实验室墙体隔声能力的设计与检测

张锦明 张少波

【摘  要】论文阐述了办公和实验毗邻设计的实验室隔声墙的重要意义，通过隔声原理的推导，提出了隔声墙墙体设计和墙体上安装的门窗同步隔声设计、同步隔声施工的基本原则，介绍了几种常用的隔声门窗结构，以及在工程实践中性价比最高的结构，同时，介绍了墙体隔声能力检测与验收的工程方法。

【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.

【关键词】墙体;隔声;质量定律;检测

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

【中图分类号】TU112.2+1                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）07-0182-02

1 引言

工业企业的实验室，如发动机实验室、结构疲劳实验室、整车性能实验室等，均会产生较大的噪声。测试工程师的办公场所或控制场所距离实验室较近，为隔绝实验室噪声传递到办公区域，保证办公区域噪声水平达到国标GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》规定的Ⅱ类场所要求，必须对实验室墙体的隔声性能精心设计。

实验室的隔声墙一般由墙体（混凝土墙、砖墙或其他墙体）、安装在墙体上的各种门窗及各种过线管孔洞组成。设计与施工人员往往过分重视门窗的隔声性能，而忽视孔洞的处理，导致隔声墙整体隔声性能下降。隔声门窗的隔声性能指标如何与实际隔声效果相匹配，也常常困扰设计师。本文对此类问题逐一进行分析与阐述。

2 墙体结构与隔声原理

实验室一般采用独立地基的结构，即实验室墙体与办公控制场所的墙体相互独立。所以实验室内的噪声一般要通过双层墙体才能传递到办公控制室内，这是一种典型的双层介质隔声。双层介质的隔声研究必须建立在单层介质隔声研究的基础上。

声波穿透介质层，必须通过两个界面，一个是从空气到固体的界面，一个是从固体到空气的界面。由于界面特性阻抗的骤然变化，声波将产生两次反射，两次反射产生声能的损失，即介质的隔声量。隔声量的公式一般可表示为式（1）：

式（1）表示，介质面密度加倍，隔声量提高6dB;同时，頻率提升一倍，隔声量也增加一倍，这就是隔声质量定律。工程实践中，式（1）过于复杂，一般可以近似用式（2）表示：

隔声墙受入射波的作用可能会产生弯曲振动，从而有利于声波的透射，当声波的频率达到一定的临界频率时，这种弯曲振动最强烈，这时透射最强，这种现象叫做吻合效应。又厚又坚实的介质，如混凝土墙，弯曲刚度大，临界吻合频率往往出现在低频段。

由质量定律可知，若想提升单层质量的隔声量，唯一的办法就是增加面密度或者厚度，但是需要大幅度提升隔声量时，就需要大量地使用材料，占用大量空间，既不经济也不实用。实践中，可以采用双层材料中间夹一定厚度空气层的办法，让声波在两层介质间多次反射而使声强逐渐减弱，从而达到提高隔声量的目的。双层介质的隔声原理如图1所示。

实验室所用隔声墙一般都是双层结构，对于其一般隔声量的估计，可以使用式（3）进行估计：

3 不同构件组合的隔声量

含门窗的墙体是典型的由不同隔声量的构件在同一平面上的组合结构，其综合隔声量为总的入射声能与透过各构件声能之和的比值的分贝数。

设各构件的透射系数为Sτ，各构件的面积为S，则各构件组合后的隔声量为式：

从式（4）中可以看出，若某一构件的隔声量比其他构件的透声量要大的很多（隔声量小的很多）时，则其他构件的透声量几乎可以忽略。隔声量由透声量最大的构件决定。

所以要提高构件隔声量，就必须提高透声量最大的门、窗构件的隔声量。而当墙体隔声量不足时，盲目采购隔声量较大的隔声门窗也是没有效果的。在设计组合隔声构件时，应使各构件的透声量相接近，即所谓等透射原则。

4 隔声门窗的选择与使用

隔声门是指在隔声特性方面专门设计的门，其隔声能力一般达到45dB以上，门的隔声能力决定了隔声门可能达到的最高隔声量，而门缝的处理决定隔声门实际所能达到的最大隔声量。根据质量定律，门的质量越大，隔聲性能越好，但同时质量过大，开启将极为不便。所以为了提升门的隔声量一般采用多层复合结构，多层材料可以设计不同的阻抗，以抑制吻合频率。而多层材料之间填充微压缩的吸声材料，可以消除腔内共振，提升门的隔声量。门缝处理的好坏决定了隔声门的隔声能力，处理主要体现在两个方面：第一，门槛与墙之间的缝隙必须认真仔细地用水泥砂浆填充，不可留有缝隙，安装责任人需重复检查。第二，门与门框的处理。典型的门框处理如图2所示。

与隔声门类似，隔声窗的隔声量由玻璃窗玻璃的隔声能力与扇框间隙密封情况两个因素决定。隔声窗不用开启，框与墙之间的间隙可以使用各部位固定牢固的方式处理，所以间隙的问题一般不严重。

工程上使用的隔声窗综合考虑成本等因素，一般不会采用多层真空结构，而采用多层中空结构。中空玻璃中间留有空间，目的是利用第二块玻璃的反射声波与第一块玻璃的反射声波产生干涉，增加声波的反射，达到降低声波透射的目的。工程上一般要求玻璃板之间的距离在100mm以上，多层中空玻璃中，还应该注意玻璃之间有一定的倾斜度，避免声波的驻波形成，影响隔声。

5 墙体隔声能力的检测

根据国标GB/T 19889.3—2005《建筑构件空气声隔声的实验室测量》，严格的空气声隔声测量实验室由两个相邻的混响室组成，而实际工作中实验室和办公控制室并不是严格意义上的混响室，可能会有1～2s的混响时间，但远远不能满足国标的要求。实际工作中的实验室墙体的隔声量评价可参照GB/T 19889.3—2005《建筑构件空气声隔声的实验室测量》，在墙体两侧1m处各平均摆放一排麦克风，声源发出的实验室内的麦克风测试到的声压级值如果在1dB之内，则可认为实验室内的混响可以接受。将隔声墙体两侧的声压级做平均，可以大致评价墙体的隔声量。分频段的隔声量分析可以更有效地评价吻合频率的出现（见图3）。

最终的评价标准，必须以测试工程师工作位置的声压级是否符合GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》规定的Ⅱ类场所要求为最终评价标准。

6 结语

实验室隔声能力要求较高的墙体应进行专业隔声设计，设计应遵循等透射原则，墙体及安装在墙体上的隔声门、隔声窗以及穿线隔声器的隔声量应大致相等。在墙体隔声能力不足时，过分采用高隔声量门窗，或者不注重穿墙管线的密封，都会造成成本提升，效果很差。

隔声效果良好的隔声门及隔声窗如果不进行专业的安装，安装后的隔声量将大幅降低，实际工程中，门框和窗框与墙之间缝隙的处理是最关键的隔声工程。

在实验室已经建造完成的情况下，无法要求隔声墙两侧的房间均为良好的混响室，混响时间不会太长，因此，无法严格按照国标GB/T 19889.3—2005《建筑构件空气声隔声的实验室测量》进行测量，仅可参照此标准进行粗略评价，最终评价应将测试工程师工作位置声环境是否达到GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》规定的Ⅱ类场所要求作为最终评价标准。

【参考文献】

【1】吴硕贤.建筑声学设计原理[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

【2】马大猷.现代声学理论基础[M].北京：科学出版社，2004.

【3】马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京：机械工业出版社，2002.