何婉藝, 于佳佳, 吳文杰

[摘要]研究了4種輕質(zhì)隔墻加入吸聲材料、以及加入吸聲材料后再加上阻尼隔音氈的隔聲特性與計權(quán)隔聲量，在實驗室測試了9組輕質(zhì)隔墻，并用Insul模擬了37組不同的工況。研究結(jié)果顯示加入吸聲材料對這幾類輕質(zhì)隔墻的影響甚小；在有吸聲材料的基礎(chǔ)上再加入阻尼隔音氈對灰渣空心板、聚苯顆粒夾芯板隔聲量有一定提高，可以考慮作為改善室內(nèi)聲環(huán)境的材料。

[關(guān)鍵詞]輕質(zhì)隔墻; 隔聲; 吸聲材料; 阻尼隔音氈

[中國分類號]TU55+1.39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]A

0引言

近年來噪聲問題日益顯著，噪聲投訴居高不下。據(jù)全國“12369環(huán)保舉報聯(lián)網(wǎng)管理平臺”舉報情況，噪聲污染舉報比例逐年上升，由2017年的34.9%到2019年的38.1%，主要集中在交通噪聲、建筑施工噪聲、生活噪聲和工業(yè)噪聲等方面。噪聲使人們不能安睡、無法集中精神工作學習，并且整日處于噪聲的干擾之中會令人產(chǎn)生煩躁、焦慮等負面情緒。由此可見，噪聲對人的危害是多重的，不僅僅體現(xiàn)在打擾人的正常工作生活等方面有時甚至還會引起人心理和生理上的疾病。

在傳統(tǒng)的高層建筑內(nèi)，室內(nèi)的分隔墻是鋼筋混凝土或砌體磚塊，具有較高的隔聲性能。隨著建筑技術(shù)、工藝、產(chǎn)品的不斷發(fā)展，輕質(zhì)隔墻作為一種新型建筑內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)件，具有墻身自重輕、可增加建筑使用面積、可回收利用、低能耗、可規(guī)模化生產(chǎn)、提高建筑施工效率等優(yōu)點，適應(yīng)城市化進程的腳步，在我國得到了快速發(fā)展，且在大中城市得到廣泛應(yīng)用。但根據(jù)質(zhì)量定律，輕質(zhì)隔墻因其質(zhì)量輕的特點，隔聲性能較差，一直困擾建筑設(shè)計者與住戶。如何有效提高輕質(zhì)隔墻的隔聲性能，如何解決輕質(zhì)隔墻低頻共振與中高頻易出現(xiàn)“吻合效應(yīng)”是推動輕質(zhì)墻發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題［1］。

目前已有研究者針對部分輕質(zhì)隔墻進行了研究，包括傳統(tǒng)的石膏板、纖維板等［2-3］材料進行隔聲性能研究，但對于輕質(zhì)隔墻隔聲性能數(shù)據(jù)的收集工作尚不完善，相當一部分新型材料缺乏可靠的隔聲測試數(shù)據(jù)。對于常用的輕質(zhì)隔墻蒸壓加氣混凝土板、改性石膏空心板、灰渣空心板與聚苯顆粒夾芯板實驗室隔聲性能研究尚少。

本文首先在實驗室對這4種輕質(zhì)隔墻進行測試，隨后以實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過隔聲計算軟件Insul模擬出不同構(gòu)造形式對其隔聲性能的影響并加以總結(jié)，為設(shè)計師提供參考和依據(jù)。隔聲計算軟件Insul可以分析隔墻對于聲音傳播的隔聲性能（包括撞擊聲隔聲和空氣聲隔聲）。軟件支持逐層定義構(gòu)件組成情況，包括墻體主結(jié)構(gòu)、龍骨連接形式、空腔填充材料、表面吸聲材料、夾層玻璃（或雙側(cè)、三層玻璃）等，輸出結(jié)果包括1/3頻帶隔聲量、隔聲單值評價量、頻譜修正量的結(jié)果。Insul在隔聲計算中考慮了非常重要的小尺寸建筑構(gòu)造的低頻聲透射效應(yīng)。根據(jù)與測試數(shù)據(jù)的比較，對大部分建筑構(gòu)造，Insul的傳聲等級STC（Sound Transmission Class）估算值在3dB的誤差之內(nèi)。因此選用Insul作為與實驗室數(shù)據(jù)測試對比的隔聲模擬軟件。

