玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì)[技術(shù)課堂]

1、玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì),劉忠偉 博士 （北京中新方建筑科技研究中心,1,材料課件,一、建筑聲學(xué)基礎(chǔ),1.聲音的產(chǎn)生與傳播,振動(dòng)是波動(dòng)的基礎(chǔ)，波動(dòng)是振動(dòng)的傳播。 機(jī)械波：振源，介質(zhì)。 能量傳遞；物質(zhì)不遷移。 振動(dòng)在空氣中的傳播聲波,2,材料課件,波長、聲速,聲波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向平行，縱波。 聲速聲波在空氣中的傳播速度 室溫下，聲速340m/s,3,材料課件,聲頻的特點(diǎn),聲波頻率：2020000Hz 次聲波：低于20Hz 超聲波：高于20000Hz,4,材料課件,聲波的繞射和反射,繞射 反射定律： 1.入射線、反射線和反射面法線在同一平面內(nèi)。 2.入射線和反射線分別在法線的兩側(cè)。 3.入射角

2、等于反射角,5,材料課件,聲波的透射與吸收,透射與光線透射的區(qū)別，沒有折射定律。 吸收介質(zhì)摩擦、熱傳導(dǎo),6,材料課件,聲波的透射與吸收,反射系數(shù)： 透射系數(shù)： 吸收系數(shù),7,材料課件,吸收系數(shù),8,材料課件,聲功率W、聲強(qiáng)I、聲壓P,聲功率：聲源在單位時(shí)間內(nèi)向外輻射的聲能，單位：W； 聲強(qiáng)：表征聲音強(qiáng)弱的物理量，聲場中某點(diǎn)的聲強(qiáng)，即在單位時(shí)間內(nèi)，在垂直于聲波傳播方向的單位面積上所通過的聲能，單位：W/m2,9,材料課件,聲功率W、聲強(qiáng)I、聲壓P,無限大、自由場， 點(diǎn)聲源,10,材料課件,聲功率W、聲強(qiáng)I、聲壓P,聲壓：介質(zhì)中的壓強(qiáng)相對于無聲波時(shí)壓強(qiáng)的改變量，單位：Pa； 正弦波，有效聲壓,11

3、,材料課件,聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系,在自由場中,12,材料課件,聲強(qiáng)級、聲壓級、聲功率級,聲強(qiáng)：下限 上限1W/m2 人耳近似與聲強(qiáng)的對數(shù)成正比。 聲強(qiáng)級：單位：dB,13,材料課件,聲強(qiáng)、聲強(qiáng)級與相應(yīng)的環(huán)境,14,材料課件,2、玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì),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,15,材料課件,2、玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì),聲波的傳遞當(dāng)聲波投射到圍護(hù)結(jié)構(gòu)上時(shí)，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

4、墻傳播，同時(shí)又引起構(gòu)件右側(cè)空氣作同樣的振動(dòng)，這樣聲音就傳透過去了,16,材料課件,玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì),17,材料課件,玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì),隔聲透射系數(shù) 隔聲量單位：dB,18,材料課件,玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì),透過某玻璃的聲能為入射聲能的千分之一，即t=10-3，則R=10 lg1/10-3 =30,19,材料課件,玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì),20,材料課件,玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì),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,21,材料課件,玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì),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,22,材料課件,

5、玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì),23,材料課件,單片玻璃隔聲性能,單層玻璃的隔聲量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,24,材料課件,單片玻璃隔聲性能,在很低的頻率范圍，勁度起主要作用，隔聲量隨頻率的增加而降低。單板的勁度,25,材料課件,單片玻璃隔聲性能,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36dB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,26,材料課件,單片玻璃隔聲性能,單板的共振頻率fr由勁度B、面密度m和板的尺寸所決定,27,材料課件,單片玻璃隔聲性能,一般

6、情況下，玻璃板的B 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,28,材料課件,單片玻璃隔聲性能,在質(zhì)量控制范圍以上則出現(xiàn)吻合效應(yīng)，對于玻璃這種薄板材料，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，而且越過吻合谷之后，傳聲損失以每倍頻程10dB斜率上升，然后逐漸減緩，又與質(zhì)量控制時(shí)相一致,29,材料課件,單片玻璃隔聲性能,臨界頻率,30,材料課件,單片玻璃隔聲性能,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出現(xiàn)在常用的聲頻范圍。當(dāng)板厚度大于10mm，則吻

7、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與低頻段,31,材料課件,單片玻璃隔聲性能,32,材料課件,單片玻璃隔聲性能,33,材料課件,單片玻璃隔聲性能,34,材料課件,單片玻璃隔聲性能,35,材料課件,單片玻璃隔聲性能,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（質(zhì)量定律,36,材料課件,單片玻璃隔聲性能,假設(shè)條件： （1）聲波垂直入射到玻璃上； （2）為單層玻璃； （3）玻璃將空間分成兩個(gè)半無限空間，而且玻璃的兩側(cè)均為通常狀況下的空氣,37,材料課件,單片玻璃隔聲性能,4）玻璃為無限大，即不考慮邊界影響； （5）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

