實驗室墻體隔聲能力的設計與檢測

張錦明 張少波

【摘? 要】論文闡述了辦公和實驗毗鄰設計的實驗室隔聲墻的重要意義，通過隔聲原理的推導，提出了隔聲墻墻體設計和墻體上安裝的門窗同步隔聲設計、同步隔聲施工的基本原則，介紹了幾種常用的隔聲門窗結構，以及在工程實踐中性價比最高的結構，同時，介紹了墻體隔聲能力檢測與驗收的工程方法。

【Abstract】The paper explains the great significance of the sound insulation wall of the laboratory designed by office and experiment adjacent. Through the derivation of the sound insulation principle， the paper proposes the wall design of the sound insulation wall， the basic principles of synchronous sound insulation design and construction for door and window installed on the wall. The paper introduces several commonly used sound insulation door and window structures， as well as the most cost-effective structure in engineering practice. At the same time， the paper introduces the engineering methods of the detection and acceptance of sound insulation capacity of the wall.

【關鍵詞】墻體;隔聲;質量定律;檢測

【Keywords】wall; sound insulation; mass law; detection

【中圖分類號】TU112.2+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）07-0182-02

1 引言

工業企業的實驗室，如發動機實驗室、結構疲勞實驗室、整車性能實驗室等，均會產生較大的噪聲。測試工程師的辦公場所或控制場所距離實驗室較近，為隔絕實驗室噪聲傳遞到辦公區域，保證辦公區域噪聲水平達到國標GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》規定的Ⅱ類場所要求，必須對實驗室墻體的隔聲性能精心設計。

實驗室的隔聲墻一般由墻體（混凝土墻、磚墻或其他墻體）、安裝在墻體上的各種門窗及各種過線管孔洞組成。設計與施工人員往往過分重視門窗的隔聲性能，而忽視孔洞的處理，導致隔聲墻整體隔聲性能下降。隔聲門窗的隔聲性能指標如何與實際隔聲效果相匹配，也常常困擾設計師。本文對此類問題逐一進行分析與闡述。

2 墻體結構與隔聲原理

實驗室一般采用獨立地基的結構，即實驗室墻體與辦公控制場所的墻體相互獨立。所以實驗室內的噪聲一般要通過雙層墻體才能傳遞到辦公控制室內，這是一種典型的雙層介質隔聲。雙層介質的隔聲研究必須建立在單層介質隔聲研究的基礎上。

聲波穿透介質層，必須通過兩個界面，一個是從空氣到固體的界面，一個是從固體到空氣的界面。由于界面特性阻抗的驟然變化，聲波將產生兩次反射，兩次反射產生聲能的損失，即介質的隔聲量。隔聲量的公式一般可表示為式（1）：

式（1）表示，介質面密度加倍，隔聲量提高6dB;同時，頻率提升一倍，隔聲量也增加一倍，這就是隔聲質量定律。工程實踐中，式（1）過于復雜，一般可以近似用式（2）表示：

隔聲墻受入射波的作用可能會產生彎曲振動，從而有利于聲波的透射，當聲波的頻率達到一定的臨界頻率時，這種彎曲振動最強烈，這時透射最強，這種現象叫做吻合效應。又厚又堅實的介質，如混凝土墻，彎曲剛度大，臨界吻合頻率往往出現在低頻段。

由質量定律可知，若想提升單層質量的隔聲量，唯一的辦法就是增加面密度或者厚度，但是需要大幅度提升隔聲量時，就需要大量地使用材料，占用大量空間，既不經濟也不實用。實踐中，可以采用雙層材料中間夾一定厚度空氣層的辦法，讓聲波在兩層介質間多次反射而使聲強逐漸減弱，從而達到提高隔聲量的目的。雙層介質的隔聲原理如圖1所示。

實驗室所用隔聲墻一般都是雙層結構，對于其一般隔聲量的估計，可以使用式（3）進行估計：

3 不同構件組合的隔聲量

含門窗的墻體是典型的由不同隔聲量的構件在同一平面上的組合結構，其綜合隔聲量為總的入射聲能與透過各構件聲能之和的比值的分貝數。

設各構件的透射系數為Sτ，各構件的面積為S，則各構件組合后的隔聲量為式：

從式（4）中可以看出，若某一構件的隔聲量比其他構件的透聲量要大的很多（隔聲量小的很多）時，則其他構件的透聲量幾乎可以忽略。隔聲量由透聲量最大的構件決定。

所以要提高構件隔聲量，就必須提高透聲量最大的門、窗構件的隔聲量。而當墻體隔聲量不足時，盲目采購隔聲量較大的隔聲門窗也是沒有效果的。在設計組合隔聲構件時，應使各構件的透聲量相接近，即所謂等透射原則。

