发布时间:2023-09-10 19:46:16 来源:新闻中心
新搬到一个公寓楼,窗户对面就是铁轨,每天二十四小时都有火车经过。房间的窗户有内外两窗,外面那扇已经是双层玻璃了。但是每天火车经过还是很吵,尤其是鸣笛声…
当汽车轮胎与马路摩擦、汽车鸣笛、或者汽车飞驰时,它们的振动会引起介质——空气分子有节奏的振动,使周围的空气产生疏密变化,形成疏密相间的纵波,这就产生了声波,此现状会一直延续到振动消失为止;
无处不在的空气、或者耳朵贴在玻璃上,声音靠介质传播,气体、液体和固体都可以传播声音,唯独真空不能传声;
频率:频率的大小与我们一般所说的音调高 / 低对应(单位赫兹 Hz,人耳能听到的波段为 20~20000 Hz,200~6000 Hz 为中频,人耳最敏感的是 500~8000 Hz,交通噪音使人难受的噪音频段集中在 125 Hz~750 Hz 之间);
日常生活中,分贝(dB)经常用作为表征声压级SPL(Sound Pressure Level)的大小;
因为当用分贝表示声压级的大小时,表征起来更方便,人耳可听的声压幅值波动范围为 2×10^-5 Pa~20 Pa,用幅值 dB 表示对应的分贝数为 0~120 dB;
《声环境质量标准》(GB 3096-2008)中,对各类环境功能区做出了噪声限值:
小知个人的一些实际经验,用分贝仪去测几个环境:离铁轨、轻轨几十米的地方,火车奔驰鸣笛而过,轻轨让人感受到震感,大致的分贝数在 80~90 dB 左右;繁华马路,高架车流,广场舞音乐大致的分贝数为 70~80 dB 左右;
室内正常的安静环境下,大致 40 dB,非常非常安静才能控制在 40 dB 以下;
声音能被听到的因素有很多,包括振幅、频率、频谱包络、时域包络等客观量,每个人对声音的接受程度也不同,还包括听者的主观情况(如年龄、敏感程度);
(△ 图片来自《什么是分贝dB》,知乎作者linmue-谭祥军,该文章首发于「模态空间」公众号;)
家装门窗玻璃中,「中空玻璃家族」在隔热、保温性能方面独领风骚(中空玻璃、中空 Low-e、三玻两腔等),但在隔音方面,夹胶玻璃的地位更出众一些。
质量定律是指当材料已经决定,为增加其隔音量,唯一的办法是增加其厚度,厚度增加一倍,质量就增加一倍,隔绝声音的效果也能得到较大增强;
而回到玻璃,则能佐证同玻璃单片厚度,三玻两腔隔音能力肯定比中空玻璃出色,双夹胶玻璃肯定比单夹胶玻璃出色;
每种玻璃都存在着隔音性能的吻合效应,即存在着某频段的声波能很轻易地穿透玻璃,降噪与振动控制的目的是——寻找吻合效应的声波频率不在需要降噪的频段范围;
例如下图,中空玻璃的吻合效应出现在了中低频段,故隔绝交通噪音的能力相对偏弱,夹胶玻璃的吻合效应出现在 3000 Hz 左右,远离了中低频的交通噪音,因此对交通噪音有着不错的表现;
ps:夹胶玻璃隔低频音较好也有胶片层有阻尼效应来解释,自己觉得阻尼效应或吻合效应都合理,但没有查到两者谁先谁后,是不是同一意思的资料;
介绍完两个重要的原理,在加之前文声音传递的原则,中空、夹胶、单层中空夹胶、双夹胶、线 种玻璃隔音的比较,便能通顺的理解(说得通):
中空玻璃,其隔音性能与主要和玻璃材质、厚度有关,同时也受中空层、气体影响(空气传播距离长度、气体成分的分子量大小影响声波衰减程度);
夹胶玻璃,其隔音性能与主要和玻璃材质、厚度有关、胶片层带来的吻合效应吸收低频噪音有关,同时也受胶片层厚度、材质影响;
夹胶中空玻璃肯定比上述两块玻璃厚度大(同单片玻璃厚度前提下,多了一片),且有夹胶玻璃隔音优势。双夹胶中空玻璃同理;
真空玻璃,利用真空环境缺少介质而不能传递声波的原理进行隔音,理论上可以完全隔音(但因为生产的全部过程中添加的透明支撑底座的存在,相当于固体介质,为声波的传递提供了捷径,故并非真正隔音的玻璃);
