噪声治理课程第四讲空气声隔声处理1构件件的空气声隔声性能1.1 声音进入围闭结构的途径为了保证室内环境的私密性，降低外界声音的影响，房间之间需要隔声。
隔声与吸声是完全不同的概念，好的吸声材料不一定是好的隔声材料。
声音进入建筑维闭结构有三种形式。
1）通过孔洞直接进入。
2）声波撞击到墙面引起墙体振动向对面辐射声音。
3）物体撞击地面或墙体产生结构振动而辐射声音。
前两种方式叫做空气声传声，例如人的讲话声，机器的轰鸣声，隔壁电视机的声音等。
第三种方式是撞击声传声，如敲门或使用锤子撞击墙面。
在本讲内的隔声特指是空气声隔声，有关撞击声隔声的内容在第四讲《振动的隔离》中讲述。
噪声进入房间内的基本途径是没有阻挡的长驱直入，或者说孔洞、缝隙以及穿透造成的漏声。
最明显的是年久失修、窗框吱嘎作响的窗户，没有压条的门，和墙体上穿透的电源合。
不关门的墙将失去隔声意义。
1.2 隔声量与计权隔声量dB，其中τ是透射声能，是透到对面的声能与入射声能的比。
隔声量可以粗略地理解为墙体两边声音分贝数的差值，但绝对不是差值这样简单，因为房间内的声音大小还会受到吸声情况的影响。
孔洞的隔声量R=0dB，隔掉99%声能的隔墙的隔声量是20dB，隔掉99.999%声能的隔墙的隔声量是50dB。
墙体在不同频率下的隔声量并不相同，一般规律是高频隔声量好于低频。
不同材料的隔声量频率特性曲线很不相同，为了通过单一指标比较不同材料及构造的隔声性能，人们使用计权隔声量Rw。
Rw是使用标准评价曲线与墙体隔声量频率特性曲线进行比较得到的，标准评价曲线符合人耳低频不敏感的听觉特性。
如右图，Rw的确定方法为：使用空气声隔声的标准曲线与实际隔声频率特性曲线进行比对，同时满足32分贝原则和8分贝原则的隔声最大的标准曲线的500Hz的隔声量为Rw。
32分贝原则为：100-3150Hz的16个1/3倍频程的构件隔声量比标准曲线低的分贝数总和不大于32dB。
8分贝原则为：任一100-3150Hz的1/3倍频程的构件隔声量比标准曲线低的分贝数不超过8dB。
Rw的优势在于建筑师和工程师已经普遍接受而且可以作为隔声性能比较的标准。
不足之处在于，Rw的评价曲线为降低语言声源而设计的，不能适于象机器噪声这样的低频成分比语言多得多的噪声。
对于机器噪声，我们还可以使用Rw，但要记住，对于低频成分较多的噪声来讲，Rw一般比实际构件的隔声性能夸大了5-10dB。
也就是，如果构件的隔声量为30dB 那么对于环境噪声来讲只能隔掉20dBA。
我国现行国家标准隔声量指标被称为标准计权隔声量Rw，美国国家标准称为标准传声等级STC，STC除频率范围为125-4000Hz且不考虑8分贝原则以外，评价方法同Rw。
一般情况下STC与Rw相等，或小1dB。
1.3建筑隔声使用中的考虑我国部颁标准JGJ37-87《民用建筑设计通则》中，要求各类主要用房的隔墙计权隔声量Rw不应小于40dB。
下表是墙体空气声隔声量Rw与声音私密性性的关系。
40dB。
邻近噪声较大或保密、隔声要求较高，如高级宾馆、写字楼、高标准住宅等Rw不应小于45dB，最好选用≥50dB。
对隔声要求不高的房间之间，或两边房间本身较安静，如图书馆阅览室、医院病房、手术室、学校教室等可选用≥40dB，勉强一点可选≥35dB。
在实际工程设计时，可根据要求选定隔墙材料和构造方法。
手册的隔声Rw数据是在标准实验室中测得的，一般实际工程现场条件下，可能会下降。
因此在工程设计时，亦选用Rw比实际要求高3-5dB的实验室测量方案，作为设计余量。
