建筑聲學在住宅建筑中的應用

◎王曉楠

前言：建筑聲學技術近年來逐漸被建筑和室內設計師所重視。建筑聲學可細分為吸聲、隔聲、消聲、減振四個分支。根據工程設計施工中不同的需求采用不同的技術手段去進行實施，可有效消除建筑裝飾中存在的聲缺陷，避免因為聲環境不合格帶來的工程改造。

一、聲學標準解讀

標準是科學、技術和實踐經驗的總結。標準是指引我們設計的指揮棒，明確標準體系將更有力的開展聲學設計工作。本欄將重點介紹國家現行聲學行業相關標準，如劇場劇院多功能廳使用的GBT50356-2005《劇場、電影院和多用途廳堂建筑聲學設計規范》、體育館使用的JGJT131-2012《體育場館聲學設計及測量規程》、民用建筑中的GB50118-2010《民用建筑隔聲設計規范》以及聲環境質量評價GB3096-2008《聲環境質量標準》、《醫院建筑噪聲與振動控制設計標準》等數十項國家標準解讀，全面了解聲學設計指標，熟知標準可有效匹配業主需要，更好地為工程設計項目服務。

二、建筑聲學設計的內容

1.設定各空間的混響時間、音質指標等聲學參數指標；

2.聲學空間的聲環境控制，包括各個廳、堂、室的體型、混響時間、聲場分布；對于隔聲、隔振、設備與環境噪聲控制提出建議；

3.空間尺寸及幾何形狀的確定；每座容積率的核算；觀眾廳內吊頂、墻面、舞臺的聲學構造設計及相關聲學參數的復核計算等；

4.對裝修設計施工圖進行聲學審核，提出審核及整改意見；審核暖通空調、消防、照明、舞臺燈光音響專業的深化設計，提出聲學審核意見；

5.設定項目中使用的材料和聲學結構的吸聲系數、墻面材料空氣聲隔聲、樓板及浮筑構造的撞擊聲隔聲相關結構；

6.建立三維計算機模型，并進行計算音質參數測量、數據分析、方案聲學效果評價、改進聲學方案測量。

三、噪聲的定義及危害

人們不想聽的各種聲音都是噪音。噪聲危害主要包括：強噪聲可引起耳鳴、尖銳耳痛、聽力損失和其他耳鳴；在高強度條件下，噪聲的干擾會使得人的注意力不能集中，長期下來會影響工作效率；心血管損傷噪聲是心血管疾病的危險因素，噪音會加速心臟老化，增加心肌梗塞的頻率。無論處于何種環境，都應盡量避免噪聲的影響。

四、住宅小區聲環境建設面臨的形勢

交通噪聲是高層建筑噪聲污染的主要來源。目前，在城市中高層沉降最需要的區域往往是主要道路通過或匯集的市中心，主要交通噪聲的標準限值為70dB。但近年來，隨著機動車輛的進一步增多，大部分主要道路都已遠遠越過這一邊界。城市道路的增加為人們提供了更便捷的出行路線，但也增加了更多的噪聲污染。遠離城市中心的機場、海港和內河港口正在向城市居民區靠近，由此形成的鐵路噪聲、航空噪聲和船舶噪聲對居民的影響日益突出。城市交通發展帶來的戶外環境噪聲日趨嚴重，居民深受其苦，投訴與日俱增，盡管各方呼聲明顯，但實際問題并不能得到有效解決。

城市區域的建筑施工工地，其施工噪聲對周圍環境的影響也十分強烈，嚴重干擾周圍居民的生活，尤其是住宅窗外緊鄰的工地施工，影響更甚。另外，家庭裝修施工引起的噪聲也不容易忽視。

五、住宅室內聲學設計的要求

1.足夠的響度。在室內的聲學進行設計時，首先要保證能夠有一定的響度，這樣才能保證室內人員講話的時候，能夠聽得到。這樣有利于室內人員進行合理的交流，消除一定的溝通障礙。因此，室內的響度應高于室內噪聲的5-10dB，同時，又不能過于響亮，否則會使人感覺到特別的吵鬧，容易導致人們的心理浮躁。所以，正常的室內住宅的適當響度在60-70dB 之間。

