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声学基础及幕墙噪音控制
作者:小编    日期:2024-04-24    阅读()

  正常人耳朵能感受到的声音频率范围在20-20000Hz之间,但是并不代表这些声音能够都被听到。一般人的语言声音频率主要集中在300-4000Hz。

  声波逸散:声波在传播的过程中将随着传播距离的增加,波阵面积也随之增加,从而单位面积的声能也随之减少。

  声波吸收:声波在媒质中传播时,声能量不断的被媒质吸收而转化为其他形式的能量。

  声波原来具有的能量愈大,传播的距离愈长,被吸收的能量也就愈多,即声强的改变量也就愈大。

  不考虑逸散而引起的衰减情况,仅对声波的吸收而言,低频的减小量是很小的,频率愈低,衰减量就愈小,反之亦然。

  在声源附近,由于声波的逸散而产生的声压级减少的量是主要的,随着距离的增加,因声吸收导致声压级衰减逐渐转化为主要因素

  相干波:在相位上存在固定的联系,叠加后声波始终在某些点相互加强或者削弱。

  声音的强弱是由声波的振幅(声压)决定的,声压越大声音具有的能量越大,响度越大(当频率固定)。

  响度还取决于频率高低,相同声强,人耳对1-4KHz声音最响,超出此范围均减小。

  曲线中每一条等响度曲线对应一个固定的响度级值,即1KHz纯音对应的声压级值

  国际上规定,频率为1KHz的纯音在声压级为40dB时响度为1宋(sone),对应响度级为40方(phon)。

  响度是听觉的基础,只有响度适中时,人耳辨音才最灵敏,正常人的声压级范围为0—120dB。

  听阈:当声音减弱到人耳刚刚听见时,此时的声音强度为最小可听阈值(1KHz纯音,声压级0dB)

  痛阈:当声音增强到使人耳感到疼痛时,这个听觉阈值称为”痛阈”(1KHz纯音,声压级120dB)

  听阈和痛阈是随声压级、频率变化的,听阈和同于随频率变化的等响度曲线之间的区域就是人耳的听觉范围。

  除频率外,响度和波形也会影响音调的高低(声压级很大时,引起耳膜震动过大,

  音色是人耳对各种频率、各种强度声波的综合反应是与频谱对应的一个主观感觉。

  人耳的听觉特性并不是完全线性的,声音传到耳内经过处理除了基因外,还会产生

  1)对人体的生理影响影响睡眠、休息,干扰话损伤听觉,影响胎儿正常发育,影响视力

  ISO提出的环境噪声容许标准中规定:住宅区室外环境噪声(包括交通噪声、施工噪声、

  工业噪声、市井噪声等)的容许声级为35~45dB(A),对于不同的时间和不同的地区,

  1类声环境功能区:指以居民住宅、医疗卫生、文化教育、科研设计、行政办公为主要功能,需要保持安静的区域;

  2类声环境功能区:指以商业金融、集市贸易为主要功能,或者居住、商业、工业混杂,需要维护住宅安静的区域;

  3类声环境功能区:指以工业生产、仓储物流为主要功能,需要防止工业噪声对周围环境产生严重影响的区域;

  4类声环境功能区:指交通干线两侧一定距离之内,需要防止交通噪声对周围环境产生严重影响的区域,包括4a类和4b类两种类型。

  4a类为高速公路、一级公路、二级公路、城市快速路、城市主干路、城市次干路、城市轨道交通(

  4b类为铁路干线《社会生活环境噪声排放标准》(GB22337-2008)

  只有当噪声源、传播途径、接受者三要素同时存在,噪声才构成对环境的污染和对人的危害。

  2)传播途径:在空气中以直线运动方式直接;沿着建筑结构体传送;单一途径或数种传送途径的组合传播。

  隔音是利用墙体、板材及构件使噪声源和接收者分开,阻断噪声在空气中的传播,从而达到降低噪声的目的。

  当声波在传播过程中,遇到匀质屏障物,使一部分声能被屏障物反射,一部分被屏障物吸收,一部分声能透过屏障物辐射到另一空间,透射声能仅是入射声能的一小部分,具有隔声能力的屏障物,称为隔声构件或隔声设备。

  由于中间层(空气层或填有多孔材料的空气层)对第一层结构的振动具有弹性缓冲作用和吸收作用,使声音得到一定衰减后再传到第二层,大大提高整体的隔声量。空气层厚度增加,隔声量也增加。

  注意:两层墙体之间必须完全独立,不能有任何刚性连接,否则会形成“声桥”,使声能量明显地由第一层传至第二层,隔声量显著降低。

  在无装饰的大厅和车间内,混响声的存在使室内任何声源的噪声级比室外旷野的噪声级要明显提高。若在房间内壁及空间装设吸声结构,可吸收部分声能,减少反射声,降低5~10dB混响声,甚至更多。

