建筑声学-第3讲-吸声、隔声与噪音控制

[建筑声学]第3讲吸声、隔声与噪音控制

要明确吸声与隔声是完全不同的两个声学概念。2

要明确吸声与隔声是完全不同的两个声学概念。

材料的吸声性能：着眼于声源一侧反射声能的大小，目标是反射声能要小；

材料的隔声性能：着眼于入射声源另一侧的透射声能的大小，目标是透射声能要小。3

要明确吸声与隔声是完全不同的两个声学概念。吸声材料对入射声能的反射很小，这意味着声能容易进入和透过这种材料；可以想象，这种材料的材质应该是多孔、疏松和透气的，这就是典型的多孔性吸声材料。吸声材料的结构特性是：材料中具有大量的、互相贯通的、从表到里的微孔，也即具有一定的透气性。4

要明确吸声与隔声是完全不同的两个声学概念。对于隔声材料，要减弱透射声能，阻挡声音的传播，就不能如同吸声材料那样多孔、疏松、透气，相反，它的材质应该是重而密实的，如钢板、铅板、砖墙等类材料。隔声材料材质的具体要求是：

（1）密实无孔隙；（2）有较大的重量。5

要明确吸声与隔声是完全不同的两个声学概念。对于单一材料(不是专门设计的复合材料)来说，吸声能力与隔声效果往往是不能兼顾的。

如砖墙或钢板可以作为好的隔声材料，但吸声效果极差；反过来，如果用吸声性能好的材料(如玻璃棉)做隔声材料，即使声波透过该材料时声能被吸收99％(这是很难达到的)，只有1％的声能传播到另一空间，则此材料的隔声量也只有20dB，并非好的隔声材料。R=10lg1/τ=10lg1/0.01=20dB6

吸声和隔声有着本质上的区别，但在具体的工程应用中，它们却常常结合在一起，并发挥了综合的降噪效果。例如：

1、隔声房间：为避免相邻房间较高声级的噪声的干扰，一般需加大分隔墙的隔声量，此时如果在室内顶棚上再加吸声处理，可以提高降噪效果。7

吸声和隔声有着本质上的区别，但在具体的工程应用中，它们却常常结合在一起，并发挥了综合的降噪效果。

例如：

2、由板材组成的复合墙板：往往在墙板中间填入吸声材料，它同样减弱了声音在二板间的反复反射，提高了复合墙板整体结构的隔声量。8大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静9