2 建筑筑构件隔声的一般规律2.1质量定律对于隔墙隔声存在一个普遍的规律，即材料越重（面密度，或单位面积质量越大）隔声效果越好。
对于单层密致匀实墙，面密度每增加一倍，隔声量在理论上增加6dB,这种规律即为质量定律。
对于双层的纸面石膏板墙，质量定律发挥着重要作用，即增加板的层数或厚度都可以获得隔声量的提高。
由于龙骨双层墙系统声频振动形式非常复杂，故质量定律的体现要比单纯的单层墙复杂。
单层纸面石膏板的隔声效果很差，例如：12mm厚、面密度10kg/m2左右的纸面石膏板标准计权隔声量Rw=29dB。
即使将四层这样的纸面石膏板叠和在一起隔声量理论上Rw也只能达到41 dB。
轻型匀质墙体，如石膏砌块、加气混凝土板、膨胀珍珠岩板、轻质圆孔板等，面密度大多在60-100kg/m2，受到质量定律的限制，隔声量Rw=35-40dB。
对于单层重墙，面密度大于250kg/m2，如120砖墙，90厚空心混凝土砌块、100厚混凝土墙板等，隔声量Rw可达45dB左右，面密度超过500kg/m2的240砖墙、200厚混凝土墙等的隔声量可达50-55dB左右。
2．2共振频率任何隔墙都存在固有的共振频率, 当声波的频率和墙的共振频率一致时，墙体整体产生共振，该频率的隔声量将大大下降。
一般地，墙体越厚重，共振频率越低，当共振频率低于隔声评价最低参考频率100Hz时，由于人耳听觉特性对低频不敏感，对隔声量Rw的影响大大降低。
对于12mm和15mm厚两种不同面密度纸面石膏板存在不同共振频率。
12mm纸面石膏板面密度为10kg/m2，15mm纸面石膏板面密度约12kg/m2。
15mm厚的纸面石膏板墙的共振频率基本低于最低考虑频率范围100Hz,因此共振频率对15mm板构造的墙体构件隔声性能影响较小。
但对于12mm板，100Hz附近的隔声性能影响较大，造成低频100Hz、125Hz、200Hz处隔声量比15mm板下降较多，主要是因为共振频率的原因。
2.3吻合效应声波接触墙板后，墙板除了垂直方向的受迫振动以外，还有沿着板面方向的受迫弯曲振动。
在某个特定频率上，受迫弯曲振动将和板固有的自由弯曲振动发吻合，这时板就非常顺从地跟随入射声弯曲，造成声能大量地透射到另一侧去，形成隔声量的低谷，这种现象被称作吻合效应，该频率被称为吻合频率fc。
理论和实验均表明，轻、薄、柔的墙fc高，吻合效应弱；厚、重、刚的墙fc低，吻合效应强。
12mm、15mm纸面石膏板的fc分别为3.15KHz和2KHz左右。
12mm板在3.15KHz处的隔声量产生下降，15mm 板在2KHz处的隔声量下降更为严重，甚至下降的趋势强过质量定律，造成在这一频率位置上隔声量比12mm的板还低很多。
双层相同的板叠合的吻合频率fc和单层板基本等同，由于双层发生振动叠加，吻合效应更加剧烈，吻合谷会变得更深。
如果使用不同厚度的板进行叠合，吻合谷将彼此错开，且每个吻合谷都较浅，对隔声性能有利。
双层板的剧烈吻合效应是非常明显的，会造成双层15mm板构造的隔墙在3150Hz附近的隔声量反倒低于双层12mm板的隔墙。
一层12mm和一层15mm板叠合的隔墙比双层15mm隔墙的面密度低，但隔声量反倒会提高,这是吻合效应被减弱的结果。
吻合效应的因素比较复杂，不但与材料的面密度有关，还和材料的弹性模量、厚度、泊松比等条件有关。
纸面石膏板制作工艺中的发泡情况会影响这些因素，包括影响最直接的面密度。
从大量的实验中我们发现，在一定范围内减小面密度，吻合频率会变高，而且吻合效应会变弱，对隔声有利。
