幾種輕質(zhì)隔墻隔聲性能研究

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(jì)權(quán)隔聲量，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(duì)這幾類(lèi)輕質(zhì)隔墻的影響甚?。辉谟形暡牧系幕A(chǔ)上再加入阻尼隔音氈對(duì)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(guó)分類(lèi)號(hào)]TU55+1.39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

0引言

近年來(lái)噪聲問(wèn)題日益顯著，噪聲投訴居高不下。據(jù)全國(guó)“12369環(huán)保舉報(bào)聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)”舉報(bào)情況，噪聲污染舉報(bào)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(wú)法集中精神工作學(xué)習(xí)，并且整日處于噪聲的干擾之中會(huì)令人產(chǎn)生煩躁、焦慮等負(fù)面情緒。由此可見(jiàn)，噪聲對(duì)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(shí)甚至還會(huì)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(hù)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)?；a(chǎn)、提高建筑施工效率等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)城市化進(jìn)程的腳步，在我國(guó)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(diǎn)，隔聲性能較差，一直困擾建筑設(shè)計(jì)者與住戶(hù)。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(dòng)輕質(zhì)墻發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題［1］。

目前已有研究者針對(duì)部分輕質(zhì)隔墻進(jìn)行了研究，包括傳統(tǒng)的石膏板、纖維板等［2-3］材料進(jìn)行隔聲性能研究，但對(duì)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(dāng)一部分新型材料缺乏可靠的隔聲測(cè)試數(shù)據(jù)。對(duì)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(shí)驗(yàn)室隔聲性能研究尚少。

本文首先在實(shí)驗(yàn)室對(duì)這4種輕質(zhì)隔墻進(jìn)行測(cè)試，隨后以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)隔聲計(jì)算軟件Insul模擬出不同構(gòu)造形式對(duì)其隔聲性能的影響并加以總結(jié)，為設(shè)計(jì)師提供參考和依據(jù)。隔聲計(jì)算軟件Insul可以分析隔墻對(duì)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(píng)價(jià)量、頻譜修正量的結(jié)果。Insul在隔聲計(jì)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(cè)試數(shù)據(jù)的比較，對(duì)大部分建筑構(gòu)造，Insul的傳聲等級(jí)STC（Sound Transmission Class）估算值在3dB的誤差之內(nèi)。因此選用Insul作為與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)測(cè)試對(duì)比的隔聲模擬軟件。

1隔聲實(shí)驗(yàn)測(cè)試概要與模擬對(duì)比設(shè)計(jì)

1.1隔聲實(shí)驗(yàn)測(cè)試概要

本實(shí)驗(yàn)中單層輕質(zhì)隔墻構(gòu)件的隔聲量測(cè)試在四川省建筑科學(xué)研究院有限公司建筑能源與環(huán)境研究院隔聲實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。一般測(cè)試隔聲量的方法為混響室法和駐波法，但由于實(shí)際測(cè)試過(guò)程中室內(nèi)聲場(chǎng)一般是完全擴(kuò)散，聲波是無(wú)規(guī)入射，因此混響室法測(cè)量的數(shù)據(jù)更加接近于真實(shí)值，根據(jù)GB/T 19889.3-2005《聲學(xué)—建筑和建筑構(gòu)件隔聲測(cè)量第3部分： 建筑構(gòu)件空氣聲隔聲的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量》［5］規(guī)定，對(duì)實(shí)驗(yàn)中輕質(zhì)隔墻測(cè)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(biāo)準(zhǔn)。使用巖棉對(duì)試件周邊與測(cè)試洞口之間的縫隙進(jìn)行填塞后用砂漿密封，實(shí)驗(yàn)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(lèi)型的板材，其厚度與面密度見(jiàn)表1。采用1/3倍頻程對(duì)其隔聲量進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與Insul模擬結(jié)果對(duì)比

為驗(yàn)證Insul作為模擬軟件的準(zhǔn)確性，我們用Insul模擬表1中代號(hào)1-1～1-9條板的隔聲性能，與實(shí)驗(yàn)測(cè)室數(shù)據(jù)做對(duì)比，驗(yàn)證模擬數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否相符。模擬示意圖見(jiàn)圖1，圖1中是模擬代號(hào)1-1 100 mm厚蒸壓加氣混凝土板，模擬過(guò)程為首先在軟件材料庫(kù)中選擇蒸壓加氣混凝土板與其面密度，通過(guò)建筑構(gòu)造類(lèi)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(jì)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(hào)1-1～1-9輕質(zhì)隔墻的隔聲量見(jiàn)表2。