  吸声系数α:被吸收声能和入射声能之比,用来衡量材料吸声性能。一般材料的吸声系数在0.01~1.00之间。α愈大,表明材料的吸声效果愈好。最佳吸声系数可达1,即全吸收。通常把α>0.2的材料称为吸声材料。

  当声波投射到多孔材料表面时,部分透入声波与纤维筋络或颗粒之间产生内摩擦,由于空气的粘滞性和热传导效应,使声能转化为热能损耗。

  吸声材料的要求:材料有良好的“透气性”,即有大量空隙,且内部的孔隙相互贯通,孔隙深入材料内部。

  材料的厚度:多孔吸声材料的低频吸声系数较低,材料厚度增加时,吸声最佳频率向低频方向移动。

  材料的容重:容重增加,较大吸声系数对应的频率向低频方向移动。各种吸声材料均具有其最佳容重。

  空气层:在材料层与刚性壁面之间留出一定厚度的空腔,相当于增加材料层的有效厚度,以改善吸声材料的低频吸声性能。一般5~10cm较适当。

  纤维类:分无机纤维和有机纤维两类。无机纤维类主要有玻璃棉、玻璃丝、矿渣棉、岩棉及其制品。有机纤维类主要有棉麻下脚料、棉絮、稻草、海草及由甘蔗渣、麻丝等经过加工而制成的各种软质纤维板。

  1)泡沫类:主要有脲醛泡沫塑料、氨基甲酸酯泡沫塑料等。这类材料的优点是容积密度小(10~14kg/m3)、导热系数小、质地软。缺点是易老化、耐火性差。目前用的最多的是聚氨酯泡沫塑料

  2)颗粒类:主要有膨胀珍珠岩、多孔陶土砖、矿渣水泥等。它们具有保温、防潮、不燃、耐热、耐腐蚀、抗冻等优点

  3)空间吸声体:由于声波的衍射作用使材料的各面都能接触声波,从而扩大吸收面,提高吸声系数。节省材料、施工灵活方便,可随时装卸。

  吸声尖劈是一种特殊吸声体,它要求入射其表面的声波几乎全被吸收。吸声尖劈由基部和劈部组成,基部为底部截面不变部分,劈部为截面从尖头开始逐渐增大部分。由于吸声尖劈的劈部截面从小逐渐增大,使之与空气特性阻抗比较匹配,从而达到入射声波几乎毫无反射地全被吸收。

  尖劈的基部(截面不变部分)与尖劈的劈部(截面变化部分)长度比例通常控制在1:4左右,过大和过小都是不适宜的。

  吸声尖劈按形状的不同可分尖头和平头。根据吸声尖劈一个单元劈数的不同,可分单劈、双劈和三劈;根据尖劈长度的不同,可分长尖劈和短尖劈;星空体育网站 星空体育首页根据尖劈吸声材料的不同,可分无机纤维吸声材料、有机纤维吸声材料以及吸声泡沫等吸声尖劈。

  将薄板的周边固结在框架上,薄板与刚性壁面之间设置一定厚度的空气层,即构成薄板共振吸声结构。

  实际为一个由薄板和后面空气层组成的振动系统。当声波入射到板面上时,由于板后空气层的弹性以及板本身的质量和强度,迫使薄板振动,将振动的机械能由于摩擦作用转化为热能而耗损。

  在声波的作用下,空气柱如同活塞一样往复运动,由于颈壁对空气的阻尼作用,使部分声能转化为热能。

  当入射声波频率与共振器的固有频率一致时,产生共振,此时声能量达到最大吸收。

  在一些薄板(如金属板、胶合板、塑料板等)上穿以一定孔径和穿孔率的小孔,并在板后设置一定厚度的空腔。应用较为广泛。

  当入射声波的频率和系统的固有频率一致时,就产生共振,将振动机械能转化为热能而耗损。穿孔薄板对频率的选择性很强,在共振频率f0附近吸声量最大,偏离f0则吸声量很低。其吸收频带较窄,一般只有几十到200Hz。

  吸声所注意的是反射声能的大小,利用吸声材料(吸声结构)的吸声作用,减弱反射声,因此采用吸收房内声能的措施;

  隔声则利用隔声结构对声波起隔挡作用,减弱透射声,因此采用隔绝传到其他空间声能的措施。

  STC是ASTME413:2004((隔声等级分类》中定义的一种利用ASTME90:2004(建筑和建筑构件空气声隔声性能实验室测试方法》测得的传声损失(TL)计算而得的隔声性能单值评价指标,在美洲地区使用较为普遍。