4 隔聲門窗的選擇與使用

隔聲門是指在隔聲特性方面專門設計的門，其隔聲能力一般達到45dB以上，門的隔聲能力決定了隔聲門可能達到的最高隔聲量，而門縫的處理決定隔聲門實際所能達到的最大隔聲量。根據質量定律，門的質量越大，隔聲性能越好，但同時質量過大，開啟將極為不便。所以為了提升門的隔聲量一般采用多層復合結構，多層材料可以設計不同的阻抗，以抑制吻合頻率。而多層材料之間填充微壓縮的吸聲材料，可以消除腔內共振，提升門的隔聲量。門縫處理的好壞決定了隔聲門的隔聲能力，處理主要體現在兩個方面：第一，門檻與墻之間的縫隙必須認真仔細地用水泥砂漿填充，不可留有縫隙，安裝責任人需重復檢查。第二，門與門框的處理。典型的門框處理如圖2所示。

與隔聲門類似，隔聲窗的隔聲量由玻璃窗玻璃的隔聲能力與扇框間隙密封情況兩個因素決定。隔聲窗不用開啟，框與墻之間的間隙可以使用各部位固定牢固的方式處理，所以間隙的問題一般不嚴重。

工程上使用的隔聲窗綜合考慮成本等因素，一般不會采用多層真空結構，而采用多層中空結構。中空玻璃中間留有空間，目的是利用第二塊玻璃的反射聲波與第一塊玻璃的反射聲波產生干涉，增加聲波的反射，達到降低聲波透射的目的。工程上一般要求玻璃板之間的距離在100mm以上，多層中空玻璃中，還應該注意玻璃之間有一定的傾斜度，避免聲波的駐波形成，影響隔聲。

5 墻體隔聲能力的檢測

根據國標GB/T 19889.3—2005《建筑構件空氣聲隔聲的實驗室測量》，嚴格的空氣聲隔聲測量實驗室由兩個相鄰的混響室組成，而實際工作中實驗室和辦公控制室并不是嚴格意義上的混響室，可能會有1～2s的混響時間，但遠遠不能滿足國標的要求。實際工作中的實驗室墻體的隔聲量評價可參照GB/T 19889.3—2005《建筑構件空氣聲隔聲的實驗室測量》，在墻體兩側1m處各平均擺放一排麥克風，聲源發出的實驗室內的麥克風測試到的聲壓級值如果在1dB之內，則可認為實驗室內的混響可以接受。將隔聲墻體兩側的聲壓級做平均，可以大致評價墻體的隔聲量。分頻段的隔聲量分析可以更有效地評價吻合頻率的出現（見圖3）。

最終的評價標準，必須以測試工程師工作位置的聲壓級是否符合GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》規定的Ⅱ類場所要求為最終評價標準。

6 結語

實驗室隔聲能力要求較高的墻體應進行專業隔聲設計，設計應遵循等透射原則，墻體及安裝在墻體上的隔聲門、隔聲窗以及穿線隔聲器的隔聲量應大致相等。在墻體隔聲能力不足時，過分采用高隔聲量門窗，或者不注重穿墻管線的密封，都會造成成本提升，效果很差。

隔聲效果良好的隔聲門及隔聲窗如果不進行專業的安裝，安裝后的隔聲量將大幅降低，實際工程中，門框和窗框與墻之間縫隙的處理是最關鍵的隔聲工程。

在實驗室已經建造完成的情況下，無法要求隔聲墻兩側的房間均為良好的混響室，混響時間不會太長，因此，無法嚴格按照國標GB/T 19889.3—2005《建筑構件空氣聲隔聲的實驗室測量》進行測量，僅可參照此標準進行粗略評價，最終評價應將測試工程師工作位置聲環境是否達到GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》規定的Ⅱ類場所要求作為最終評價標準。

【參考文獻】

【1】吳碩賢.建筑聲學設計原理[M].北京：中國建筑工業出版社，2000.

【2】馬大猷.現代聲學理論基礎[M].北京：科學出版社，2004.

【3】馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.