玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì)

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）一、建筑聲學(xué)基礎(chǔ)n1.聲音的產(chǎn)生與傳播n振動(dòng)是波動(dòng)的基礎(chǔ)，波動(dòng)是振動(dòng)的傳播。n機(jī)械波：振源，介質(zhì)。n能量傳遞；物質(zhì)不遷移。n振動(dòng)在空氣中的傳播聲波。波長、聲速n聲波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向平行，縱波。n聲速聲波在空氣中的傳播速度n室溫下，聲速340m/s fc聲頻的特點(diǎn)n聲波頻率：2020000Hzn次聲波：低于20Hzn超聲波：高于20000Hz聲波的繞射和反射n繞射n反射定律：n1.入射線、反射線和反射面法線在同一平面內(nèi)。n2.入射線和反射線分別在法線的兩側(cè)。n3.入射角等于反射角。聲波的透射與吸收n透射與光線透射的區(qū)別，沒有

2、折射定律。n吸收介質(zhì)摩擦、熱傳導(dǎo)。EEEEr0聲波的透射與吸收n反射系數(shù)：n透射系數(shù)：n吸收系數(shù)：0EErr0EE0EE吸收系數(shù)001-11EEEEErrr 聲功率W、聲強(qiáng)I、聲壓Pn聲功率：聲源在單位時(shí)間內(nèi)向外輻射的聲能，單位：W；n聲強(qiáng)：表征聲音強(qiáng)弱的物理量，聲場(chǎng)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聲功率W、聲強(qiáng)I、聲壓Pn無限大、自由場(chǎng)，n點(diǎn)聲源：SWI 24 rWI聲功率W、聲強(qiáng)I、聲壓Pn聲壓：介質(zhì)中的壓強(qiáng)相對(duì)于無聲波時(shí)壓強(qiáng)的改變量，單位：Pa；n正弦波，有效聲壓：2mpp 聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系n在自由場(chǎng)中，cpI02聲強(qiáng)級(jí)、聲壓級(jí)、

3、聲功率級(jí)n聲強(qiáng)：下限n 上限1W/m2n人耳近似與聲強(qiáng)的對(duì)數(shù)成正比。n聲強(qiáng)級(jí)：?jiǎn)挝唬篸B2-12/10mW01lg10IIL 聲強(qiáng)、聲強(qiáng)級(jí)與相應(yīng)的環(huán)境聲強(qiáng)聲強(qiáng)（W/m2)聲強(qiáng)級(jí)聲強(qiáng)級(jí)(dB)相應(yīng)的環(huán)境相應(yīng)的環(huán)境100114012011010060400離噴氣機(jī)口3m處疼痛閾風(fēng)動(dòng)鉚釘機(jī)旁織布機(jī)旁相距1米處交談安靜的室內(nèi)人耳最低可聞閾-110-210-610-810-12102、玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì)n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(jí)。2、玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì)n聲波的

4、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。玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì)玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì)n隔聲透射系數(shù)n隔聲量單位：dB0EE1lg10R玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì)n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玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì)玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì)n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。玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì)n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

5、玻璃的隔聲性能比厚玻璃的隔聲性能差。玻璃幕墻隔聲設(shè)計(jì)單片玻璃隔聲性能n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。單片玻璃隔聲性能n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)1 (1223EtB單片玻璃隔聲性能n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。單片玻璃隔聲性能n單板的共振頻率fr由勁度B、面密度m和板的尺寸所決定)(22222bqapMBfr單片玻璃隔聲性能n一

6、般情況下，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。單片玻璃隔聲性能n在質(zhì)量控制范圍以上則出現(xiàn)吻合效應(yīng)，對(duì)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。單片玻璃隔聲性能n臨界頻率tEttcBmcfc1200)1 (12222322單片玻璃隔聲性能n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(huì)出現(xiàn)在常用的聲頻范圍。當(dāng)板厚度大于10mm，

7、則吻合谷將發(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。單片玻璃隔聲性能單片玻璃隔聲性能單片玻璃隔聲性能單片玻璃隔聲性能單片玻璃隔聲性能n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）：dBfmcmfR43lg20lg20)(1lg1020單片玻璃隔聲性能n假設(shè)條件：n（1）聲波垂直入射到玻璃上；n（2）為單層玻璃；n（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；單片玻璃隔聲性能n（4）玻璃為無限大，即不考慮邊界影響；n（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；n（6）玻璃上的各點(diǎn)以相同的速度振動(dòng)。單片玻璃隔聲性能n

8、在漫射入射條件下，公式(6-7)變?yōu)閐BfmR48lg20lg200單片玻璃隔聲性能n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(cè)值之間有差異，一般來說實(shí)測(cè)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，即單片玻璃隔聲性能dBfmR25lg12lg180單片玻璃隔聲性能n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dBmR13lg5 .130中空玻璃的隔聲量n中空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

9、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，中空玻璃的隔聲量n平均隔聲量nR空氣層附加隔聲量；對(duì)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。 RMR12lg5 .13中空玻璃的隔聲量中空玻璃的隔聲量n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，于是總的隔聲量就提高了。中空玻璃的隔聲量n中空玻璃的隔聲還會(huì)因?yàn)榘l(fā)生共振而下降，中空玻

10、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dcmmfo221)11(21中空玻璃的隔聲量n c=344m/s3/18. 1mkg中空玻璃的隔聲量dmmmmfo2121)(60中空玻璃的隔聲量n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。02 ff 中空玻璃的隔聲量夾層玻璃的隔聲量n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。玻璃幕墻、門窗的隔聲量n玻璃幕墻

11、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。玻璃幕墻、門窗的隔聲量n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)？玻璃幕墻、門窗的隔聲量n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)，窗的透射系數(shù)1lg10R12iiissssss.212211玻璃幕墻、門窗的隔聲量n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

12、ssss111玻璃幕墻、門窗的隔聲量n已知縫隙面積 =60001=6000mm2n窗面積S=2106mm21s361031026000dBR25310lg101lg103玻璃幕墻、門窗的隔聲量n若要求將此窗的隔聲量提高到28dB，則必須將窗縫隙減小。1lg1028 8 . 21022 . 368 . 2110210210mmssmmmmsd86. 0600010260002 . 31玻璃幕墻、門窗的隔聲量n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。計(jì)權(quán)隔聲量n人耳對(duì)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)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計(jì)權(quán)隔聲量n對(duì)于1/3倍頻程隔聲頻率特性曲線應(yīng)滿足： n(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。 n(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。 計(jì)權(quán)隔聲量n對(duì)于1/1倍頻程隔聲頻率特性曲線應(yīng)滿足： n(1) 各頻帶在標(biāo)準(zhǔn)曲線之下的dB數(shù)總和不大于10dB。 n(2) 隔