下图左为美国河岸声学试验室 (Riverbank Acoustical Laboratories) 的检验测试的数据(其中 1 英寸 ≈ 25 mm,即 1/ 4 英寸 ≈ 6 mm,0.03 英寸 ≈ 0.38 mm,及 STC 为传声级, RW 为计权隔声值;)
如真空玻璃虽然理论上可以完全隔绝噪音,但它并不被作为常规隔音玻璃使用,原因一是价格高昂,二是玻璃与玻璃、玻璃与门窗型材间是存在大量支点的,其隔声能力实践应用并不出色;
如夹胶玻璃虽理论上去做多层,其隔交通噪音效果会更好,但同样也较少应用,原因一是玻璃自重问题,二是夹胶玻璃没有中空层,玻璃保温效果不佳,家装通常都建议搭配一道中空玻璃去选用;
如人耳对声音的主观感知度(敏感度),隔声量提高 10 dB,听觉感知相差一倍,会感觉噪音降低了一半;提高 5 dB,听觉可明显感觉到有差别,无论听觉是否灵敏;提高 3 dB,听觉可能感觉到有差别,因人主客观感受而异;提高 1 dB,人耳几乎不可察。 这提示我们如果要提高玻璃的隔声效果,花费的代价是很大的,且没有特殊要求下,没有必要去追求 1 dB 的差别,换句话来说,夹胶玻璃胶片厚度或胶片材质、中空玻璃空气层厚度、中空玻璃填充惰性气体、提升玻璃单片厚度或做不等厚等这些理论上能提升隔声效果的手段,有则最好,但要分清主次;
综上,隔音玻璃的选择,首先选定玻璃总体配置,不以低频噪音为主选三玻两腔;
而墙之所以有这么好的隔绝声音的效果,说到底,就是它「厚重」、「密实」,这也给门窗隔音带来了些许启示,是不是门窗往「墙化」,也能得到更优秀的隔绝声音的效果呢?
这份门窗隔音研究通过实测数据发现:70 系列窗比 60 系列窗隔声量提高约 2 dB;(▽ 下图 1-3 —《不同结构型式与参数单层窗隔声性能测试分析》— 3.2 窗框型材影响)
单层的平开窗,隔声性能在 30~36 dB 左右,单层的推拉窗,隔声性能在 20~30 dB 左右,双层窗(多种窗型组合方式)隔声量均在在 40 dB 以上;
通过双层窗实现门窗「增厚」,对门窗隔音量有显著提升效果(▽ 上一个研究 + 下图 4-6 —《不同构造参数双层窗隔声性能测试研究》之间的门窗隔音实测数据对比);
可见因为结构导致有密封缺点(漏风点)的推拉窗隔绝声音的效果不如平开、内开(内倒)等窗型;
对于消费者来说,面对极端极端噪音环境相对较少(飞机、铁路),大部分噪音困扰还是来自马路、广场等环境(25~30 dB 左右)。
和已经砌好的、严实的、安静地呆在那里不动的外墙相比,门窗上墙使用有三道「密封关卡」:
选外开、或者内开(内倒)产品:外开、或者内开(内倒)产品密封结构「先天」比推拉门窗好,这已经算是常识了,就不多赘述拉。
选带中间胶条的:中间胶条和隔热条的「凸起」搭接(最常见。也有和铝材搭接的),形成了新一道密封。
这道密封,将框、扇间的腔室分成了气密腔室、水密腔室,从而使门窗的密封结构更完整合理,门窗密封效果理论上也更优秀。
带附框(副)、或者转换框的产品,高隔音需求尽量不选:如内开内倒窗加转换框变成的外开窗,带附框的窗纱一体,这一些产品结构往往会有边框漏风或者排水孔漏风隐患。
胶条搭接量多、形变量大的比少(低)的,转角处做好密封(或连接)处理的,密封性能更好:搭接量、形变量就是看门窗锁闭状态时,胶条与框扇间的接触面积和变形面积;连接处理就是看门窗的窗框、扇的转角位置,合页位置是胶条相连的薄弱环节的胶条工艺。其既受产品结构影响,又考验了胶条材料和工厂做工。
如需要胶条品牌或者材质靠谱(材质:三元乙丙 EPDM 、热塑性复合胶条 TPE),如胶条与产品适配度高,如中间胶条设计成软硬共挤,是为了与隔条接触面积更大操作感更好有的胶条遇水膨胀,是为了更好的提高雨天窗扇位置密闭性,如将转角(或合页)截断的端口用胶固定、同尺寸的转角胶条、硫化一体胶条、隐藏合页来提高门窗整体密封性。
