建筑声学在住宅建筑中的应用

◎王晓楠

前言：建筑声学技术近年来逐渐被建筑和室内设计师所重视。建筑声学可细分为吸声、隔声、消声、减振四个分支。根据工程设计施工中不同的需求采用不同的技术手段去进行实施，可有效消除建筑装饰中存在的声缺陷，避免因为声环境不合格带来的工程改造。

一、声学标准解读

标准是科学、技术和实践经验的总结。标准是指引我们设计的指挥棒，明确标准体系将更有力的开展声学设计工作。本栏将重点介绍国家现行声学行业相关标准，如剧场剧院多功能厅使用的GBT50356-2005《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》、体育馆使用的JGJT131-2012《体育场馆声学设计及测量规程》、民用建筑中的GB50118-2010《民用建筑隔声设计规范》以及声环境质量评价GB3096-2008《声环境质量标准》、《医院建筑噪声与振动控制设计标准》等数十项国家标准解读，全面了解声学设计指标，熟知标准可有效匹配业主需要，更好地为工程设计项目服务。

二、建筑声学设计的内容

1.设定各空间的混响时间、音质指标等声学参数指标；

2.声学空间的声环境控制，包括各个厅、堂、室的体型、混响时间、声场分布；对于隔声、隔振、设备与环境噪声控制提出建议；

3.空间尺寸及几何形状的确定；每座容积率的核算；观众厅内吊顶、墙面、舞台的声学构造设计及相关声学参数的复核计算等；

4.对装修设计施工图进行声学审核，提出审核及整改意见；审核暖通空调、消防、照明、舞台灯光音响专业的深化设计，提出声学审核意见；

5.设定项目中使用的材料和声学结构的吸声系数、墙面材料空气声隔声、楼板及浮筑构造的撞击声隔声相关结构；

6.建立三维计算机模型，并进行计算音质参数测量、数据分析、方案声学效果评价、改进声学方案测量。

三、噪声的定义及危害

人们不想听的各种声音都是噪音。噪声危害主要包括：强噪声可引起耳鸣、尖锐耳痛、听力损失和其他耳鸣；在高强度条件下，噪声的干扰会使得人的注意力不能集中，长期下来会影响工作效率；心血管损伤噪声是心血管疾病的危险因素，噪音会加速心脏老化，增加心肌梗塞的频率。无论处于何种环境，都应尽量避免噪声的影响。

四、住宅小区声环境建设面临的形势

交通噪声是高层建筑噪声污染的主要来源。目前，在城市中高层沉降最需要的区域往往是主要道路通过或汇集的市中心，主要交通噪声的标准限值为70dB。但近年来，随着机动车辆的进一步增多，大部分主要道路都已远远越过这一边界。城市道路的增加为人们提供了更便捷的出行路线，但也增加了更多的噪声污染。远离城市中心的机场、海港和内河港口正在向城市居民区靠近，由此形成的铁路噪声、航空噪声和船舶噪声对居民的影响日益突出。城市交通发展带来的户外环境噪声日趋严重，居民深受其苦，投诉与日俱增，尽管各方呼声明显，但实际问题并不能得到有效解决。

城市区域的建筑施工工地，其施工噪声对周围环境的影响也十分强烈，严重干扰周围居民的生活，尤其是住宅窗外紧邻的工地施工，影响更甚。另外，家庭装修施工引起的噪声也不容易忽视。

五、住宅室内声学设计的要求

1.足够的响度。在室内的声学进行设计时，首先要保证能够有一定的响度，这样才能保证室内人员讲话的时候，能够听得到。这样有利于室内人员进行合理的交流，消除一定的沟通障碍。因此，室内的响度应高于室内噪声的5-10dB，同时，又不能过于响亮，否则会使人感觉到特别的吵闹，容易导致人们的心理浮躁。所以，正常的室内住宅的适当响度在60-70dB 之间。