吸声材料与隔声材料的合理结合，发挥了两种材料材质机理上的各自优势，从而提高了降噪效果。10

第一部分：【材料、构造与吸声】11一、概述【材料、构造与吸声】12一、概述所有建筑材料都有一定的吸声特性，工程上把吸声系数比较大的材料和结构（一般大于0.2)称为吸声材料或吸声结构。吸声材料：材料本身具有吸声特性。如玻璃棉、岩棉等纤维或多孔材料。吸声结构：材料本身可以不具有吸声特性，但材料制成某种结构而产生吸声。如穿孔石膏板吊顶。吸声材料和吸声结构的主要用途有：在音质设计中控制混响时间，消除回声、颤动回声、声聚焦等音质缺陷；在噪声控制中用于室内吸声降噪以及通风空调系统和动力设备排气管中的管道消声。【材料、构造与吸声】13一、概述吸声材料和结构，根据其材料的不同，可分为：【材料、构造与吸声】14一、概述吸声材料和结构，根据其吸声原理的不同，可分为：【材料、构造与吸声】15一、概述常见吸声材料分类A.多孔性吸声材料B.空腔共振吸声结构(穿孔板)C.薄板（膜）共振吸声结构【材料、构造与吸声】16一、概述材料吸声系数实验报告标准:GBJ75-84报告中必须指明材料规格型号及安装方法。报告中可以读出平均吸声系数和降噪系数。有时吸声系数会大于等于1，主要是由于实验室或安装时边缘效应造成【材料、构造与吸声】17一、概述材料吸声系数实验报告标准:GBJ75-84报告中必须指明材料规格型号及安装方法。报告中可以读出平均吸声系数和降噪系数。有时吸声系数会大于等于1，主要是由于实验室或安装时边缘效应造成【材料、构造与吸声】18一、概述【材料、构造与吸声】19一、概述【材料、构造与吸声】驻波管法驻波管法是测量材料的垂直入射吸声系数的方法。当声波垂直入射到测试材料的表面而被反射时，在管内就形成驻波。测出极大声压级和极小声压级的比（驻波比），可按下式计算材料的垂直入射吸声系数。式中，ΔL—声压级极大值和声压级极小值之差，单位为dB20一、概述【材料、构造与吸声】21二、多孔吸声材料多孔材料一直是主要的吸声材料。最初这类材料以麻、棉等有机材料为主，现在则以玻璃棉、岩棉为主。还可以加工成板状或加工成毡。多孔吸声材料具有良好的中高频吸声性能，不是因为表面粗糙，而是因为多孔材料具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞。【材料、构造与吸声】22二、多孔吸声材料吸声原理：当声波入射到多孔材料时，引起小孔或间隙中的空气的振动。小孔中心的空气质点可以自由地响应声波压缩和膨胀，但是紧靠孔壁和材料纤维表面地空气质点振动的速度较慢。由于摩擦和空气的粘滞阻力，空气质点的动能不断转化为热能；此外小孔中空气与孔壁之间还不断发生热交换，这些都使相当一部分声能转换为热能而被吸收。【材料、构造与吸声】23二、多孔吸声材料多孔材料吸声的必要条件是：材料有大量空隙，空隙之间互相连通，孔隙深入材料内部。【材料、构造与吸声】24二、多孔吸声材料影响多孔材料吸声特性的主要因素有以下几项：（1）材料中空气的流阻空气的流阻是空气质点通过材料空隙遇到的阻力。空气粘性越大，材料越厚，越密实，流阻越大，说明材料的透气性越小。若流阻过大，则克服摩擦力，粘滞阻力从而使声能转换为热能的效率就很低，也就是吸声的效用很小。从吸声性能考虑，多孔材料存在最佳的空气流阻。【材料、构造与吸声】25二、多孔吸声材料影响多孔材料吸声特性的主要因素有以下几项：（2）材料孔隙率孔隙率是指材料中的空气体积和总体积之比。这里所说的空气体积是指处于连通状态的气泡并且是能够被入射到材料中的声波引起运动的部分。多孔材料的孔隙率多在70％以上。【材料、构造与吸声】26二、多孔吸声材料影响多孔材料吸声特性的主要因素有以下几项：（3）材料的厚度紧贴坚实墙面装置的同一种多孔材料，随厚度的增加，中低频范围的吸声系数会有所增加，并且其吸声的有效频率范围也有所扩大。【材料、构造与吸声】27二、多孔吸声材料影响多孔材料吸声特性的主要因素有以下几项：（4）材料的密度对于同一种吸声材料，当厚度一定而密度改变时，吸声特性也会有所改变，但是比增加厚度所引起的变化小。【材料、构造与吸声】