除了胶条外,门窗开启扇密封最重要的就是五金,选 2~3 个锁点的,隐藏合页的更能保证窗户密封效果(同时,高隔音需求的房间开启扇不适合做过多)。
插播:也有粉丝问开启扇有五金、有胶条,固定玻璃位置呢?小知以为:固定玻璃位置密封薄弱处也是边部,因为无需涉及开启,打胶(或胶条)靠谱,本身已是在有弹性的基础上做到了密封。至于胶条、槽口位置单薄,现在有许多门窗在该位置有配保温(隔音)棉,其理论上有提升隔绝声音的效果(效果同上篇文章说中空玻璃中空层气体和厚度、夹胶玻璃夹胶层厚度一样,为追求极致的表现)。
工厂做工,首先要保证做工过得去,万万不得出现拼接缝:玻璃、胶条、五金,眼看门窗像墙一样密实了,门窗产品本身可不能出现像组角缝隙(组角不齐、不紧密)、中挺缝(同前)、压线缝(压线少一截)、转换框缝(转换框还是很容易有缝隙漏音的,所以不太建议高隔音时用)、拼接缝(分开的窗框组合整体时有几率,和安装关系更大)。
这些缝隙,主要和门窗的加工精度有关,虽然也能通过后期调试或者打胶解决,但是消费者通过慧眼选择靠谱的门窗加工厂(当然是看门窗有知之前的文章拉),当然最好不过了。
安装缝隙是指门窗与门窗间的拼接缝(如果有),门窗与墙体之间的安装缝隙,这要求门窗首先与洞口尺寸不能偏差太大。
门窗在施工时,框与框拼接处螺丝要拉紧,用到方管、拼条等也要做好密封。如果安装洞口过于「崎岖」,最好先抹平。以及定位发泡剂要打满,定位完成后,一定要拿去定位块(定位木片等),回填留下的缝隙。打胶要做到一丝不苟,严丝合缝。
安装完毕,检查密封胶有没有漏打、少打,摇晃玻璃检查是不是存在间隙过大的问题,检查五金是否调试到最佳状态。
型材材质(本文第一份资料),窗框型材对单层窗的影响较大,塑钢、隔热铝合金(断桥铝)隔声性能接近,塑钢略优于断桥(1-3 dB 左右),别的资料里也有木制门窗(铝木)隔绝声音的效果的对比,效果与塑钢类似,略优于断桥;
这里的原理有材料对声音的衰减程度、「质量定律」、和产品结构中对空腔的运用(主要是塑钢)。
多腔体(还是本文第一份资料),多腔体主要是指代塑钢门窗,其对腔室的合理应用(如市面的 5 / 6 / 7腔室结构),也有理论支持对隔音有贡献(主要是强度,其次是多个空气腔体衰减声音能量);
同理可得,现在比较精良的断桥结构,系列较大时(如 70 / 80 等),也会将材料设计成多腔(也有很多人说,但小知对此暂无研究,也没找到数据或理论)。
以及断桥保温隔音棉、腔体注聚氨酯(最大的作用是提升产品保温性,同时也有挡音的效果),隔热条多腔体(最大的作用还是保温,隔音未知),乃至室内布局(窗帘、地毯吸音)皆是可以研究的方向。
这提示我们如果要提高门窗的隔声效果,花费的代价是很大的,且没有特殊要求下,不必过分追求去追求 1 dB 的差别;
那么,对于大部分消费者而言,选好玻璃、选好门窗密封结构,以及工厂靠谱一点,安装靠谱一点,花费一些时间、金钱代价总能选到自己合适的门窗产品。
极端噪音(铁路等 80 dB以上)情况,追求单层窗极致隔音花费大也不现实,做好做双层窗的准备,尽可能找专业施工团队。
降噪需求恰好在 35 dB 左右,能够尝试做好两手准备,一则准备预算内选更好的门窗产品和玻璃,学习其他隔音知识(室内布局吸音相关),二则发现做完仍不足以满足自己的降噪要求时,上第二道门窗。
蔡乐刚,朱杰,陈洋.不同结构型式与参数单层窗隔声性能测试分析[J].噪声与振动控制,2018,38(1):171-196
朱杰,陈洋,蔡乐刚.不同构造参数双层窗隔声性能测试研究[J].声学技术,2018,37(4):344-349
中国建筑标准设计研究院,《建筑隔声与吸声构造》,08J931,中国计划出版社,2008