2.室内各点声音的大小应基本一致。另外，要保证室内各个地点的声音大小基本保持一致。还要考虑避免回声、聚焦等方面的缺憾。另外，还可以在室内的墙壁上加入凹凸不平的表面或扩散体，来保证室内声音的响亮和保持声音的大小一致性。所以，使用扩散体的时候，它应当与入射声波的尺寸、波长相适应，频率越低波长越长，其所要求的扩散体的尺寸也越大。在一些较大的客厅可以进行设置吸声的材料或者布置不规则的反射材料，才提高室内的声音质量。

3.有较高的清晰度及最佳混响时间。不同大小的室内环境需要有不同的混响。住宅室内对声音的要求，是要清晰响亮。室内环境的混响时间主要是由设计施工时选择的吸声材料，还有其布置的是否合理来决定的。

4.室内不应受到外界噪音的干扰。住宅是居民用来居住的，一个重要的条件是不能够受到外界噪音的干扰，才能给人们带来一个舒适的居住环境。一个合格的室内住宅设计的声学设计，其应该不能够影响到居民的正常休息，室内设计应该有一定的隔音效果，保证居民的本该享有的生活质量的保障。目前，我国的建筑方面的噪声的标准措施还在制定当中。另外，设计师在进行噪声控制中，应当对各个频带的噪声容许标准，许多国家采用的是百瑞奈尔的NC 曲线，以及ISO 提出的NR 曲线来参考。

六、建筑声学在住宅建筑中的应用现状

声学与建筑之间的关系由来已久，声学对工程建设有很大的帮助。在内外部城市规划中，建设了许多高品质的住宅以及音质优良的居室，提供了大量安静的人居环境。但是，建筑声学依然没有得到足够的重视，许多居室厅堂安静度不够，安逸的生活条件被噪音污染，影响了工程质量和投资效益。

目前，越来越多的住宅小区建设开始追求绿色生态的居住环境，将绿化、水景灯作为环境建设的重点，而较少关注住宅小区声、光、热灯物理环境的建设，以致难以形成整体的生态居住环境。随着时代的发展和人民生活水平的提高，越来越多的人开始从简单舒适的住房向更高的环境要求转变。住宅建筑的声环境已经成为当前城市规划，小区及住宅楼设计中不容忽视的一个问题。

七、常用室内装饰声学施工节点

包含室内装饰工程中龙骨吊装、吸声板安装、灯槽、风口、窗帘盒、检修口、圆弧包柱等节点。建筑装饰工程施工过程中的工艺控制是声学施工效果的基本保证，了解声学工程的施工工艺，在建筑装饰工程的设计工作中，可有助于提升建筑装饰设计效率，避免因为设计前期考虑不周导致出现声学缺陷从而进行的声学改造。

八、建筑声学在住宅建筑中的应用策略

1.建筑材料选择。

建筑材料的选择和构造设计有助于控制噪声，具体如下：（1）分户门应综合考虑隔音、防盗、防火的要求。窗户采用密闭窗框和隔音窗，结合节能设计，提高加工精度，减少门窗间隙。将门窗的隔声性能列为门窗质量的重要评价指标。（2）分户墙采用隔声性能好的材料，单层轻质墙体的加权隔声结构一般低于40dB，不能作为分户墙使用。如一定要用，为了满足隔声性能的要求，必须采用组合结构。（3）楼板必须采取隔声构造以隔绝冲击声。由于板下吊顶（带弹性吊杆）层高较低，对冲击声的隔绝作用有限，必须采取隔声施工措施解决地板冲击隔声问题，可采取在钢筋混凝土楼板上铺设弹性面层、设置浮动地板等隔声措施应作为楼板结构设计的重要内容。（4）家庭影院房间采用特殊隔声处理，并设置钢琴等乐器专用隔声室。

2.住宅小区规划。

根据噪声源现状和发展预测，声环境质量应作为城市总体规划（包括旧城改造规划）中城市规划功能评价的重要指标之一。根据城市设施和对外交通车辆的噪声水平、不同的声环境要求，进行合理的声学分区，合理布置城市道路交通网络，避开城市交通主干道、高架道路、机场和线路，轨道交通。在项目开发初期的选址和图纸设计中，可以从宏观上控制线路居民区的噪声干扰，对周围的噪声源进行测试和分析，对噪声影响进行评价，在社区规划设计中，从声环境角度论证生态居住区建设项目的可行性，声环境指标应作为建设项目审批的内容之一，列为必要的施工程序。