  隔声等级STC的局限性:隔声等级STC是一个建筑物或建筑构件空气声隔声性能单值评价指标。在美国,STC广泛用于建筑室内隔墙、门窗和外墙的空气声隔声性能。然而,单值隔声性能评价指标隔声等级STC计算频率最低只到125Hz,不能完全正确评价建筑物和建筑构件对低频噪音的隔声效果,并且有时低频传声损失TL值的截取范匪会对隔声等级STC值的计算带来欺骗性结果。

  另外,隔声等级STC的计算是基于平均能量传播的基础上,在各频段范围内噪声源的能量水平如果大致相当,则得出的隔声等级STC值就较为准确。然而,实际中的大多数噪声源(例如普通家庭影院的音乐噪音)并不满足这个准则,甚至有的噪声源相差甚远。

  测量125Hz到4000Hz频段1/3倍频程空气声传声损失TL值,将TL值减去频段基准值得到该频段传声损失。

  预设一个STC值,和每个频段调整后的传声损失互相比较,得到不利偏差,并计算总和。

  若不利偏差总和大于32dB,将预设值STC减1dB,直到不利偏差≤32dB且任一频段不利偏差≤8dB。

  倍频程是指使用频率f与基准频率f0之比等于2的n次方,即f/f0=2^n次方,则f称f0的n次倍频程。

  计权隔声量Rw是标准ISO717—1:1996《声学建筑和建筑构件隔声分级第1部分:空气声隔声》中定义的一种墙体、地板、门窗等建筑构件空气声隔声性能的单值评价指标,由ISO140中规定的方法测得的100Hz一3150Hz频率范围内各1/3倍频程或倍频程的隔声量来确定,是国际上通用的隔声性能单值评价指标。

  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。

  完全没有私密性(两个房间之间的声音听闻清晰)部分私密性(在低背景噪声条件下可听闻声音)较高私密性(在低背景噪声条件需要提高声音才能听到)完全私密性(在低背景噪声条件最大声喊叫才能听到)私密性的极限,几乎不能听到声音

  计算计权隔声量 Rw的参考值 与 ASTM E413:2004中计 算 隔 声 等 级 STC的基 准 值非常相似 ,区别只在于 ISO717—1中 Rw的计算 多 了 100Hz这个 低 频 段 ,而少 了 4000Hz这个 高频 段 。因为 在计 算 单值 隔 声指 标 时 ,低 频要 比高频 占 的比重大 ,所 以计权隔声量 Rw的计算方法要稍严 于隔声 等级 STC的计 算方 法。

  的限制,引入频谱修正量(C和Ctr),用于评价同一建筑物或建筑结构件在不同噪音源下的实际隔音效果。

  频谱修正量C和Ctr考虑了以生活噪音为代表的中高频成分较多的噪声源,和以交通噪音为代表的中低频成分较多的噪音源对建筑物和建筑构件实际隔音性能影响。

  在北 美 地 区常 用 标 准 ASTM E1332:90 (2003)《室外 一室 内 透声 等 级 测 定 分 类 》 中定 义 的 “室外一室内透声等级 OITC”来代替 STC评价外墙、 外 窗 的隔声性 能 。

  与STC相比优势:与隔声等级 STC相 比, OITC可 以较为综合的评价建筑构件对低频交通噪声 (飞机起飞、低速轨道交通和公路交通等)隔声性能 好坏 的一个理想的 A计权声级评价量 ,计算频率从 80Hz到 4000Hz。

  OITC对 于 评价 建筑 外 墙 、 外 窗对 由飞机 、汽 车 、卡 车 、火 车和 其他 类 似 噪声 源 产 生 的 中低 频 交 通 噪 声 隔声 性 能是 一 个 有 效 的单 值评价指标 。大多数情况下 ,OITC值低于隔声等级 STC值,因为大多数建筑构件对高频噪声的隔声效 果要 好于低 频 ,OITC考 虑 的频段更 低 ,所 以得 出最 终 的结果也 较 STC小 。

  随着入射声波频率的增加,玻璃的隔声量逐渐下降。声波频率每增加一个倍频程,隔声量下降6dB。

  对一定频率的声波,玻璃的劲度愈大,板材的振动速度越低,隔声量就愈高,因而玻璃的隔声量与刚度成正比。所以称为刚度控制区。

  当入射声波的频率与墙板固有频率相同时,引起共振,墙板振幅最大,振速最高,透射声能急剧增大,隔声量曲线呈明显低谷。

  当声波频率是共振频率的谐频时,墙板发生的谐振也会使隔声量下降。所以在共振频率之后、曲线又连续出现几个低谷。

  第1个低谷是共振频率处,又称第1共振频率,随着声波频率的增加,共振现象愈来愈弱,直至消失。该区内隔声量总的仍呈上升趋势。

  阻尼控制区的宽度取决于玻璃的几何尺寸、弯曲劲度、面密度、结构阻尼的大小及边界条件等,增加玻璃阻尼可以抑制玻璃的振幅,提高隔声量,并降低该区的频率上限,缩小该区范围,所以称作阻尼控制区。