对于玻璃棉,较理想的容重是12-48Kg/m3,特殊情况使用100Kg/m3或更高。28二、多孔吸声材料影响多孔材料吸声特性的主要因素有以下几项：（5）材料背后的空气层对于厚度，密度一定的多孔材料，当其与坚实壁面之间留有空气层时，吸声特性会有所改变。【材料、构造与吸声】29二、多孔吸声材料影响多孔材料吸声特性的主要因素有以下几项：（6）饰面的影响多孔材料往往需依强度需要、保持清洁和建筑装饰等多方面的要求进行表面处理。如油漆，表面硬化层或以其他材料罩面。经过饰面处理的多孔材料的吸声特性可能会发生变化，因此必须根据要求选择适当的饰面处理。【材料、构造与吸声】30二、多孔吸声材料影响多孔材料吸声特性的主要因素有以下几项：（7）声波的频率和入射条件多孔材料的吸声系数随声波的提高而增加。驻波管法是用于对垂直入射声波的测量；混响室法是测量对无规则入射声波的吸收。【材料、构造与吸声】31二、多孔吸声材料影响多孔材料吸声特性的主要因素有以下几项：（8）材料吸湿﹑吸水的影响多孔材料受潮后，材料的间隙和小孔中的空气被水分所替代，使孔隙率降低。从而导致吸声性能的改变。【材料、构造与吸声】32三、空腔共振吸声结构【材料、构造与吸声】33三、空腔共振吸声结构【材料、构造与吸声】34三、空腔共振吸声结构【材料、构造与吸声】35三、空腔共振吸声结构【材料、构造与吸声】36三、空腔共振吸声结构亥姆霍兹共振器【材料、构造与吸声】37三、空腔共振吸声结构亥姆霍兹共振器穿孔（圆孔）板：圆孔按正方形分布：【材料、构造与吸声】38三、空腔共振吸声结构【材料、构造与吸声】39三、空腔共振吸声结构【材料、构造与吸声】40三、空腔共振吸声结构空腔共振吸声结构最大的吸声系数在共振频率附近，离共振频率越远，吸声系数越小。空腔共振吸声结构吸声特性主要取决于板厚、孔径、孔距、空气层厚度以及底层材料。开微孔（孔径小于1mm）或在穿孔板后铺多孔材料的办法，可以使共振频率向低频偏移，整个吸声频率范围的吸声系数会显著提高，【材料、构造与吸声】41三、空腔共振吸声结构【材料、构造与吸声】42三、空腔共振吸声结构共振频率：上式使用的条件是孔距在孔径的2倍以上（即穿孔率一定时，孔径不能太大而孔数不能太少），穿孔率和空腔厚度都不应过大。当穿孔率大于0.15、空腔厚度大于20cm时，应按下式计算。【材料、构造与吸声】43三、空腔共振吸声结构【材料、构造与吸声】44四、其它吸声结构薄膜、薄板共振吸声结构强吸声结构：尖劈帘幕洞口人和家具空间吸声体【材料、构造与吸声】45四、其它吸声结构薄膜、薄板共振吸声结构【材料、构造与吸声】46四、其它吸声结构强吸声结构：尖劈【材料、构造与吸声】47四、其它吸声结构强吸声结构：尖劈【材料、构造与吸声】48四、其它吸声结构帘幕【材料、构造与吸声】49四、其它吸声结构洞口向室外自由声场敞开的洞口，从室内的角度来看，它是完全吸声的，对所有频率的吸声系数均为1。当室内平均吸声系数较小时，由于洞口吸声系数很大，它对室内音质有较大影响。若洞口不是朝向自由声场时，其吸声系数通常就小于0.8。【材料、构造与吸声】50四、其它吸声结构人和家具人和室内家具也能够吸收声音，因此人和家具也是吸声体。其吸声特性用每个人或每件家具的吸声量表示。它们与个数（或件数）的乘积即为总吸声量。在处理剧院观众厅的音质问题时，不能不考虑观众的吸声量。这种吸声随着不同季节穿着的不同，以及观众的多少而有所变化。为了保证室内音质受听众多少的影响不至太大，空场状态下单个椅子的吸声量，应尽可能相当于一个听众的吸声量。【材料、构造与吸声】51四、其它吸声结构空间吸声体把吸声材料或结构悬挂在空间，使各个界面全部暴露在空间（声场）中，称之为空间吸声体。空间吸声体的材料面增大了与声波接触的机率。同时，由于材料的边缘效应，使吸声系数大为增加，对中、高频尤为明显。【材料、构造与吸声】52四、其它吸声结构空间吸声体【材料、构造与吸声】53四、其它吸声结构空间吸声体【材料、构造与吸声】54四、其它吸声结构空间吸声体【材料、构造与吸声】55四、其它吸声结构空间吸声体【材料、构造与吸声】56四、其它吸声结构空间吸声体【材料、构造与吸声】57【材料、构造与吸声】58常见吸声材料分类A.多孔性吸声材料B.空腔共振吸声结构(穿孔板)C.薄板（膜）共振吸声结构【材料、构造与吸声】59

