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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。
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,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。
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。
当前,噪声已成为一种主要的环境污染,建筑物的声环境问题越来越受到人们的关注和重视。选用适当的材料对建筑物进行吸声和隔声处理是建筑物噪声控制工程中常用基本的技术措施之一。由于对噪声控制的手段缺乏了解,“吸声”和“隔声”作为完全不同的概念,常常被混淆了。玻璃棉、岩矿棉一类具有良好吸声性能但隔声性能很差的材料被误称为“隔声材料”,早年一些以植物纤维为原料制成的吸声板被命名为“隔声板”并用以解决建筑物的隔声问题……。为了合理使用材料、提高建筑物噪声控制效果,对“吸声”和“隔声”这两个概念有进一步了解和明确的必要。
薄板复合墙:薄板复合墙是在施工现场将薄板固定在龙骨的两侧而构成的轻质墙体。薄板的厚度一般在6mm-12mm,薄板用作墙体面层板,墙龙骨之间填充岩棉或玻璃棉。薄板品种有纸面石膏板、纤维石膏板、纤维水泥板、硅钙板、钙镁板等.薄板本身隔声量并不高,单层板的隔声量在26~30dB之间,而它们和轻钢龙骨、岩棉(或玻璃棉)组成的双层中空填棉复合墙体,却能获得较好的隔声效果.它们的隔声量通常在40~49dB之间.增加薄板层数,墙的隔声量可大于50dB.
吸声材料的应用:在双层墙的空气层中放置吸声材料,将进一步提高双层墙的隔声量.并且吸声材料的厚度愈大、吸声材料的吸声性能愈好,隔声量的提高也就愈显著.双层墙空气层中放置吸声材料,对于轻质双层墙来讲,其效果比重质的双层墙中更为显著.
应注意声桥的出现:双层墙的空气层之间应尽量避免固体的刚性连接──声桥.若有声桥存在,将破坏空气层的弹性层作用,使隔声量下降.空心板隔墙或空心砌块隔墙的空心部分,虽然能减轻墙体重量,但对隔声不利.对空心板、空心砌块之类的建筑构件以及砌筑起来的空斗墙等,其内空腔不能误认为是能起隔声作用的空气层.因为这些空腔的周围是百分之百刚性连接的声桥,完全不起空气层的弹性作用.同材质的空心板与实心板相比,在面密度相同时,前者的隔声量将低于或近似等于后者的隔声量.
但是一般在进行降噪处理时都是吸、隔声相结合来治理,即运用隔声隔断外来的噪声及室内噪声传于外面,再用吸声调解室内的混响声.建筑物的围护结构如墙体、门、窗、楼板及屋顶的隔声,直接涉及户外交通、施工以及邻居生活噪声的传入和工厂生产设备噪声、机房以及迪斯科舞厅等室内高噪声的向外传播影响周围环境。因此,建筑隔声材料是获得安静声环境的技术保证,室内低的环境噪声也是室内良好音质的基本条件.
抹灰层可增加隔声量:孔洞与缝隙对隔声有极大的不利影响,墙体上细的孔洞、缝隙会使高频隔声下降,随着孔洞或缝隙的加大,高频隔声量逐渐下降,且影响向中、低频扩展.一些轻骨料的空心砌块墙,由于砌块材料中存在大量相互贯通的小孔和细缝,砌块砌筑完毕后必须在墙体表面进行抹灰(密封)处理,否则隔声量很低.例如,某190mm厚陶粒空心砌块砌筑的墙体,表面不抹灰时隔声量低于20dB,抹灰层的厚度增加到30mm以后,墙体的隔声量达到50dB.
隔声材料在物理上有一定弹性,当声波入射时便激发振动在隔层内传播。当声波不是垂直入射,而是与隔层呈一角度 θ 入射时,声波波前依次到达隔层表面,而先到隔层的声波激发隔层内弯曲振动波沿隔层横向传播,若弯曲波传播速度与空气中声波渐次到达隔层表面的行进速度一致时,声波便加强弯曲波的振动,这一现象称吻合效应。这时弯曲波振动的辐度特别大,并向另一面空气中辐射声波的能量也特别大,从而降低隔声效果。产生吻合效应的频率fc为:fc=co2/2 π sin2 θ [12 ρ (1- σ 2)/eh2]1/2 (9)式中 ρ 、 σ 、e分别为隔层材料的密度、泊松比和杨氏模量,h是隔层厚度。任意吻合频率fc与声波入射角 θ 有关。在大多数房间中的声场都接近于混响声场,到达隔层的入射角从0°到90°都有可能,因此吻合频率出现在从掠入射( θ=90°) 的fc0开始的一个频率范围,也就是说吻合效应使某一频率范围的隔声效果变差。一般这一频率范围发生在中高频。从质量定律知道,中高频隔声量较大,除了内阻尼很小的金属板外,因吻合效应使中高频隔声量降低的现象,不会引起很大的麻烦。
双层隔声结构:根据质量定律,频率降低一半,传递损失要降6db;而要提高隔声效果时,质量增加一倍,传递损失增加6db。在这一定律支配下,若要显著地提高隔声能力,单靠增加隔层的质量,例如增加墙的厚度,显然不能行之有效,有时甚至是不可能的,如航空器上的隔声结构。这时解决的途径主要是采用双层以至多层隔声结构。双层隔声结构,单位面积质量分别为m1、m2,中间空气层厚度为l。双层结构的传递损失可以进行理论计算,结果比较复杂,在不同频率范围可以得到不同的简化表示,这里只作定性介绍。两个隔层与中间空气层组成一个共振系统,共振频率为fr(m的单位为kg/m2,l的单位为m):fr=60/√m1m2l/(m1+m2) (10)
在此共振频率附近,隔声效果大为降低。不过对于重墙来说,此频率已低于可闻频率范围。例如m1为半砖墙250kg/m2,m2为一砖墙500kg/m2,空气层厚度0?5m,这时共振频率在7hz左右。对于轻结构双层隔声,共振频率可能落在可闻频率范围内,例如两层铝板分别为5?2kg/m2和2?6kg/m2,中间空气层5cm,可计算出共振频率约为200hz。这时应在两板间填塞阻尼材料,以抑制板的振动。一般若用薄钢板做双层隔声结构时,钢板上都涂好阻尼层来抑制钢板的振动。
在共振频率fr以下,双层隔声的效果如同没有空气层的一层(m1+m2)的隔声效果;在fr以上一段频率范围,双层隔声效果接近于两个单层隔声的传递损失之和;在更高的频率,当空气层厚度l为四分之一波长的奇数倍时,双层隔声效果相当于两个单层的传递损失之和再加6db,l为波长的偶数倍时,双层隔声效果相当于两个单层合在一起的传递损失再增加6db,在其它频率,传声损失在这两个值之间。所以在总体上,当频率大于fr时,双层隔声结构显著地提高了隔声效能。一般双层隔声结构的两层,不用相同厚度的同一种材料,以避免这两层出现相同的吻合频率。
质量定律;对于隔墙隔声[1]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41dB。轻型匀质墙体,如石膏砌块、加气混凝土板、膨胀岩板、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。
质量定律;对于隔墙隔声[1]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41dB。轻型匀质墙体,如石膏砌块、加气混凝土板、膨胀岩板、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。
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。
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。
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