2.室內各點聲音的大小應基本一致。另外，要保證室內各個地點的聲音大小基本保持一致。還要考慮避免回聲、聚焦等方面的缺憾。另外，還可以在室內的墻壁上加入凹凸不平的表面或擴散體，來保證室內聲音的響亮和保持聲音的大小一致性。所以，使用擴散體的時候，它應當與入射聲波的尺寸、波長相適應，頻率越低波長越長，其所要求的擴散體的尺寸也越大。在一些較大的客廳可以進行設置吸聲的材料或者布置不規則的反射材料，才提高室內的聲音質量。

3.有較高的清晰度及最佳混響時間。不同大小的室內環境需要有不同的混響。住宅室內對聲音的要求，是要清晰響亮。室內環境的混響時間主要是由設計施工時選擇的吸聲材料，還有其布置的是否合理來決定的。

4.室內不應受到外界噪音的干擾。住宅是居民用來居住的，一個重要的條件是不能夠受到外界噪音的干擾，才能給人們帶來一個舒適的居住環境。一個合格的室內住宅設計的聲學設計，其應該不能夠影響到居民的正常休息，室內設計應該有一定的隔音效果，保證居民的本該享有的生活質量的保障。目前，我國的建筑方面的噪聲的標準措施還在制定當中。另外，設計師在進行噪聲控制中，應當對各個頻帶的噪聲容許標準，許多國家采用的是百瑞奈爾的NC 曲線，以及ISO 提出的NR 曲線來參考。

六、建筑聲學在住宅建筑中的應用現狀

聲學與建筑之間的關系由來已久，聲學對工程建設有很大的幫助。在內外部城市規劃中，建設了許多高品質的住宅以及音質優良的居室，提供了大量安靜的人居環境。但是，建筑聲學依然沒有得到足夠的重視，許多居室廳堂安靜度不夠，安逸的生活條件被噪音污染，影響了工程質量和投資效益。

目前，越來越多的住宅小區建設開始追求綠色生態的居住環境，將綠化、水景燈作為環境建設的重點，而較少關注住宅小區聲、光、熱燈物理環境的建設，以致難以形成整體的生態居住環境。隨著時代的發展和人民生活水平的提高，越來越多的人開始從簡單舒適的住房向更高的環境要求轉變。住宅建筑的聲環境已經成為當前城市規劃，小區及住宅樓設計中不容忽視的一個問題。

七、常用室內裝飾聲學施工節點

包含室內裝飾工程中龍骨吊裝、吸聲板安裝、燈槽、風口、窗簾盒、檢修口、圓弧包柱等節點。建筑裝飾工程施工過程中的工藝控制是聲學施工效果的基本保證，了解聲學工程的施工工藝，在建筑裝飾工程的設計工作中，可有助于提升建筑裝飾設計效率，避免因為設計前期考慮不周導致出現聲學缺陷從而進行的聲學改造。

八、建筑聲學在住宅建筑中的應用策略

1.建筑材料選擇。

建筑材料的選擇和構造設計有助于控制噪聲，具體如下：（1）分戶門應綜合考慮隔音、防盜、防火的要求。窗戶采用密閉窗框和隔音窗，結合節能設計，提高加工精度，減少門窗間隙。將門窗的隔聲性能列為門窗質量的重要評價指標。（2）分戶墻采用隔聲性能好的材料，單層輕質墻體的加權隔聲結構一般低于40dB，不能作為分戶墻使用。如一定要用，為了滿足隔聲性能的要求，必須采用組合結構。（3）樓板必須采取隔聲構造以隔絕沖擊聲。由于板下吊頂（帶彈性吊桿）層高較低，對沖擊聲的隔絕作用有限，必須采取隔聲施工措施解決地板沖擊隔聲問題，可采取在鋼筋混凝土樓板上鋪設彈性面層、設置浮動地板等隔聲措施應作為樓板結構設計的重要內容。（4）家庭影院房間采用特殊隔聲處理，并設置鋼琴等樂器專用隔聲室。

2.住宅小區規劃。

根據噪聲源現狀和發展預測，聲環境質量應作為城市總體規劃（包括舊城改造規劃）中城市規劃功能評價的重要指標之一。根據城市設施和對外交通車輛的噪聲水平、不同的聲環境要求，進行合理的聲學分區，合理布置城市道路交通網絡，避開城市交通主干道、高架道路、機場和線路，軌道交通。在項目開發初期的選址和圖紙設計中，可以從宏觀上控制線路居民區的噪聲干擾，對周圍的噪聲源進行測試和分析，對噪聲影響進行評價，在社區規劃設計中，從聲環境角度論證生態居住區建設項目的可行性，聲環境指標應作為建設項目審批的內容之一，列為必要的施工程序。