1隔聲實驗測試概要與模擬對比設(shè)計

1.1隔聲實驗測試概要

本實驗中單層輕質(zhì)隔墻構(gòu)件的隔聲量測試在四川省建筑科學研究院有限公司建筑能源與環(huán)境研究院隔聲實驗室測試。一般測試隔聲量的方法為混響室法和駐波法，但由于實際測試過程中室內(nèi)聲場一般是完全擴散，聲波是無規(guī)入射，因此混響室法測量的數(shù)據(jù)更加接近于真實值，根據(jù)GB/T 19889.3-2005《聲學—建筑和建筑構(gòu)件隔聲測量第3部分： 建筑構(gòu)件空氣聲隔聲的實驗室測量》［5］規(guī)定，對實驗中輕質(zhì)隔墻測試構(gòu)件的面積為10 m2，厚度在90～200 mm之間，聲源室面積為17.2 m2，接收室面積為18.6 m2，符合上述標準。使用巖棉對試件周邊與測試洞口之間的縫隙進行填塞后用砂漿密封，實驗總共用了蒸壓加氣混凝土板、改性石膏空心板、灰渣空心板與聚苯顆粒夾芯板4種不同類型的板材，其厚度與面密度見表1。采用1/3倍頻程對其隔聲量進行分析，在此常用頻率范圍內(nèi)的中心頻率分別為100 Hz、125 Hz、160 Hz、200 Hz、250 Hz、315 Hz、400 Hz、500 Hz、630 Hz、800 Hz、1 000 Hz、1 250 Hz、1 600 Hz、2 000 Hz、2 500 Hz、 3 150 Hz。

1.2隔聲實驗結(jié)果與Insul模擬結(jié)果對比

為驗證Insul作為模擬軟件的準確性，我們用Insul模擬表1中代號1-1～1-9條板的隔聲性能，與實驗測室數(shù)據(jù)做對比，驗證模擬數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)是否相符。模擬示意圖見圖1，圖1中是模擬代號1-1 100 mm厚蒸壓加氣混凝土板，模擬過程為首先在軟件材料庫中選擇蒸壓加氣混凝土板與其面密度，通過建筑構(gòu)造類別設(shè)置為墻體，層數(shù)設(shè)置為1層，最后設(shè)置厚度為100 mm，其計權(quán)隔聲量模擬結(jié)果為Rw42 dB，粉紅噪聲C為-1 dB，交通噪聲Ctr為-5 dB。

模擬代號1-1～1-9輕質(zhì)隔墻的隔聲量見表2。

由表2可知，這4種輕質(zhì)墻模擬計權(quán)隔聲量與實驗計權(quán)隔聲量相對誤差在0～1dB，基本一致；粉紅噪聲C與交通噪聲Ctr的修正量偏差較大，其原因是在實驗情況和模擬情況都有不可避免的誤差，關(guān)于這兩個修正量的偏差可以忽略不計，通過絕對誤差的結(jié)果，證實了Insul作為模擬軟件的可靠性。

1.3Insul模擬工況設(shè)計

實驗選取了4種類型輕質(zhì)隔墻共9組，其中蒸壓加氣混凝土板3組、改性石膏空心板2組、灰渣空心板2組以及聚苯顆粒夾芯復合板2組，厚度90～200 mm，面密度76～152 kg/m2，模擬所用吸聲材料是玻璃棉干密度為24 kg/m3，其厚度選取25 mm、50 mm、75 mm、100 mm，再加上阻尼隔音氈干密度為640 kg/m2，隔音氈厚度取25 mm、50 mm、75 mm、100 mm，組成37組不同工況。

