对角房间传声机理的研究

对角房间传声机理的研究

罗泽红杨宗筱

罗泽红杨宗筱

深圳市中孚泰文化建筑建设股份有限公司广东，深圳518029

摘要：为了探索对角房间的不同传声路径对房间隔声性能的影响，本文根据统计能量分析的基本原理建立对角房间的SEA模型；并通过建立模型分析和研究对角房间传声路径特性探讨对角房间的主要传声路径；在不同墙体材料和厚度的情况下，理论预测对角房间的隔声量，并根据预测结果提出改善对角房间隔声性能的优化墙体材料，为实际工程提供理论支撑。

关键词：对角房间；传声路径；统计能量分析

1引言

对角房间由于无公共隔墙，其声传递路径主要与楼板、墙体以及构件之间形成的结构节点传声有关，而构件之间节点的传声均以振动形式在固体中传递。声波在固体中传播时，其传播距离较远，因此，其对上下左右的房间的影响范围很广[1]，这就导致对角房间之间仍存在较大的声压级差。目前对于对角房间的隔声量主要采用实测的方法，而实测仅得到对角房间之间的隔声量，无法确定每条传声路径的对房间隔声量的影响。本文采用统计能量分析的方法建立对角房间的计算模型，分析不同传声路径对房间隔声量的影响，预测对角房间的隔声量，提出改善对角房间隔声性能的措施。

2对角房间的统计能量分析（SEA）模型

根据统计能量分析的原理，把对角房间划分为8个子系统，建立相应的SEA模型见图1和2。这个SEA模型中，子系统1、2、3和4均为房间，其中子系统1和3分别为发声室和受声室，子系统5和7为楼板，子系统6和8为内墙。

对角房间之间没有公共分隔墙体和楼板，因此，这类房间就不存在直接传声路径，其声传递路径至少需要经过两个构件组成的一个结构节点，那么，对角房间的所有的传递路径均为侧向传递路径。因此，对角房间的传声路径有四条,分别为：路径ⅠA——房间1-楼板5-楼板7-房间3、路径ⅠB——房间1-楼板5-内墙8-房间3、路径ⅠC——房间1-内墙6-内墙8-房间3和路径ⅠD——房间1-内墙6-楼板7-房间3，其声传递路径主要声传递为板和房间的声辐射传递和板与板之间的十字型节点传递，具体声传递见图1。

随着内墙的材料轻质化，路径ⅠB、ⅠC和ⅠD与路径ⅠA之间的声压级差的差距逐渐增大，这说明随着墙体材料轻质化，其他三条侧向传声路径对房间隔声性能的影响逐渐减弱。这个现象是由于板与板之间的耦合传递会因材料的轻质化而逐渐减弱，也就是随着板材料的的轻质化，板与板之间的声传递将会降低，传声路径的声压级差将会增大，而路径ⅠB、ⅠC和ⅠD的声传递均通过内墙有，路径ⅠA的声传递没有通过内墙，随着内墙的材料的变化，路径ⅠB、ⅠC和ⅠD的声压级差逐渐增大，路径ⅠA几乎不受影响，这就是导致它们之间的声压级差的差距逐渐增大的原因。

路径ⅠA——声传递为房间—楼板—楼板—房间的的路径和路径ⅠC——声传递为房间—内墙—内墙—房间的路径，仅存在一个吻合谷，这是由于楼板（内墙）材料一致，其发生吻合效应的临界频率一致，从而导致两个构件的吻合效应叠加的结果。径ⅠB——声传递为房间—楼板—内墙—房间的路径和路径ⅠD——声传递为房间—隔墙—楼板—房间的路径，存在两个吻合谷，这是由于这两条声传递路径通过的隔墙和楼板材料不同，隔墙和楼板发生吻合效应的临界频率不同，从而形成两个吻合谷。

通过四条路径的吻合谷对比发现，路径ⅠA的吻合谷最小，路径ⅠC的吻合谷最大，路径ⅠB和路径ⅠD的吻合两个吻合谷的叠加值介于路径ⅠA和路径ⅠC之间。这就说明随着声传递路径的通过的材料的轻质化，其吻合谷将会逐渐加深，这将会影响到房间的隔声性能。

