住宅门门底密封条隔声改善性能研究

李圣明，王鹏军，黄程伟，谢晓东

(1. 上海建科检验有限公司，上海201108；2. 国家建筑工程材料质量监督检验中心，上海201108)

0 引 言

近年来，出于对噪声防护与语言私密性的需求[1]，人们对住宅建筑的隔声性能越来越重视。隔声性能差的住宅更容易受到外界噪声的侵扰，长期生活在噪声水平高的住宅内，会使居民受到心理甚至生理上的损害。房间的隔声性能需要全部的围护结构共同作用，一旦出现隔声的薄弱环节，则可能导致整个房间的隔声效果大幅下降。

门作为住宅中最常见的可活动建筑部件。由于其特殊的可开启和可通行的需求，门的密封性能成为了制约门隔声的主要因素。门扇两侧与顶部，通过橡胶密封条，可以较为方便地增强其密封性能。而出于安全等因素[2]，住宅门通常不设门槛，这样就会使门底产生一定的缝隙，尽管这个缝隙一般在几毫米至十几毫米之间，但会极大的影响门的隔声性能[3]。除了带有门槛的专业隔声门和具有自落门底的高端门，普通住宅门对门下缝的密封都普遍没有约束，一旦出现了隔声性能差的问题，则难以解决。崔程勋[3]对门缝不做处理时的漏声情况进行了研究，验证了Gomports公式在门+门缝整体隔声计算中的准确性。Hongisto[4-5]等对木门和铁门在不同密封形式下的门缝漏声进行了研究，优化门扇企口等措施可以对门的隔声密封性能起到帮助。对于住宅门，一般不会采用这类专业的门缝处理手段，而是会选用市场上常用的门底密封条进行简单的处理，这类门底密封条的隔声改善性能，对于住宅门的隔声优化具有重要的意义。

1 门扇与门下缝的传声原理

声音分别通过门扇和门缝传播，令门缝的透射系数为τ1，面积S1，门扇的透射系数为τ2，面积S2，则整个门系统的隔声量R可表示为

门扇的透射系数可由式(2)与式(3)获得，或通过实验室检测数据得到。式(2)为隔声质量定律的经验公式，当隔声构件为单层均质薄板时，该公式具有很好的实用性[6]。

式中：m为门扇的面密度，单位kg·m-2；f为频率，单位Hz。

其中，门扇的透射系数τ2可由实验室检测得到，而门缝的透射系数，可根据Gomports的矩形缝隙透声系数理论计算得到[7]，矩形缝隙的透射系数τ1可表示为

式中：X=d/w(d为缝隙的深度，w是缝隙的宽度，单位m)；K=kw(k为波数)；p为入射声场的特性参数，混响声场时 p=8；n为缝隙位置参数，门下缝对应的n=1；e表示末端修正，可表示为

2 实验设计

根据国家标准《声学建筑和建筑构件隔声声强法测量第2部分：现场测量》(GB/T 31004.2-2014)中的方法[8]，对一扇普通木门进行了隔声效果检测。木门尺寸为800 mm×2 000 mm，门扇与门框之间使用了橡胶密封条进行了密封，门洞龛深为 15cm。门下缝隙尺寸为800 mm×12 mm，门扇厚50 mm。实验室采用两轴位移控制器与爱华声强测量系统，实现了扫描法与离散点法的全自动控制检测，降低了测量时间，提高了位置精度。为了更显著地看出木门缝隙漏声现状与密封条处理效果，本次测量采用离散点法，并根据离散测量结果绘制了隔声分布图。实验中，每个离散点之间相距 10 cm。初始点距门框一侧 5 cm，距地面 5 cm，每个测点测量时长为20 s。每种工况共计测量133个离散点。

3 门下缝透声研究

门下缝在不做处理时，透声系数可采用Gomports的理论公式进行计算。本次实验门扇的面积为 160 dm2，门下缝的面积为 0.96 dm2，面积比为 167倍。在使用式(1)的综合隔声量公式进行验证时，大量通过门扇透过的声能将参与计算，从而弱化了验证实验的效果。利用声强法获得的离散隔声量结果，选取适当的参与计算的门扇面积，可以降低该问题的影响。

根据不做处理门缝隔声检测结果，将隔声量比门中心位置低9 dB及以上的区域，视作受门缝漏声影响大的区域。利用这些区域得到的离散声强检测结果，计算得到该区域内，主要受门下缝透射声能影响的隔声量实验检测结果R′slit。在理论计算中，因为选择区域的总透射声能主要是门下缝透射声能贡献的，因而可以忽略门扇的透射声能，令τ2=0，门缝附近隔声量可由式(6)确定：