小區規劃設計要考慮社區噪聲擾民問題，合理安排建筑空間位置，具體為：（1）中小學與居住社區應有足夠的防護距離，綠化或其他建筑物的設置應保證不會給居民區帶來噪聲；（2）鍋爐房、冷卻塔、變電所等社區配套公共設施不應靠近居民樓；（3）公共固定設施應優先選用低噪聲、低振動設備，而一些能夠產生噪聲、振動的設備應采取消聲、吸收、降噪、減振等措施加以控制。

3.加強對噪聲源的控制。

目前，隨著城市建設的快速發展，住宅區逐漸被建筑工地包圍。施工具有施工階段的周期性、施工過程的突擊性和施工機械的高噪聲的特點，其造成的噪聲對周圍生態群落的影響很難控制，降低噪聲必須根據具體情況，采取有效措施加強對噪聲源的控制。（1）設置聲屏障是降低噪聲對環境影響的重要手段。環境可能有不同的形式，必須結合地形和經濟條件加以利用。例如，現有的綠色土堤被用作地面道路的聲屏障，在高海拔道路上使用透明材料制成的隔音屏障，以確保人們的視野開闊，不會影響城市景觀。但是修建隔離墻可能需要大量投資，減少噪音的副作用有限，因此必須謹慎使用。（2）綠色植物有助于減少城市噪音的影響。一般來說，常綠灌木和喬木是保證四季都能實現降噪的最重要的栽培方法，但綠化帶必須足夠寬，才能更好地實現降噪。

九、案例

1.項目概況。

某市音樂廳，建成于1930 年，是全國第1 座音樂廳，也是某市文物保護單位、某市優秀歷史建筑。作為某市最早的專業性音樂廳和最重要的市級文化設施之一，也是某市建設“國際文化大都市”重要的文化標志性建筑。2003～20004 年經過整體性平移修繕，擴建了地下室，開發了小廳，新建了西大廳、南大廳作為場館演出，至此某市音樂廳每年舉辦500 余場演出，眾多的中外著名音樂家、樂團先后登臨音樂廳舞臺展現藝術風采，某市音樂廳已成為市民不可或缺的音樂“殿堂”與“課堂”（圖 1、圖 2）。

圖1 某市音樂廳

圖2 觀眾廳音樂演出場所

隨著高頻率的演出，建筑本體、設備設施、聲學效果、配套設施設備等方面都出現了不同程度的問題，無法適應更高標準的演出和觀演要求，阻礙了音樂廳事業的可持續發展，亟待進行優化調整和修繕。

2.聲學問題和技術難點。

（1）亟待解決的問題。

1）改善聲學效果，避免大小廳間相互串音與防止外界噪聲干擾。

地下室小廳為平移修繕后新增建場館，位于觀眾廳大廳正下方。大廳與小廳之間的鋼琴運送通道、樂池隔墻及小廳樓板這3 部分是噪聲干擾的主要通道，通過樓梯間、門洞等進行噪聲傳遞，使得大廳和小廳在演出時不能同時使用，在演出時互相干擾，影響觀眾的欣賞體驗。

由于門窗等構件的隔聲能力較弱，觀眾廳在演出時經常受到環境噪聲的干擾，同時演出的聲音也泄漏到周圍環境中，產生擾民現象。

2）觀眾廳聲學性能難以滿足當下演出需求，影響演出質量并削弱觀眾觀賞體驗

觀眾廳大廳現存的聲學問題主要有：混響時間偏短，池座后方早期反射聲不足，背景噪聲偏高。節奏較慢的古典音樂演出時，混響時間偏短；觀眾廳墻面、吊頂和舞臺音樂罩的擴散能力不足。音樂罩啟用時，池座和樓座上各點混響時間空間分布的標準差較大。各類功能用房與觀眾廳之間存在隔聲問題，部分機房的背景噪聲也超標，影響觀眾廳演出和觀演效果。

（2）聲學改造困難分析。

1）既有建筑聲學改造與新建建筑聲學設計不同，難度大。建筑聲學效果與建筑的空間形制、結構構造、建造材料以及周邊環境息息相關。既有建筑聲學改造時，要充分考慮既有的結構構造、建造材料等方面的影響和約束，在對既有建筑各項聲學參量進行詳細檢測后，方可根據現有情況進行聲學改造。