由表2可知，這4種輕質(zhì)墻模擬計(jì)權(quán)隔聲量與實(shí)驗(yàn)計(jì)權(quán)隔聲量相對(duì)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(shí)驗(yàn)情況和模擬情況都有不可避免的誤差，關(guān)于這兩個(gè)修正量的偏差可以忽略不計(jì)，通過(guò)絕對(duì)誤差的結(jié)果，證實(shí)了Insul作為模擬軟件的可靠性。

1.3Insul模擬工況設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)選取了4種類(lèi)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(fù)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(shí)驗(yàn)及模擬分析

實(shí)驗(yàn)階段是針對(duì)4種輕質(zhì)隔墻進(jìn)行隔聲測(cè)試，模擬階段分2個(gè)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(duì)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(shí)驗(yàn)隔聲量分析

圖2～圖5是4種單層輕質(zhì)板構(gòu)件實(shí)驗(yàn)隔聲量1/3倍頻程曲線，圖6是實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的計(jì)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(fù)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(shí)驗(yàn)室計(jì)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(méi)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(duì)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(jì)方案及計(jì)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(jìn)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(jì)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(shuō)明玻璃棉這樣的吸聲材料對(duì)于中高頻的吸聲效果顯著，但低頻共振沒(méi)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(shuō)明吸聲材料對(duì)總隔聲量的影響小。

圖9是25 mm厚吸聲材料對(duì)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(diǎn)，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(duì)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(shì)，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(méi)有改變，但對(duì)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(méi)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(duì)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(duì)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(jìn)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(jì)方案及計(jì)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(jì)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(shuō)明阻尼隔音氈對(duì)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(shí)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(duì)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(duì)蒸壓加氣混凝土板對(duì)于吻合效應(yīng)的改善沒(méi)有作用。由圖14可以看出，加入4 mm厚阻尼隔音氈對(duì)蒸壓加氣混凝土板沒(méi)有作用，計(jì)權(quán)隔聲量并不會(huì)提高。

圖15是改性石膏空心板同時(shí)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(duì)比曲線，由圖15分析可知盡管加入阻尼隔音氈，但對(duì)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(guò)加入阻尼隔音氈后對(duì)整體計(jì)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(jì)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(jì)權(quán)隔聲量提高1 dB，200 mm厚的板在加入隔音氈后計(jì)權(quán)隔聲量沒(méi)有變化。

圖17是灰渣空心板同時(shí)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(duì)比曲線，由圖17分析可知加入阻尼隔音氈后對(duì)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(jì)權(quán)隔聲量相比沒(méi)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(jì)權(quán)隔聲量提高1 dB。

圖19是聚苯顆粒夾芯板同時(shí)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(duì)比曲線，由圖19分析可知加入阻尼隔音氈后對(duì)解決低頻共振這一現(xiàn)象是沒(méi)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(méi)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(jì)權(quán)隔聲量相比沒(méi)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(jì)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(jì)權(quán)隔聲量，由實(shí)驗(yàn)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(shí)隔聲量并沒(méi)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(duì)隔聲量的影響有限，效果不理想。對(duì)蒸壓加氣混凝土板來(lái)說(shuō)，加入吸聲材料對(duì)其低頻聲影響較大，中高頻依舊發(fā)生吻合效應(yīng)；對(duì)改性石膏空心板、灰渣空心板、聚苯顆粒夾芯板來(lái)說(shuō)加入吸聲材料對(duì)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(shū)中提到對(duì)中高頻的吸聲效果明顯，但在對(duì)蒸壓加氣混凝土板的模擬中發(fā)現(xiàn)，玻璃棉對(duì)該材料的低頻有明顯的改善作用，因此之后可以推進(jìn)玻璃棉對(duì)蒸壓加氣混凝土板的研究，并對(duì)同一種類(lèi)型的材料進(jìn)行研究，探究玻璃棉是否對(duì)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(duì)蒸壓加氣混凝土板無(wú)影響；對(duì)改性石膏空心板隔聲特性無(wú)影響，但計(jì)權(quán)隔聲量會(huì)有所上升；對(duì)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(duì)總體的計(jì)權(quán)隔聲量不一定有用；對(duì)聚苯顆粒夾芯板的隔聲特性沒(méi)有影響，只有200 mm厚的墻增加了1 dB的計(jì)權(quán)隔聲量。因此阻尼隔音氈只對(duì)改性石膏空心板和灰渣空心板有用，對(duì)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(jì)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。

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