第二部分：【建筑隔声】60建筑隔声的重要意义：

——

营造适合人们需求的安静环境。人们对室内安静程度的要求：日常：理想水平，室内应≤40dBA,如果≥50dBA会引起居住用户的普遍不满；

睡眠：理想水平，室内应≤35dBA,如果≥45dBA会引起50%居住用户的不满。611996年，在南京、无锡、苏州、上海及北京等地调查中，住宅用户对墙面、地面、顶棚、隔热、保温、通风、朝向、采光隔声等住宅品质反映最强烈的是——隔声。在瑞典，将分户墙做成200mm厚的钢筋混凝土墙，比结构的要求要厚，造价也高，目的是——隔声。62

分室轻墙（如石膏板隔断）做成双层结构内填吸声材料的目的是——隔声。有些建筑的墙和楼板水平连接上做成弹性连接，目的是——隔声。63声音在建筑中的传播途径声音在房屋建筑中的传播途径可以归纳为3种:一、声音经由空气直接传播二、激发围护结构振动而使声音传播（空气传声、空气声）三、固体的撞击或振动的直接作用于围护结构，使围护结构振动发声并传播（固体传声、撞击声）64声音在建筑中的传播途径空气声：经空气和围护结构传播固体声：振动噪声65一、隔绝空气声围护结构对空气声的隔声量R

为：【建筑隔声】66一、隔绝空气声空气声计权隔声量RW计权隔声量RW考虑了人耳听觉的频率特性及建筑中典型噪声源的频率特性，因此能较好地反映构件的隔声能力，并便于不同构件隔声能力的比较。【建筑隔声】67一、隔绝空气声空气声计权隔声量RW【建筑隔声】68（一）单层匀质密实墙的空气声隔声在主要声频范围（125～4000Hz），墙体的质量起主要控制作用。——质量定律【建筑隔声】69（一）单层匀质密实墙的空气声隔声质量定律（masslaw）：墙体越重，空气声隔声效果越好。1）质量增加一倍，隔声量增加6dB。2）频率增加一倍，隔声量增加6dB。在实际情况下，在质量控制的频率范围内明显出现质量定律的表现，但比6dB要小，一般地，面密度增加一倍，隔声量增加4~5dB。【建筑隔声】70（一）单层匀质密实墙的空气声隔声【建筑隔声】71（一）单层匀质密实墙的空气声隔声吻合效应墙体在声音激发下会产生受迫振动，振动既有垂直于墙面的，也有沿墙面传播的。在某种入射频率和入射角度下，将激发弯曲共振，即“吻合效应”，这时，墙板非常“顺从”地跟随入射声波弯曲，使大量声能透射到另一侧去，形成隔声量的低谷。【建筑隔声】72（一）单层匀质密实墙的空气声隔声吻合效应墙体在声音激发下会产生受迫振动，振动既有垂直于墙面的，也有沿墙面传播的。在某种入射频率和入射角度下，将激发弯曲共振，即“吻合效应”，这时，墙板非常“顺从”地跟随入射声波弯曲，使大量声能透射到另一侧去，形成隔声量的低谷。声波无规入射时，每种隔声材料都会在某一频率上发生吻合效应，这一频率被称为“吻合频率”，在隔声曲线上的低谷称为“吻合谷”。薄、轻、柔的墙体吻合频率高；厚、重、刚的墙体吻合频率低。【建筑隔声】73（一）单层匀质密实墙的空气声隔声【建筑隔声】74（一）单层匀质密实墙的空气声隔声

