基于响度级差的建筑构件空气声隔声评价初探

胡 峰 赵越喆

(华南理工大学建筑学院亚热带建筑科学国家重点实验室，广东 广州 510640)

0 引言

随着我国建筑行业的发展，建筑隔墙的种类和构造越来越多样化，建筑隔墙空气声隔声性能越来越受到重视。现行GB/T 50121—2005建筑隔声评价标准[1]采用计权隔声量作为建筑构件空气声隔声单值评价量。但研究发现，该基于声压级差的单值评价量与主观感受到的隔声量不一致,合适的隔声评价参量应能充分反映不同类型噪声经隔声后的主观隔声量变化，即噪声经隔声后主观感知量的降低。

Rasmussen[2]对不同隔声评价参量进行比较后发现，低频对主观隔声量有较大影响，认为基于心理声学的参量更适用于隔声评价，人耳对噪声的主观感知不仅与其强度有关，还包含频谱、掩蔽等一系列心理声学特征，而响度较声压更直接反映这些特征对听觉的影响。金瑞等[3]研究了隔声评价参量与特定噪声类型的相关性，选取四种不同类型的噪声，通过滤波模拟多种墙体隔声，获得噪声在隔声前后的响度级差，经烦恼度主观评价实验，表明隔声响度级差较基于声级差的隔声评价量与烦恼度之间有更高的相关性。赵忠峰等[4]在对空调噪声的响度计算分析中指出，在度量低频成分为主的离散噪声和语音频率范围噪声时,基于声级差的隔声单值评价量会产生误差,使评价结果偏离人的主观感觉。本文基于Zwicker响度模型，在空气声隔声实验室内，在声源室不同声级条件下，对某建筑构件的空气声隔声响度级差进行测量，并与计权隔声量的测量结果进行对比分析，探讨隔声响度级差模型在建筑墙体隔声评价中的适用性。

1 Zwicker响度模型

1933年Fletcher[5]提出响度概念，并给出由信号频谱计算响度的过程。该方法适用于具有连续谱噪声信号响度的确定。此后又有诸多学者提出新的响度算法和计算模型，较成功的有Steven响度模型，Zwicker响度模型和Moore响度模型等。1958年由Zwicker提出的响度算法是迄今广泛使用的响度模型之一。

Zwicker模型最大的创新之处在于提出了激励级，并在Bark域加入掩蔽效应。ISO 532—1[6]中给出了Zwicker响度的计算方法。主要计算过程为：

1)利用FFT变换将声音信号转换到频域，得到对应频率成分的声压级。

2)进行1/3倍频程滤波，计算25-12.5 kHz共28个1/3倍频带的频带声压级。

3)根据人耳特征频带带宽对1/3倍频带的低频频带进行合并。在Zwicker模型中，将前6个频带合为一个新的频带，第7个～第9个频带合并，第10个～第11个频带合并，分别获得三个新的频带声压级。合并后得到20个特征频带声压级。

4)模拟外耳中耳传递函数并根据声场类型(自由场或混响场)确定是否考虑混响场衰减，再按式(1)计算各频带的特征响度N′。舍弃低于最小听阈曲线的特征响度值，再根据特征频带主响度判断是否被掩蔽，加入斜坡响度以模拟掩蔽效应，特征响度被转换到Bark域。

5)对特征响度在带域0-24 Bark上按式(2)积分求出总响度N，再按式(3)转换为响度级。

(1)

式中：E(z)——临界频率的激励值；

EQT(z)——绝对听阈下的激励值；

N0≈0.068(sone/Bark)；

E0——1 kHz 40 dB声级的参考响度；

s≈10(0.22-0.005·z/Bark)-1。

(2)

LN=40+log2N(phon)

(3)

式中：N——总响度;

N′——各频带的特征响度;

LN——响度级。

2 隔声响度级差及计权隔声量测量

隔声响度级差测量在华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室的空气声隔声实验室中进行。该实验室经HOKLAS认证，符合GB,ISO及ASTM标准中关于空气声隔声实验的环境要求。测试所用仪器包括B&K2250和B&K2270声分析仪，B&K4231声校准器，B&K4189传声器及前置放大器，B&K2716功率放大器，B&K4292-L十二面体无指向性扬声器等。

将面积为10.5 m2的轻质石膏板墙试件砌于隔声实验室洞口内，见图1。声源及测点布置见图2，声源室布置两个声源点，声源室和接收室各布置5个测点。利用B&K2270声分析仪同时测量声源室和接收室两侧的声压级，再测量接收室的混响时间。在相同条件下用B&K2250测量声源室和接收室的响度级。

被测试件的隔声量R按下式计算：

(4)

S——试件面积，m2；

A——接收室吸声量，m2，由式(5)计算:

(5)

式中：V——接收室容积，m3；

T——接收室的混响时间，s。

同时测得声源室和接收室的响度级，再由式(6)计算响度级差。

(6)

3 结果分析

调节功率放大器的输出功率，在声源室的声级分别为100 dB和85 dB的情况下，进行测量。在这两种声源室噪声级水平下，测得的待测构件空气声隔声频率特性曲线如图3所示，两者相同，两种情况下的计权隔声量均为45 dB。计权隔声量不受噪声源声级的影响。

在声源室的声级分别为100 dB和85 dB的情况下，各测点的响度级见表1。可以看出，当声源室内噪声源声级从85 dB增加到100 dB时，隔声响度级差从35.85 phon降低为32.80 phon，可见声源声压级的不同对隔声响度级有一定的影响。

表1 声源室不同噪声级水平下声源室和受声室的响度级 phon

4 结论

在空气声隔声实验室内，在声源室不同噪声级水平下，对某石膏板墙的计权隔声量和隔声响度级差的测量结果发现，基于隔声响度级差模型的隔声评价参量与现行的基于声压级差的计权隔声量的评价效果存在差异。计权隔声量与声源室的噪声级水平无关，而隔声响度级差与声源室的噪声级水平有关。响度级差可同时反映墙体隔声频率特性和噪声级水平对隔声效果的影响。