小区规划设计要考虑社区噪声扰民问题，合理安排建筑空间位置，具体为：（1）中小学与居住社区应有足够的防护距离，绿化或其他建筑物的设置应保证不会给居民区带来噪声；（2）锅炉房、冷却塔、变电所等社区配套公共设施不应靠近居民楼；（3）公共固定设施应优先选用低噪声、低振动设备，而一些能够产生噪声、振动的设备应采取消声、吸收、降噪、减振等措施加以控制。

3.加强对噪声源的控制。

目前，随着城市建设的快速发展，住宅区逐渐被建筑工地包围。施工具有施工阶段的周期性、施工过程的突击性和施工机械的高噪声的特点，其造成的噪声对周围生态群落的影响很难控制，降低噪声必须根据具体情况，采取有效措施加强对噪声源的控制。（1）设置声屏障是降低噪声对环境影响的重要手段。环境可能有不同的形式，必须结合地形和经济条件加以利用。例如，现有的绿色土堤被用作地面道路的声屏障，在高海拔道路上使用透明材料制成的隔音屏障，以确保人们的视野开阔，不会影响城市景观。但是修建隔离墙可能需要大量投资，减少噪音的副作用有限，因此必须谨慎使用。（2）绿色植物有助于减少城市噪音的影响。一般来说，常绿灌木和乔木是保证四季都能实现降噪的最重要的栽培方法，但绿化带必须足够宽，才能更好地实现降噪。

九、案例

1.项目概况。

某市音乐厅，建成于1930 年，是全国第1 座音乐厅，也是某市文物保护单位、某市优秀历史建筑。作为某市最早的专业性音乐厅和最重要的市级文化设施之一，也是某市建设“国际文化大都市”重要的文化标志性建筑。2003～20004 年经过整体性平移修缮，扩建了地下室，开发了小厅，新建了西大厅、南大厅作为场馆演出，至此某市音乐厅每年举办500 余场演出，众多的中外著名音乐家、乐团先后登临音乐厅舞台展现艺术风采，某市音乐厅已成为市民不可或缺的音乐“殿堂”与“课堂”（图 1、图 2）。

图1 某市音乐厅

图2 观众厅音乐演出场所

随着高频率的演出，建筑本体、设备设施、声学效果、配套设施设备等方面都出现了不同程度的问题，无法适应更高标准的演出和观演要求，阻碍了音乐厅事业的可持续发展，亟待进行优化调整和修缮。

2.声学问题和技术难点。

（1）亟待解决的问题。

1）改善声学效果，避免大小厅间相互串音与防止外界噪声干扰。

地下室小厅为平移修缮后新增建场馆，位于观众厅大厅正下方。大厅与小厅之间的钢琴运送通道、乐池隔墙及小厅楼板这3 部分是噪声干扰的主要通道，通过楼梯间、门洞等进行噪声传递，使得大厅和小厅在演出时不能同时使用，在演出时互相干扰，影响观众的欣赏体验。

由于门窗等构件的隔声能力较弱，观众厅在演出时经常受到环境噪声的干扰，同时演出的声音也泄漏到周围环境中，产生扰民现象。

2）观众厅声学性能难以满足当下演出需求，影响演出质量并削弱观众观赏体验

观众厅大厅现存的声学问题主要有：混响时间偏短，池座后方早期反射声不足，背景噪声偏高。节奏较慢的古典音乐演出时，混响时间偏短；观众厅墙面、吊顶和舞台音乐罩的扩散能力不足。音乐罩启用时，池座和楼座上各点混响时间空间分布的标准差较大。各类功能用房与观众厅之间存在隔声问题，部分机房的背景噪声也超标，影响观众厅演出和观演效果。

（2）声学改造困难分析。

1）既有建筑声学改造与新建建筑声学设计不同，难度大。建筑声学效果与建筑的空间形制、结构构造、建造材料以及周边环境息息相关。既有建筑声学改造时，要充分考虑既有的结构构造、建造材料等方面的影响和约束，在对既有建筑各项声学参量进行详细检测后，方可根据现有情况进行声学改造。