式中，Rslit表示比门中心区域隔声性能低9 dB区间的隔声量，Sslit表示比中心区域隔声量低9 dB及以上区域的面积。τ1为Gomports理论得到的门下缝透声系数。

与声压法(GB/T 19889.3-2005)隔声检测[9]过程中利用门扇+门缝的整体隔声量来预估结果的方法相比，本方法在离散点声强法检测的基础上，对门下缝影响的范围进行了限定，减小了计算过程中门扇透射声能的影响，提高门缝漏声在计算中的权重，从而提高理论公式验证精度。同时这种验证方法不需要对门扇进行单独的隔声检测，对实验条件要求也相对较低。将该方法获得的理论结果Rslit与试验结果R′slit相比较，结果如图 1所示，可得Gomports的缝隙透声理论在125～4 000 Hz间具有较高的精度。在除 2 500 Hz附近的共振频率外，平均偏差2～3 dB。而在2 500 Hz附近的共振区域出现了较大的偏差，使理论结果比实际结果要低10 dB以上。崔程勋[3]的研究中也发现了类似的问题。一个可能的原因是公式中缺少阻尼因子导致的，阻尼的引入可以有效地平缓共振频率的峰谷现象[10]，适当地增加阻尼的影响，可以使理论值更加符合实验结果。

图1 门缝隔声理论与实验结果对比Fig.1 Comparison between theoretical and experimental results of the sound insulation of door slit

4 门底密封条隔声改善效果研究

在验证完Gomports的理论模型后，采取门底密封条对门缝进行了处理，实验中分别采用单层橡胶门底条、贴地门底压条、防鼠门底毛条、发泡棉门底密封条、多层橡胶门底条和门底毛刷条对门缝进行试验，各自图片、类型、特点如图2和表1所示。

表1 实验用6种门底密封条的安装方式与特点Table 1 Installation method and characteristics of the six kinds of sealing strips

图2 实验中采用的6种门底密封条Fig.2 Six kinds of sealing strips adopted in experiment

采用声强法分别对6种门底密封条的隔声性能进行检测。并根据6种门底密封条的检测数据(低频 125 Hz、中频1 000 Hz、高频4 000 Hz和A声级的离散隔声量数据)进行隔声效果分布图的绘制。和总体隔声量检测方法相比，采用这种检测方法可以更加直观准确地观察到缝隙对构件隔声效果影响。同时，通过观察和分析，能够为改善门底密封条的隔声性能带来了更好的帮助。图 3～6为门缝不作处理与采用6种隔声密封条时的离散隔声分布情况。令单位面积的入射声能为 1，则总透射声能W可用式(7)来反映：

图3 门底密封条低频(125 Hz)隔声分布图Fig.3 Sound insulation distribution at low frequency(125 Hz)after installing the sealing strips at the bottom of the door or not

式中，Ri为隔声分布图所示隔声量，单位dB；Si为Ri所对应的区域面积。

式(7)中的区域应选择主要影响范围，即隔声量应显著小于门扇中央位置隔声量的区域。利用该公式，可以明确每个门底密封条的透射情况。

图3为低频125 Hz时的隔声分布情况。低频声波的衍射能力最强，因而门缝透声的影响范围也最大，在门底60 cm以上的区域仍能明显地看出其隔声的渐变情况。根据其隔声分布情况，低频125 Hz在使用门底密封条之后，缝隙处的隔声量有 1～4 dB的提升。其中发泡棉门底密封条低频提升效果最好，提高了近4 dB。单层橡胶门底条的提升效果最差，仅提高1 dB。其他四种密封条对低频的提升效果接近。

图4为中频1 000 Hz时的隔声分布情况。相比于低频时的声波衍射情况，中频的衍射现象显著下降，在门底30 cm左右的区域，便不再有显著的隔声渐变现象。中频隔声表现最佳的仍是发泡棉门底密封条，缝隙处隔声量提升约7 dB，其他的门底密封条隔声量提升约3～4 dB。

图4 门底密封条中频(1 000 Hz)隔声分布图Fig.4 Sound insulation distribution at mid frequency(1 000 Hz) after installing the sealing strips at the bottom of the door or not

