性能有利。雙層板的劇烈吻合效應(yīng)是非常明顯的,會(huì)造成雙層15mm板構(gòu)造的隔墻在3150Hz附近的隔聲量反倒低于雙層12mm板的隔墻。一層12mm和一層15mm板疊合的隔墻比雙層15mm隔墻的面密度低,但隔聲量反倒會(huì)提高,這是吻合效應(yīng)被減弱的結(jié)果。



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