有面密度较大、较厚的轻质隔墙，如加气混凝土板、石膏砌块等，吻合频率往往会出现在250-2000Hz 的范围内，越重越厚的轻质板，越在隔声曲线的低频范围内出现很深的“吻合谷”，严重限制了墙板的隔声。
即使做成双层墙，中间附有空气层，也会因为吻合效应的叠加造成隔声性不高，例如双层90加气混凝土板，中空50mm，隔声量只能达到48dB左右，而同样重量的双排龙骨六层12mm石膏板墙的隔声量可达60dB，这主要是因为12石膏板的吻合频率高，吻合效应没有90加气混凝土板强烈。
2.4声桥板材直接固定在龙骨上时，受声一侧板的振动会通过龙骨传到另一侧板，这种象桥一样传递声能的现象被称为声桥。
声桥越多、接触面积越大、刚性连接越强，声桥现象越严重，隔声效果越差。
在板材和龙骨之间加弹性垫，如弹性金属条或弹性材料垫对纸面石膏板墙隔声有一定的改善量，最多可以提高3dB。
此外，轻钢龙骨本身刚度比较小，对两侧板材的声桥作用要好于矩形截面的木龙骨和石膏龙骨，轻钢龙骨石膏板隔墙要比相同构造的木龙骨和石膏龙骨隔墙隔声效果好。
对于轻钢龙骨石膏板墙，为了减少声桥，获得更高的隔声量，有时将龙骨结构做成错列结构和双层结构。
错列结构是竖龙骨错列分立，两边板不同时固定在一根龙骨上，天地龙骨共用一套；双层结构是天地龙骨和竖龙骨分别做两层，中间没有任何连接，板固定在各自的龙骨上。
理论上讲，错列龙骨隔墙隔声优于普通龙骨隔墙，可以提高1－3dB；双层龙骨隔墙隔声优于错列龙骨隔墙，比普通龙骨隔墙可以提高7－8dB。
隔声量提高是声桥减弱了的缘故。
2.5板缝和孔洞隔墙上如果出现缝隙和孔洞，会大大降低隔墙的隔声量。
假如隔墙墙体本身的隔声量达到50dB，而墙上有万分之一的缝隙和孔洞，则综合隔声量将下降到40dB。
为了防止石膏板墙和原结构之间的缝隙，通常在墙体四周安装龙骨时垫入塑料弹性胶条。
另外，当每面两层石膏板时，应错缝安装，里层可以不勾缝，只对外层勾缝，这对隔墙隔声量影响不大。
但是每面一层板时必须勾缝，否则隔声量将会下降12－17dB。
2.5影响轻钢龙骨轻质板隔墙的隔声性能的因素单层墙体因受质量定律的限制，必须是重墙才能获得良好的隔声性能。
对于住宅分户墙，为达到国家最低标准Rw=40dB的要求单层隔墙至少需要100kg/m2以上的面密度（面密度是每平方米墙体的重量）。
如果将墙体分成两层或多层，隔声量会显著提高。
这是因为，声音撞击到第一层墙板时，透射的部分将进入两层墙板之间空腔，在空腔中来回反射多次后，一部分透射到墙体对面，另一部分被损耗掉。
同时，两层之间的腔体有类似弹簧的作用，使墙板系统具有有利于消耗声音的弹性，进一步隔声。
如果在腔体中填入离心玻璃棉等吸声材料后，声音传播过程中在腔体中来回反射的声音将被大大衰减，隔声量大为提高。
对于120厚的砖墙隔声量从45dB左右提高到50dB以上需要重量提高一倍，即需要240砖墙。
而对于75轻钢龙骨双面双层12纸面石膏板隔墙而言，只需在腔体内添加一层50厚24kg/m3的玻璃棉，计权隔声量就从44dB提高到50dB。
可见，隔墙腔体中的吸声材料对隔声量的影响非常重要。
根据测定，使用双层75龙骨的六层12纸面石膏板（三道墙板，每道两层石膏板，共两个龙骨空腔）的轻型墙体内填两层50厚24Kkg/m3的玻璃棉，计权隔声量将达到Rw=60dB，这是半米厚混凝土隔墙的隔声量。
然而，轻型多层板隔墙即使内填了离心玻璃棉等吸声材料，低频的隔声能力也不能完全和重型墙相比，计权隔声量同样是Rw=50dB的混凝土墙和轻墙相比，在125Hz频率上，混凝土隔墙的隔声量R=40dB，而轻墙的隔声量只有23、24dB左右。