2隔聲實驗及模擬分析

實驗階段是針對4種輕質(zhì)隔墻進行隔聲測試，模擬階段分2個步驟，先模擬加上吸聲材料，分析其隔聲量的變化；再加上隔音氈，分析其對加入吸聲材料厚輕質(zhì)隔墻隔聲量的影響。

2.1輕質(zhì)隔墻實驗隔聲量分析

圖2～圖5是4種單層輕質(zhì)板構(gòu)件實驗隔聲量1/3倍頻程曲線，圖6是實驗室測得的計權(quán)隔聲量曲線。從圖2～圖5分別可以得到蒸壓加氣混凝土板共振頻率在125～250 Hz之間，吻合谷頻率為1 250～1 600 Hz之間；改性石膏空心板共振頻率在160～200 Hz之間，吻合谷頻率在500～630 Hz之間；出灰渣空心板的共振頻率在160 Hz，吻合谷頻率在2 000 Hz以上；聚苯顆粒夾芯復合板共振頻率在160～200 Hz，吻合谷頻率在630～1 000 Hz。因此得出這4種輕質(zhì)隔墻固有頻率都在250 Hz以下，吻合頻率分布在中高頻，需要因不同的材料提出不同的削弱吻合效應(yīng)的方法。

由圖6可以得到實驗室計權(quán)隔聲量為43～48 dB，隔聲量隨著面密度的增加而增加，但沒有出現(xiàn)質(zhì)量每增加1倍，隔聲量增大6 dB的現(xiàn)象［4］。

2.2加入吸聲材料隔聲量分析

為了研究干密度24 kg/m3的玻璃棉對以上4種輕質(zhì)隔墻中高頻吸聲的效果，分別取25 mm、50 mm、75 mm、100 mm厚吸聲材料，組成18種不同組合的輕質(zhì)隔墻加吸聲材料的構(gòu)件，模擬其1/3倍頻程的隔聲量，表3是加入吸聲材料的設(shè)計方案及計權(quán)隔聲量。

選取灰渣空心板90 mm厚的輕質(zhì)墻組成不同吸聲材料厚度的5種構(gòu)件進行模擬，圖7為90 mm厚灰渣空心板隔聲量與吸聲材料厚度的關(guān)系，圖8為相應(yīng)的計權(quán)隔聲量結(jié)果。由圖7可以看出加入吸聲材料后，中高頻的吻合谷消失了，說明玻璃棉這樣的吸聲材料對于中高頻的吸聲效果顯著，但低頻共振沒有消除；由圖8可知吸聲材料厚度從25 mm增加到200 mm總隔聲量只增加了2 dB，說明吸聲材料對總隔聲量的影響小。

圖9是25 mm厚吸聲材料對這4種輕質(zhì)隔墻的影響，由圖9可以分析得出加入25 mm厚吸聲材料后蒸壓加氣混凝土板在1 000 Hz及以上的中高頻聲仍然出現(xiàn)了明顯的拐點，反而消除了低頻共振區(qū)域的隔聲低谷；改性石膏空心板中頻段吻合谷消失了，但3 150 Hz出現(xiàn)吻合谷，在低頻區(qū)仍舊有共振現(xiàn)象；灰渣空心板在中高頻區(qū)的吻合谷消失了，低頻區(qū)出現(xiàn)共振現(xiàn)象；聚苯顆粒夾芯板在高頻3 150 Hz出現(xiàn)吻合，在低頻依舊出現(xiàn)共振。圖10是50 mm厚吸聲材料對4種輕質(zhì)隔墻的影響，由圖10得出加入50 mm厚吸聲材料后蒸壓加氣混凝土板在1 000 Hz以上的隔聲量呈下降趨勢，低頻共振區(qū)域消失；改性石膏空心板和聚苯顆粒夾芯板在3 150 Hz出現(xiàn)吻合谷，低頻區(qū)依舊有共振現(xiàn)象；灰渣空心板在低頻區(qū)出現(xiàn)共振。