图5为高频4 000 Hz时的隔声分布情况。与中频相类似，在门底30 cm以上的区域，已经不能显著地观察出隔声的渐变情况。使用发泡棉门底密封条密封后，已经看不出下缝漏声的迹象。防鼠门底毛条、多层橡胶门底条和门底毛刷条在高频都有着良好的隔声表现，在门缝的中心区能够提高 8 dB左右的隔声性能。而单层橡胶门底条和贴地门底压条的改善性能仅有1～3 dB。

图5 门底密封条高频(4 000 Hz)隔声分布图Fig.5 Sound insulation distribution at high frequency(4 000 Hz) after installing the sealing strips at the bottom of the door or not

图6为A计权声级的隔声情况，反映的是门内外综合声衰减的分布。所有的门底密封条都对隔声有一定的改善，缝隙处的改善量在 2～6 dB，表现最好的仍是发泡棉门底密封条。表现较差的是单层橡胶门底条。

图6 门底密封条A计权(125～5 000 Hz)隔声分布图Fig.6 A-weight sound insulation distribution (125～5 000 Hz)after installing the sealing strips at the bottom of the door or not

图7是不作处理与分别使用6种门底密封条后的门总体隔声量情况。结合图3～6与图7所表现的隔声效果，每种门底密封条对门的隔声性能都有一定的优化作用，但各自作用的频率、影响范围都有所不同。

图7 几种门底密封条整体隔声效果Fig.7 The overall sound insulation effects after installing the sealing strips at the bottom of the door or not

单层橡胶门底条的结构简单，由单层橡胶组成，其本身的隔声量偏低，同时在门扇开关移动的过程中，会向内外翻折，形成一定的缝隙无法填补，使之在2 000 Hz附近出现了一定的由缝隙漏声引发的共振现象；多层橡胶门底条本身的构件比单层橡胶门底条的隔声效果更好，多层橡胶门底条选用了质地更加坚硬的橡胶，门开关移动后，不会形成较大的侧缝，因而侧缝引起的共振现象得到了改善。对比单层橡胶门底条与多层橡胶门底条，也可以看出门底密封条本身的隔声性能在门下缝隔声改造中起到关键的作用。多层橡胶门底条分别由双层和三层橡胶组成，面密度约是单层橡胶的2倍，根据式(2)计算可得，多层橡胶门底条的隔声量比单层橡胶密封条高 5 dB。实测采用多层橡胶门底条情况下，隔声量比单层橡胶门底条隔声量高2～3 dB。

贴地门底密封条安装在门底，其顶部与门扇的底部接触并不紧密，且贴地门底密封条本身是由软质橡胶制作，其本身隔声量偏低，但贴地门底密封条在1 000～3 150 Hz的区间内具有很好的隔声优化表现，在门下缝较小时，该密封条应有更好的隔声效果。

防鼠门底毛条和门底毛刷条在其底部均有毛刷的构造，其在各频段的隔声优化表现也十分相似。门底毛刷条具有一定的高频吸声效果，在中低频时，由于声波衍射现象，毛刷条不能有效地反射声波，而高频时可以阻挡声波的透射，同时吸收一部分声能，因此这种带毛刷条的门底密封条的中低频表现一般，高频时的隔声改善效果较好。毛刷类的门底密封条，看似密封效果不佳，但对隔声仍能起到一定的改善效果。对比防鼠门底毛条和门底毛刷条，两者分别在门缝底部留有5 mm和12 mm的毛刷镂空高度，刷毛密度相近。两种毛底密封条的声能透射系数相近，可见毛刷类门底密封条的隔声改善性能与毛刷的高度关系较小。

发泡棉密封条由两个圆柱形的发泡棉组成，独特的结构使其夹在门底时，得到了很好的密封效果，发泡棉本身也具有良好的吸声效果[11]，声波在透过发泡棉时，大量转化为热能，透射的声能得到了极大的衰减，该材料在全部的实验样品中隔声改善效果最佳。

5 结 论

本文对6种门底密封条的隔声改善效果进行了研究。门底密封条的隔声改善与其密封性能、吸声性能和本身的隔声量都有关。其中多孔类材料的隔声改善效果表现优秀，隔板类的表现较差，毛刷类、复合类的表现尚可、门底压条类的表现一般。普遍表现为低频改善量差，中频一般，高频较好。总体隔声改善效果在 2～6 dB，不同门底密封条在一些特定频率的改善效果甚至高于6 dB。

住宅及家用用途中，选择这类门底密封条提高隔声量时，不仅需要考虑隔声改善情况，还需要根据美观性、开关便捷性、安全性和价格因素等各方面进行综合考量。