2）声学改造受文物建筑保护约束比较大。某市音乐厅为文物建筑，观众厅及外立面木门窗都是文物重点保护部位，声学改造过程中，应保护特色部位的形制特征，不得随意改变原有材料、构造和工艺。根据现场声学勘察和声学测量，以及修缮后音乐厅内各空间的功能定位，针对某市音乐厅的大厅和小厅进行声学设计，主要包括噪声控制和音质设计。

3.声学提升关键技术。

（1）场馆功能维持下的结构双层中空整体隔声技术。为了解决小厅和观众厅大厅间的串音问题，改善两厅演出声学效果，满足同时对外演出需求，在观众厅、小厅以及相连空间内设置不同声源点，来查勘声源传递路径。为封堵串音通道，增加大小厅间的隔声性能，对原有结构遗弃洞口进行隔声封堵，在小厅内部新增轻型钢结构，采用120mm 厚压型钢板组合隔声楼板+100mm 厚GRG 石膏板作为隔声墙体，与既有观众厅结构楼板形成双层中空结构隔声腔体，有效阻隔声源串音路径（图3、图 4）。

图3 新增钢结构形成双

图4 新增钢结构现场施工

层中空结构腔体

为了保证大小厅间的隔声效果，原有结构墙体洞口隔声封堵采用100mm 厚加气混凝土砌块+100mm 空腔（空腔内满填120kg/m3 岩棉）+200mm 厚加气混凝土砌块；在隔声腔体上部观众厅大厅楼板底部喷30mm 厚无机纤维吸声材料，下部组合隔声板上铺设100mm 厚泡沫玻璃；隔声墙体GRG 石膏板密度不得小于80kg/m2，在小厅外围墙体与内层GRG 墙体门洞位置处增砌200mm 厚加气混凝土砌块，构成声闸，并做吸声处理。

（2）文物特征维持下的老式木窗隔声性能提升技术。

外立面木门窗为传统柚木门窗，窗户为单层玻璃。木窗翘曲变形加之既有单层玻璃隔声性能低，使得外立面柚木门窗隔声效果不理想，无法满足一流剧场声学演出需要。但作为文物重点保护部件，木窗具有较高的文化价值和保护需要，原有木窗无法更换成现代隔声窗，仅能在维持木窗原有特征下进行声学改善提升。

在对木窗构造进行剖解和分析的基础上，通过更换原有窗玻璃和提升木窗的密封性能，来整体提升木窗的隔声效果。将原有单层玻璃更换成3+6+3 中空玻璃，考虑到原窗木芯安装玻璃厚度不变，重新定制柚木角条进行玻璃固定；在木窗框四周企口夹角处开设3.5mm×4.0mm 凹槽，安装棕色硅胶PVC 密封条，实现防水保温、密封隔声的功能。在窗扇上下冒头端部嵌入铜板，加固提升木窗扇整体性能，并对木窗饰面进行保护性修缮，通过去除原损伤木漆面，涂刷木蜡油来保护饰面纹理，恢复木窗原有历史原貌。

（3）保护空间风貌保留下的观众厅隔声木门隔声升级技术。

观众厅场馆四周共设有8 处疏散通道，安装隔声木门与外部空间进行分隔。作为观众厅与外部空间的首道隔声木门，经现场查勘和声学检测发现：场馆木门的材质相对疏松，隔声性能不理想；木门套四周的护墙板与墙体之间未进行有效封闭，存在漏声空腔，场馆木门的整体隔声效果不佳。

隔声木门形制尺寸和风格不容改变，为保证观众厅整体风貌特征及满足场馆隔声需要，按照场馆隔声木门原有式样新做隔声门。在新做隔声门底部安装升降式隔声密封条，门扇阻口位置安装密封条，在不影响场馆木门使用功能的前提下，进一步加强隔声门的密封隔声性能。

目前，越来越多的建筑需要声学技术，隔音设计是建筑设计的重要组成部分，它涉及许多工程项目的质量和功能以及人们的生活条件和生活质量。为避免建筑工程设计中出现噪音问题，建筑业就要加强对建筑声学的管理力度，为社会创造更多的隔音空间和更安全的生活环境。