綜上，加入25 mm厚吸聲材料后，蒸壓加氣混凝土板的吻合效應(yīng)沒有改變，但對改性石膏空心板、灰渣空心板及聚苯顆粒夾芯板的中高頻隔聲低谷有改善作用；加入50 mm厚吸聲材料后隔聲量沒有明顯改善。

2.3加入阻尼隔音氈隔聲量分析

本小節(jié)接著研究加入阻尼隔音氈對加入吸聲材料后的輕質(zhì)墻的影響。為了研究干密度為640 kg/m3的阻尼隔音氈對以上4種有吸聲材料的輕質(zhì)隔墻的影響，只取4 mm厚的阻尼隔音氈。但為了研究阻尼隔音氈厚度與輕質(zhì)隔墻的關(guān)系，將90 mm厚灰渣空心板分別與4 mm、8 mm、12 mm、16 mm及20 mm厚的阻尼隔音氈進行模擬，總共得到19種不同組合的輕質(zhì)隔墻加吸聲材料的構(gòu)件，模擬其1/3倍頻程的隔聲量。表4是加入吸聲材料及阻尼隔音氈的設(shè)計方案及計權(quán)隔聲量。

圖11為90 mm厚灰渣空心板隔聲量與阻尼隔音氈厚度的關(guān)系，圖12是相應(yīng)的計權(quán)隔聲量結(jié)果。由圖11可以看出加入阻尼隔音氈后，低頻共振、中高頻吻合效應(yīng)都得到了改善，由圖10可知阻尼隔音氈厚度從0 mm增加到20 mm總隔聲量增加了2 dB，4～8 mm增加了1 dB，16～20 mm增加了1 dB，說明阻尼隔音氈對該板各頻段是有改善作用的，且8 mm厚的阻尼隔音氈是比較合適的選擇。

圖13蒸壓加氣混凝土板同時加入阻尼隔音氈與吸聲材料與只有吸聲材料隔聲性能的對比曲線，由圖13分析可知盡管加入阻尼隔音氈，與只增加吸聲材料的隔聲特性較為吻合，在1 000 Hz出現(xiàn)隔聲量下降的吻合谷，阻尼隔音氈對蒸壓加氣混凝土板對于吻合效應(yīng)的改善沒有作用。由圖14可以看出，加入4 mm厚阻尼隔音氈對蒸壓加氣混凝土板沒有作用，計權(quán)隔聲量并不會提高。

圖15是改性石膏空心板同時加入阻尼隔音氈與吸聲材料與只有吸聲材料隔聲性能的對比曲線，由圖15分析可知盡管加入阻尼隔音氈，但對低頻共振與高頻吻合的改善是不起作用的，低頻共振區(qū)仍舊在200 Hz以下，吻合頻率依舊在3 150 Hz，不過加入阻尼隔音氈后對整體計權(quán)隔聲量有所提高，由圖16可以看出，120 mm厚改性石膏空心板加入25 mm厚吸聲材料與4 mm厚阻尼隔音氈比只有25 mm厚吸聲材料計權(quán)隔聲量提高2 dB，而120 mm厚改性石膏空心板加入50 mm厚吸聲材料與4 mm厚阻尼隔音氈比只有50 mm厚吸聲材料計權(quán)隔聲量提高1 dB，200 mm厚的板在加入隔音氈后計權(quán)隔聲量沒有變化。