8、； （6）玻璃上的各點(diǎn)以相同的速度振動(dòng),38,材料課件,單片玻璃隔聲性能,在漫射入射條件下，公式(6-7)變?yōu)?39,材料課件,單片玻璃隔聲性能,在實(shí)際生活中，玻璃的面積不可能無限大，而是有邊界、有彈性、有阻尼、有損耗的。因此按公式（6-8）計(jì)算的結(jié)果與實(shí)測值之間有差異，一般來說實(shí)測值的斜率達(dá)不到每倍頻程6dB，面密度增加一倍傳聲損失也提高不了6dB。于是又有漫射入射條件下的質(zhì)量定律的經(jīng)驗(yàn)公式，即,40,材料課件,單片玻璃隔聲性能,41,材料課件,單片玻璃隔聲性能,如果取500Hz時(shí)的隔聲量近似作為平均值，則由公式（6-10）可得平均隔聲量的經(jīng)驗(yàn)公式，即,42,材料課件,中空玻璃的隔聲量,中空

9、玻璃是由兩片玻璃夾一層空氣層構(gòu)成的，其隔聲性能基本上按質(zhì)量定律來計(jì)算，但是要附加一個(gè)修正項(xiàng) 。 與空氣層的厚度有關(guān)，中空玻璃的空氣層厚度一般是6mm、9mm、12mm、15mm等， 分別是2、3、3.5和4,43,材料課件,中空玻璃的隔聲量,平均隔聲量 R空氣層附加隔聲量；對于空氣層為12mm的中空玻璃，其值為4dB；當(dāng)空氣層厚度超過90mm，其值為12dB,44,材料課件,中空玻璃的隔聲量,45,材料課件,中空玻璃的隔聲量,聲波入射到第一層玻璃上的時(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

10、隔聲量就提高了,46,材料課件,中空玻璃的隔聲量,中空玻璃的隔聲還會因?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f0可由式（6-12）計(jì)算,47,材料課件,中空玻璃的隔聲量,c=344m/s,48,材料課件,中空玻璃的隔聲量,49,材料課件,中空玻璃的隔聲量,當(dāng)入射聲波頻率f與f0相同時(shí)，將發(fā)生共振，聲能穿透顯著增加。只有當(dāng) 以后，中空玻璃的隔聲量才明顯地提高。虛線表示重量與兩層玻璃總重量相等的單層玻璃隔聲,50,材料課件,中空玻璃的隔聲量,51,材料課件,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計(jì)算。PVB膠片是黏彈性材料，消

11、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,52,材料課件,玻璃幕墻、門窗的隔聲量,玻璃幕墻上既有窗，也有門，玻璃幕墻、門、窗主要是由框架和玻璃組成，其隔聲量主要決定于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、玻璃幕墻的重量大，隔聲效果也不好,53,材料課件,玻璃幕墻、門窗的隔聲量,有一 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28dB，縫隙應(yīng)如何改進(jìn),54,材料課件,玻璃幕墻、門窗的隔聲量,隔聲量 分貝，如果窗是由不同的透視系數(shù) 、 、 和不同的面積 s1、 s2、 構(gòu)件組成時(shí)，窗的透

12、射系數(shù),55,材料課件,玻璃幕墻、門窗的隔聲量,一般可以近似地認(rèn)為孔洞的透射系數(shù) ，則本例中窗的透射系數(shù)為,56,材料課件,玻璃幕墻、門窗的隔聲量,已知縫隙面積 =60001=6000mm2 窗面積S=2106mm2,57,材料課件,玻璃幕墻、門窗的隔聲量,若要求將此窗的隔聲量提高到28dB，則必須將窗縫隙減小,58,材料課件,玻璃幕墻、門窗的隔聲量,門窗、幕墻隔聲設(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)縫隙，因此隔身量一般都較低,59,材料課件,計(jì)權(quán)隔聲量,人耳對低頻聲音的感覺不如高頻聲音那么靈敏。另一方面還考慮到通常隔聲構(gòu)件低頻的隔聲量較低，而高頻的隔聲量較高。標(biāo)準(zhǔn)

13、曲線是隨頻率而變化的一條折線，其中100400Hz的低頻部分折線的斜率每倍頻程增加9dB，4001250Hz的中頻部分折線斜率每倍頻程增加3dB，12503150Hz的高頻部分保持水平直線,60,材料課件,計(jì)權(quán)隔聲量,對于1/3倍頻程隔聲頻率特性曲線應(yīng)滿足： (1) 各頻帶在標(biāo)準(zhǔn)曲線之下不利偏差的dB數(shù)總和不大于32dB。 (2) 隔聲頻率特性曲線的任一頻帶的隔聲量在標(biāo)準(zhǔn)曲線之下不利偏差的最大值不大于8dB,61,材料課件,計(jì)權(quán)隔聲量,對于1/1倍頻程隔聲頻率特性曲線應(yīng)滿足： (1) 各頻帶在標(biāo)準(zhǔn)曲線之下的dB數(shù)總和不大于10dB。 (2) 隔聲頻率特性曲線的任一頻帶的隔聲量在標(biāo)準(zhǔn)曲線之下不利偏差的最大值不大于5dB,62,材料課