随着隔墙材料轻质化，路径ⅠC的吻合效应临界频率和路径ⅠB、和ⅠD第二次吻合效应的临界频率逐渐趋向于高频段，这是由于随着材料的轻质化，其杨氏模量逐渐减小，从而声波在板内的纵向波减小，导致发生吻合效应的频率逐渐增大的结果。

路径ⅠB和路径ⅠD路径声压级差接近，这是由于这两条路径的声传递均通过隔墙和楼板，只是顺序不同，这就造成其路径声压级差相差无几。这说明了侧向声传递路径的声压级差主要取决于构件之间的结构声传递，房间和板之间的声辐射传递影响较弱。但随着内墙的轻质化，这两条路径之间的差距逐渐增大，这是由于随着材料的轻质化，房间的板之间的声辐射传递的影响逐渐加重的结果。

4材料参数对对角房间隔声性能的影响

在低频段，对角房间的隔声性能主要受一阶侧向传声路径ⅠA的影响，而在高频段，四条侧向传声路径声传递均存在影响。然而这些路径的声压级差主要与房间、构件的耦合损耗因子和房间和构件之间、构件和构件之间的耦合损耗因子以及受声室的墙板和楼板的材料和尺寸等有关。耦合损耗因子又主要与材料性质因素有关。因此，本节主要从两个方面，一方面，选择不同墙体材料作为研究对象，分析相邻房间的隔声性能，另外一方面，选择同种材料下，不同厚度的材料作为研究对象，分析对角房间的隔声性能。

4.1不同材料墙体对相邻房间隔声量的影响

对角房间的楼板为200mm厚的钢筋混凝土，内墙分别为100mm厚加气混凝土砌块、100mm厚混凝土砌块和100mm厚烧结普通砖，其隔声量曲线见图6。当对角房间的墙体材料变化时，频率为100-200Hz和频率为500-4000Hz的频段内，随着墙体的材料变化，三种不同墙体组合的对角房间的隔声量几乎相等，仅频率为200-500Hz的频段内存在差异。这说明墙体材料的改变对对角房间的隔声的影响主要频段为200-500Hz的中低频段。在200-500Hz的频段内，内墙为加气混凝土的对角房间隔声量大于内墙为烧结普通砖的对角房间，而内墙为混凝土砌块的对角房间介于两者之间。这说明采用轻质内墙的有利于改善对角房间的隔声量。

4.2不同厚度墙体对相邻房间隔声效应量的影响

选择对角房间的楼板为200mm厚的钢筋混凝土，内墙为普通烧结砖，其厚度分别为100mm、125mm、150mm、175mm和200mm，其隔声量曲线见图7。随着内墙厚度的变化,对角房间的隔声量存在变化的区频段为100-400Hz的中低频内。在频段内，随着内墙厚度的增加，对角房间发生吻合效应的临界频率逐渐也趋向于低频，并且当对角房间的内墙厚度为200mm时，其发生吻合效应产生的吻合谷有所降低，这说明对于对角房间的楼板为重质材料、内墙为轻质材料时，对角房间的内墙的最佳厚度应处于大于175mm。

5结论

1、通过对角房间的传声路径的分析得到，在低频段内，对角房间的主要声传递路径为一阶侧向路径ⅠA，在高频段，四条一阶侧向传声路径对房间的隔声量均有影响，不存在主要传声路径。

2、根据对角房间的墙体材料变化的分析对比，墙体材料的变化对角房间的隔声的影响主要频段为100-500Hz的中低频段，在该频段内，轻质内墙有利于改善对角房间的隔声量；通过不同厚度隔墙的对角房间隔声量分析，对角房间的楼板为重质材料时，其内墙的最佳厚度应为于大于175mm。

参考文献

[1]王季卿.建筑隔声研究的进展[J].噪声振动与控制，2007，5：1-8.

[2]CraikRJM.SoundtransmissionthroughdoubleleaflightweightpartitionspartI:airbornesound[J].AppliedAcoustics,2000,61:223-245.

[3]CraikRJM.SoundtransmissionthroughdoubleleaflightweightpartitionsPartII:structure-bornesound[J].AppliedAcoustics,2000,61:247-269.

[4]R.J.M.Craik.Soundtransmissionthroughbuildings:usingstatisticalenergyanalysis[M].1996.

[5]黄险峰.建筑隔声预测及隔声构件参数选择[D].广东：华南理工大学，2005.