圖17是灰渣空心板同時加入阻尼隔音氈與吸聲材料與只有吸聲材料隔聲性能的對比曲線，由圖17分析可知加入阻尼隔音氈后對解決低頻共振現(xiàn)象和吻合效應(yīng)都是有用。由圖18可以看出，90 mm厚改性石膏空心板加入4 mm厚阻尼隔音氈與吸聲材料與只有吸聲材料計權(quán)隔聲量相比沒有變化，而120 mm厚改性石膏空心板4 mm厚阻尼隔音氈比只有吸聲材料計權(quán)隔聲量提高1 dB。

圖19是聚苯顆粒夾芯板同時加入阻尼隔音氈與吸聲材料與只有吸聲材料隔聲性能的對比曲線，由圖19分析可知加入阻尼隔音氈后對解決低頻共振這一現(xiàn)象是沒有用的，解決墻厚偏小的高頻段吻合效應(yīng)有效果，但墻厚較大的就沒有用了。由圖20可以看出，150 mm厚聚苯顆粒夾芯板加入4 mm厚阻尼隔音氈后計權(quán)隔聲量相比沒有變化，而200 mm厚聚苯顆粒夾芯板加入4 mm厚阻尼隔音氈計權(quán)隔聲量提高1 dB。

3結(jié)論

本文研究了4種輕質(zhì)隔墻加入吸聲材料及阻尼隔音氈后的隔聲特性與計權(quán)隔聲量，由實驗及模擬結(jié)果，可以得到結(jié)論：

（1）4種輕質(zhì)隔墻，即蒸壓加氣混凝土板、改性石膏空心板、灰渣空心板、聚苯顆粒夾芯板，均在低頻發(fā)生共振現(xiàn)象，在中高頻發(fā)生吻合效應(yīng)，只是發(fā)生的具體頻率有略微區(qū)別，但總體是符合輕質(zhì)墻的隔聲頻率特性，且面密度增大1倍時隔聲量并沒有增大6dB，因此輕質(zhì)墻的隔聲特性是不符合質(zhì)量定律的。

（2）在輕質(zhì)隔墻表面附上吸聲材料對隔聲量的影響有限，效果不理想。對蒸壓加氣混凝土板來說，加入吸聲材料對其低頻聲影響較大，中高頻依舊發(fā)生吻合效應(yīng)；對改性石膏空心板、灰渣空心板、聚苯顆粒夾芯板來說加入吸聲材料對其中頻聲的改善較為明顯，但低頻及高頻區(qū)依舊出現(xiàn)隔聲低谷。玻璃棉在多本書中提到對中高頻的吸聲效果明顯，但在對蒸壓加氣混凝土板的模擬中發(fā)現(xiàn)，玻璃棉對該材料的低頻有明顯的改善作用，因此之后可以推進玻璃棉對蒸壓加氣混凝土板的研究，并對同一種類型的材料進行研究，探究玻璃棉是否對不同材料有不同頻率的改善作用。

（3）在輕質(zhì)墻材附上吸聲材料后加入4 mm阻尼隔音氈，發(fā)現(xiàn)4 mm阻尼隔音氈對蒸壓加氣混凝土板無影響；對改性石膏空心板隔聲特性無影響，但計權(quán)隔聲量會有所上升；對灰渣空心板的隔聲特性有所改善，解決了低頻共振與高頻吻合，但對總體的計權(quán)隔聲量不一定有用；對聚苯顆粒夾芯板的隔聲特性沒有影響，只有200 mm厚的墻增加了1 dB的計權(quán)隔聲量。因此阻尼隔音氈只對改性石膏空心板和灰渣空心板有用，對輕質(zhì)隔墻作用有限。

上述結(jié)論為提高蒸壓加氣混凝土板、改性石膏空心板、灰渣空心板、聚苯顆粒夾芯板這4種輕質(zhì)隔墻的計權(quán)隔聲量以及改善低頻共振、“吻合效應(yīng)”提供數(shù)據(jù)支撐及有效參考。

參考文獻

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