2）聲學改造受文物建筑保護約束比較大。某市音樂廳為文物建筑，觀眾廳及外立面木門窗都是文物重點保護部位，聲學改造過程中，應保護特色部位的形制特征，不得隨意改變原有材料、構造和工藝。根據現場聲學勘察和聲學測量，以及修繕后音樂廳內各空間的功能定位，針對某市音樂廳的大廳和小廳進行聲學設計，主要包括噪聲控制和音質設計。

3.聲學提升關鍵技術。

（1）場館功能維持下的結構雙層中空整體隔聲技術。為了解決小廳和觀眾廳大廳間的串音問題，改善兩廳演出聲學效果，滿足同時對外演出需求，在觀眾廳、小廳以及相連空間內設置不同聲源點，來查勘聲源傳遞路徑。為封堵串音通道，增加大小廳間的隔聲性能，對原有結構遺棄洞口進行隔聲封堵，在小廳內部新增輕型鋼結構，采用120mm 厚壓型鋼板組合隔聲樓板+100mm 厚GRG 石膏板作為隔聲墻體，與既有觀眾廳結構樓板形成雙層中空結構隔聲腔體，有效阻隔聲源串音路徑（圖3、圖 4）。

圖3 新增鋼結構形成雙

圖4 新增鋼結構現場施工

層中空結構腔體

為了保證大小廳間的隔聲效果，原有結構墻體洞口隔聲封堵采用100mm 厚加氣混凝土砌塊+100mm 空腔（空腔內滿填120kg/m3 巖棉）+200mm 厚加氣混凝土砌塊；在隔聲腔體上部觀眾廳大廳樓板底部噴30mm 厚無機纖維吸聲材料，下部組合隔聲板上鋪設100mm 厚泡沫玻璃；隔聲墻體GRG 石膏板密度不得小于80kg/m2，在小廳外圍墻體與內層GRG 墻體門洞位置處增砌200mm 厚加氣混凝土砌塊，構成聲閘，并做吸聲處理。

（2）文物特征維持下的老式木窗隔聲性能提升技術。

外立面木門窗為傳統柚木門窗，窗戶為單層玻璃。木窗翹曲變形加之既有單層玻璃隔聲性能低，使得外立面柚木門窗隔聲效果不理想，無法滿足一流劇場聲學演出需要。但作為文物重點保護部件，木窗具有較高的文化價值和保護需要，原有木窗無法更換成現代隔聲窗，僅能在維持木窗原有特征下進行聲學改善提升。

在對木窗構造進行剖解和分析的基礎上，通過更換原有窗玻璃和提升木窗的密封性能，來整體提升木窗的隔聲效果。將原有單層玻璃更換成3+6+3 中空玻璃，考慮到原窗木芯安裝玻璃厚度不變，重新定制柚木角條進行玻璃固定；在木窗框四周企口夾角處開設3.5mm×4.0mm 凹槽，安裝棕色硅膠PVC 密封條，實現防水保溫、密封隔聲的功能。在窗扇上下冒頭端部嵌入銅板，加固提升木窗扇整體性能，并對木窗飾面進行保護性修繕，通過去除原損傷木漆面，涂刷木蠟油來保護飾面紋理，恢復木窗原有歷史原貌。

（3）保護空間風貌保留下的觀眾廳隔聲木門隔聲升級技術。

觀眾廳場館四周共設有8 處疏散通道，安裝隔聲木門與外部空間進行分隔。作為觀眾廳與外部空間的首道隔聲木門，經現場查勘和聲學檢測發現：場館木門的材質相對疏松，隔聲性能不理想；木門套四周的護墻板與墻體之間未進行有效封閉，存在漏聲空腔，場館木門的整體隔聲效果不佳。

隔聲木門形制尺寸和風格不容改變，為保證觀眾廳整體風貌特征及滿足場館隔聲需要，按照場館隔聲木門原有式樣新做隔聲門。在新做隔聲門底部安裝升降式隔聲密封條，門扇阻口位置安裝密封條，在不影響場館木門使用功能的前提下，進一步加強隔聲門的密封隔聲性能。

目前，越來越多的建筑需要聲學技術，隔音設計是建筑設計的重要組成部分，它涉及許多工程項目的質量和功能以及人們的生活條件和生活質量。為避免建筑工程設計中出現噪音問題，建筑業就要加強對建筑聲學的管理力度，為社會創造更多的隔音空間和更安全的生活環境。