吻合效应只发生在一定频率范围，这一范围有一下限频率，成为临界频率fC。【建筑隔声】75（一）单层匀质密实墙的空气声隔声

通常采用硬而厚的墙体来降低临界频率，或用软而薄的墙体来提高临界频率，以使吻合效应不发生在噪声对人影响的主要频率范围100~2500Hz。【建筑隔声】76（二）双层匀质密实墙的空气声隔声【建筑隔声】77（三）轻墙的空气声隔声【建筑隔声】建筑设计和建筑工业化的趋势是采用轻质隔墙代替厚重的隔墙。但是这种隔墙的隔声量较小。采用下列措施来增加隔声量：（1）双层轻质隔墙间设空气层；（2）以多孔材料填充轻质墙体之间的空气层；（3）增加轻质墙体的层数和填充材料的种类。78（三）轻墙的空气声隔声【建筑隔声】79（四）门窗的空气声隔声【建筑隔声】门是墙体中隔声较差的部件。因为面密度较小，门四周的缝隙也是传声的途径。提高门的隔声能力关键在于门扇及其周边缝隙的处理，为了达到较高的隔声量。可以用设置“声闸”的方法，即设置双层门并在双层门之间的门斗内壁贴强吸声材料。窗是建筑围护结构隔声最薄弱的部件。可开启的窗很难有较高的隔声量。隔声窗通常是指不开启的观察窗。80（四）门窗的空气声隔声【建筑隔声】81（四）门窗的空气声隔声【建筑隔声】82（四）门窗的空气声隔声【建筑隔声】83（五）组合墙体的空气声隔声【建筑隔声】组合墙体是指实体墙和门窗的组合。由于普通门窗的隔声量通常比一般墙体低，因此，组合墙的隔声量就要比实体墙低。所以，应相应地提高门窗的隔声量。较为合理的做法是使门窗的隔声量只比实体墙低10dB左右。84（六）房间的噪音降低值【建筑隔声】

房间的噪声降低值D除了和隔墙的隔声量R有关外,增大受声室的吸声量A和缩小隔墙的面积S都可有效降低受声室的噪声。85二、隔绝固体声（撞击声）与空气声相比，由撞击声引起的撞击声级一般也较高，影响范围更为广泛。这主要是由于撞击声沿固体传播时，声能衰减极少的缘故，加之固体传声速度快，振动声能可以沿着墙、楼板、梁、柱、基础以及侧向传透到其他各层房间。【建筑隔声】在我国制订的《民用建筑隔声设计规范》中，是以楼板部位的计权标准化撞击声压级来规定撞击声的隔声标准。86二、隔绝固体声（撞击声）【建筑隔声】

对于楼板隔绝撞击声性能的测定是用标准打击器打击楼板，在楼板下的房间测量标准打击器的撞击声压级，对所测声压级根据受声室吸声量进行修正，即得到该楼板规范化撞击声压级。在现场测量时，根据受声室的混响时间修正测量值，得出标准化撞击声压级。87二、隔绝固体声（撞击声）【建筑隔声】

工程上常用计权撞击声压级来评价楼板的撞击声隔声性能。

计权撞击声压级越小，楼板隔绝撞击声的性能就越好。88二、隔绝固体声（撞击声）【建筑隔声】89二、隔绝固体声（撞击声）楼板下的撞击声压级，取决与楼板的弹性模量、密度、厚度等因素。主要取决于楼板的厚度。楼板厚度增大一倍，撞击声压级约减小10dB；楼板重量增加一倍，撞击声压级只是降低3～4dB。可见增大厚度较为有利，另外还可以采用多层的结构来增加楼板的厚度，而重量的增加只会使结构自重加大，对固体声隔绝好处不大。【建筑隔声】90二、隔绝固体声（撞击声）改善楼板隔绝撞击声的措施主要有:1.在承重楼板上铺放弹性面层这对于改善楼板隔绝中高频撞击声的性能有显著的效应。【建筑隔声】91二、隔绝固体声（撞击声）改善楼板隔绝撞击声的措施主要有:2.浮筑构造在楼板承重层与面层之间设置弹性垫层，以减轻结构的振动。【建筑隔声】92二、隔绝固体声（撞击声）改善楼板隔绝撞击声的措施主要有:3.在承重楼板下加设吊顶这对于改善楼板隔绝空气噪声和撞击声的性能都有明显的效用。吊顶与楼板的连接宜用弹性连接，且连接点在满足强度的情况下要少。【建筑隔声】93二、隔绝固体声（撞击声）建筑中各种机电设备在运行时都会由于振动而产生固体传声。在振源与建筑围护结构之间应采取有效的隔振措施，如设置钢弹簧、橡胶、软木、毛毡、塑料等隔振垫。【建筑隔声】94

第三部分：【噪声控制】

噪声、水污染、空气污染、垃圾并列为现代世界的四大公害。95

随着城市的发展，城市的噪声水平也在逐渐地提高。城市噪声主要包括：工业生产噪声、建筑施工噪声、交通运输噪声以及社会生活噪声。我国的城市噪声主要来源于道路交通噪声。工业噪声是固定的噪声源，其频谱和干扰程度的变化都很大。建筑工地通常散布在整个城市区域，各种噪声对居民的影响很大。9697