  声波对墙板的作用如同一个力作用于质量块。质量愈大,惯性愈大,墙板受声波激发产生的振动速度越小,因而隔声量越大。

  随着入射声波频率的继续升高,隔声量反而下降,曲线上出现一个深深的低谷。这是由于出现了吻合效应的缘故。

  越过低谷后、隔声量以每倍频程10dB的趋势上升,然后逐渐接近质量控制的隔声量。

  若入射声波的波长λ在墙板上的投影正好与墙板的固有弯曲波波长λb相等时,墙板弯曲波振动的振幅便达到最大,声波向墙板的另面辐射较强,墙板隔声量明显下降,此现象称为“吻合效应”对应的入射声波频率称为“吻合频率”。

  在低频和中低频与其它隔声玻璃隔声量相差不大,但 1000Hz以后隔声量要明显低于其它玻璃。也可以看出现有的隔声玻璃对低频隔声量几乎不增大。影响隔声的因素主要是玻璃的厚度。增加玻璃的厚度可以提高隔声量,尤其是在质量控制区,但会使吻合谷移动。使用时应尽量使吻合频率避开声源最强频率。

  当声波透过第1层玻璃时,由于中空气与特性阻抗的差异,造成声波的两次反射,形成衰减,并且由于空气层的弹性和附加吸收作用,使振动的能量衰减较大,然后再传给第2层玻璃,又发生声波的两次反射,声能再次衰减。

  中空玻璃质量-空气-质量、吻合共振两个低谷。影响隔声的因素主要是玻璃厚度和空腔厚度。由于吻合频率是按单片玻璃厚度来算,中空玻璃分成两片后使得吻合频率上移,提高了中频隔声量。增大玻璃厚度可以提高整体隔声量,但会使吻合谷向中频移动,破坏中频隔声效果。空腔厚度的改变也可用于改善低频隔声量。增大和减少中间层间距都会改变质量-空气-质量共振点。

  而是介于二者之间。在中高频时,其隔声量低于中空和真空玻璃。但对于特殊的隔音夹层玻璃来说,其隔声量要大于其它隔声玻璃。影响隔声的因素主要是夹胶层阻尼、胶层厚度。吻合频率处的隔声量几乎完全由阻尼值决定,由于胶片的高阻尼,夹层玻璃的吻合处隔声要高于其它玻璃。提高胶层厚度可提高低谷处的隔声量,这对较薄的玻璃更为有效,对厚玻璃不明显。

  真空玻璃是由四周用钎焊料密封的两片玻璃构成,中间通过支撑物间隔出0.15mm厚的空间,此空间通过抽线Pa的真空度,形成线、两片玻璃之间是真空层,消除了空气这个声音传播所需的介质;

  真空玻璃在低频段隔声量较高,这主要是因为真空玻璃的四边是刚性连接,所以较其他形式的玻璃抗变形能力强、劲度大。低频段的隔声量受劲度大小的影响,劲度越大,隔声性能越好。在低频段,随着频率的增加隔声量略有减少,这是劲度和质量共同作用的结果。在中频段,隔声量一直上升,直到2500Hz才出现一个低谷,这个低谷是由于5mm单片玻璃的吻合效应产生的。

  中空玻璃低频隔声量较低,并随着频率的增加迅速降低后短暂上升,之后又下降,低谷在200Hz左右,这是由两片玻璃之间的共振引起的。两片玻璃的共振频率与间隔层的厚度成反比关系。真空玻璃和夹层玻璃在此并无低谷,这是因为线mm,共振频率要高的多,已经完全移出中低频区。由于质量效应的影响,隔声量随着频率的增加快速上升,随后受吻合效应的影响在2000Hz附近产生一低谷。

  夹层玻璃在中低频和真空玻璃相似,这是因为夹层结构有效的避免了两个单片的共振。夹层玻璃同样随着频率的增加,隔声量提高,最后由于吻合效应产生一低谷,不过夹层玻璃的吻合低谷在1600Hz,这并不是5mm单片玻璃的吻合低谷(2440Hz),而是相当于8mm玻璃的吻合低谷。其实夹层玻璃隔声特点更像是厚度略小于两片玻璃厚度之和的单片玻璃(这里不做详细分析),厚度越星空体育网站 星空体育首页大,吻合低谷频率越低,也就是说夹层玻璃的吻合低谷频率低于其结构组成中的单片玻璃,使本来在人耳敏感区域外的低谷,移到人耳敏感区域内;本来在高频的低谷,移到中低频内。

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