噪声是声音的一种。从物理角度看，噪声是由声源作无规则和非周期性振动产生的声音。从环境保护角度看，噪声是指那些人们不需要的、令人厌恶的或对人类生活和工作有防碍的声音。噪声不仅有其客观的物理特性，还依赖主观感觉的评定。如在听音乐时，悦耳的歌声不是噪声；而在人们需要休息时，邻居传来的音乐将成为噪声。9899一、噪声评价量（1）A计权声级LA是目前国际上使用最广泛的噪声评价方法。A声级是对声音的频带上使用A计权网络得到的加权即时单一值。单位是dBA。A声级反映了人耳对不同频率声音响度的计权。不论噪声强度是高还是低，A声级都能较好地反映人的主观感觉，A声级越大，人感觉越吵。对于稳态的噪声，可以直接测量A声级进行评价。【噪声控制】100一、噪声评价量（2）等效连续A声级LAeq有时，噪声的A声级是变化的，不能简单的使用某一时刻的A声级，需要使用在一段时间内使用平均A声级来表示能量平均，即LAeq。例如，在1小时内，每5分钟A声级有变化：则：这1小时的LAeq为：

=89.2（dB）【噪声控制】101一、噪声评价量（3）统计百分数声级Ln

（亦称累积分布声级，用于描述交通噪声）Leq只能表示噪声的平均情况，有时为了了解不同声级在时间上出现的概率分布，人们提出了累积分布声级的概念。

L1L5L10L50L90…Ln表示在有百分之n的时间上出现了A声级大于Ln值的情况。如：L10=70dB，表示有10%的时间里噪声的A声级超过了70dB。

【噪声控制】102一、噪声评价量（3）统计百分数声级Ln

（亦称累积分布声级，用于描述交通噪声）对于偶发性噪声，如交通噪声，常使用统计百分数声级，分别统计出L1

、L5、L10、L50、L90…，以详细了解噪声情况。例：如果出现L1=90dB、L5=40dB、L10=35dB,L90=33dB，则说明大部分时间噪声水平不高，只偶尔出现高声级噪声（如深夜在马路上偶尔出现卡车的情况）。【噪声控制】103一、噪声评价量（4）NR噪声评价曲线在一些对安静要求较高的环境里，如剧场、录音室、演播室，不但需要考虑噪声的声级，同时要考虑噪声的频率特性。通过国际标准化组织的一组评价曲线，每条曲线用一个NR值表示，噪声各个频率值都不超过的最低的曲线作为噪声评价的NR值。【噪声控制】104一、噪声评价量（5）语言干扰级SIL

语言干扰级是评价噪声对语言干扰的单值量。以中心频率为500、1000、2000和4000Hz这4个倍频带噪声声压级的算术平均值作为语言干扰级。语言干扰级只反映人们所处环境的噪声背景。【噪声控制】105一、噪声评价量通过建筑物围护结构（墙、楼板等）的隔声减噪作用，可以有效地改善室内声环境质量，从而争取达到室内环境噪声标准。我国颁布的《民用建筑隔声设计规范》中规定，按建筑物实际使用要求，将隔声减噪标准分为特级、一级、二级、三级四个等级。其中除旅馆有特级标准外，其他对住宅、学校、医院建筑，都只分为三个等级：一级为较高标准，二级为一般标准，三级为最低限值。【噪声控制】106二、城市噪声控制城市区域环境噪声标准Leq（GB3096-93）

【噪声控制】

合理的城市规划建筑设计是减轻与防止噪声污染的一项最有效、最经济的措施。

(1)从声环境质量考虑的功能分区。

(2)城市区域完善的道路交通系统。107二、城市噪声控制城市区域环境噪声标准Leq（GB3096-93）

【噪声控制】

合理的城市规划建筑设计是减轻与防止噪声污染的一项最有效、最经济的措施。

(1)从声环境质量考虑的功能分区。

(2)城市区域完善的道路交通系统。108【噪声控