几种轻质隔墙隔声性能研究

何婉艺, 于佳佳, 吴文杰

[摘要]研究了4种轻质隔墙加入吸声材料、以及加入吸声材料后再加上阻尼隔音毡的隔声特性与计权隔声量，在实验室测试了9组轻质隔墙，并用Insul模拟了37组不同的工况。研究结果显示加入吸声材料对这几类轻质隔墙的影响甚小；在有吸声材料的基础上再加入阻尼隔音毡对灰渣空心板、聚苯颗粒夹芯板隔声量有一定提高，可以考虑作为改善室内声环境的材料。

[关键词]轻质隔墙; 隔声; 吸声材料; 阻尼隔音毡

[中国分类号]TU55+1.39                         [文献标志码]A

0引言

近年来噪声问题日益显著，噪声投诉居高不下。据全国“12369环保举报联网管理平台”举报情况，噪声污染举报比例逐年上升，由2017年的34.9%到2019年的38.1%，主要集中在交通噪声、建筑施工噪声、生活噪声和工业噪声等方面。噪声使人们不能安睡、无法集中精神工作学习，并且整日处于噪声的干扰之中会令人产生烦躁、焦虑等负面情绪。由此可见，噪声对人的危害是多重的，不仅仅体现在打扰人的正常工作生活等方面有时甚至还会引起人心理和生理上的疾病。

在传统的高层建筑内，室内的分隔墙是钢筋混凝土或砌体砖块，具有较高的隔声性能。随着建筑技术、工艺、产品的不断发展，轻质隔墙作为一种新型建筑内围护结构构件，具有墙身自重輕、可增加建筑使用面积、可回收利用、低能耗、可规模化生产、提高建筑施工效率等优点，适应城市化进程的脚步，在我国得到了快速发展，且在大中城市得到广泛应用。但根据质量定律，轻质隔墙因其质量轻的特点，隔声性能较差，一直困扰建筑设计者与住户。如何有效提高轻质隔墙的隔声性能，如何解决轻质隔墙低频共振与中高频易出现“吻合效应”是推动轻质墙发展的关键技术问题［1］。

目前已有研究者针对部分轻质隔墙进行了研究，包括传统的石膏板、纤维板等［2-3］材料进行隔声性能研究，但对于轻质隔墙隔声性能数据的收集工作尚不完善，相当一部分新型材料缺乏可靠的隔声测试数据。对于常用的轻质隔墙蒸压加气混凝土板、改性石膏空心板、灰渣空心板与聚苯颗粒夹芯板实验室隔声性能研究尚少。

本文首先在实验室对这4种轻质隔墙进行测试，随后以实验数据为基础，通过隔声计算软件Insul模拟出不同构造形式对其隔声性能的影响并加以总结，为设计师提供参考和依据。隔声计算软件Insul可以分析隔墙对于声音传播的隔声性能（包括撞击声隔声和空气声隔声）。软件支持逐层定义构件组成情况，包括墙体主结构、龙骨连接形式、空腔填充材料、表面吸声材料、夹层玻璃（或双侧、三层玻璃）等，输出结果包括1/3频带隔声量、隔声单值评价量、频谱修正量的结果。Insul在隔声计算中考虑了非常重要的小尺寸建筑构造的低频声透射效应。根据与测试数据的比较，对大部分建筑构造，Insul的传声等级STC（Sound Transmission Class）估算值在3dB的误差之内。因此选用Insul作为与实验室数据测试对比的隔声模拟软件。

1隔声实验测试概要与模拟对比设计

1.1隔声实验测试概要

本实验中单层轻质隔墙构件的隔声量测试在四川省建筑科学研究院有限公司建筑能源与环境研究院隔声实验室测试。一般测试隔声量的方法为混响室法和驻波法，但由于实际测试过程中室内声场一般是完全扩散，声波是无规入射，因此混响室法测量的数据更加接近于真实值，根据GB/T 19889.3-2005《声学—建筑和建筑构件隔声测量第3部分： 建筑构件空气声隔声的实验室测量》［5］规定，对实验中轻质隔墙测试构件的面积为10 m2，厚度在90～200 mm之间，声源室面积为17.2 m2，接收室面积为18.6 m2，符合上述标准。使用岩棉对试件周边与测试洞口之间的缝隙进行填塞后用砂浆密封，实验总共用了蒸压加气混凝土板、改性石膏空心板、灰渣空心板与聚苯颗粒夹芯板4种不同类型的板材，其厚度与面密度见表1。采用1/3倍频程对其隔声量进行分析，在此常用频率范围内的中心频率分别为100 Hz、125 Hz、160 Hz、200 Hz、250 Hz、315 Hz、400 Hz、500 Hz、630 Hz、800 Hz、1 000 Hz、1 250 Hz、1 600 Hz、2 000 Hz、2 500 Hz、 3 150 Hz。

1.2隔声实验结果与Insul模拟结果对比

为验证Insul作为模拟软件的准确性，我们用Insul模拟表1中代号1-1～1-9条板的隔声性能，与实验测室数据做对比，验证模拟数据与实验数据是否相符。模拟示意图见图1，图1中是模拟代号1-1 100 mm厚蒸压加气混凝土板，模拟过程为首先在软件材料库中选择蒸压加气混凝土板与其面密度，通过建筑构造类别设置为墙体，层数设置为1层，最后设置厚度为100 mm，其计权隔声量模拟结果为Rw42 dB，粉红噪声C为-1 dB，交通噪声Ctr为-5 dB。

模拟代号1-1～1-9轻质隔墙的隔声量见表2。

由表2可知，这4种轻质墙模拟计权隔声量与实验计权隔声量相对误差在0～1dB，基本一致；粉红噪声C与交通噪声Ctr的修正量偏差较大，其原因是在实验情况和模拟情况都有不可避免的误差，关于这两个修正量的偏差可以忽略不计，通过绝对误差的结果，证实了Insul作为模拟软件的可靠性。

1.3Insul模拟工况设计

实验选取了4种类型轻质隔墙共9组，其中蒸压加气混凝土板3组、改性石膏空心板2组、灰渣空心板2组以及聚苯颗粒夹芯复合板2组，厚度90～200 mm，面密度76～152 kg/m2，模拟所用吸声材料是玻璃棉干密度为24 kg/m3，其厚度选取25 mm、50 mm、75 mm、100 mm，再加上阻尼隔音毡干密度为640 kg/m2，隔音毡厚度取25 mm、50 mm、75 mm、100 mm，组成37组不同工况。

2隔声实验及模拟分析

实验阶段是针对4种轻质隔墙进行隔声测试，模拟阶段分2个步骤，先模拟加上吸声材料，分析其隔声量的变化；再加上隔音毡，分析其对加入吸声材料厚轻质隔墙隔声量的影响。

2.1轻质隔墙实验隔声量分析

图2～图5是4种单层轻质板构件实验隔声量1/3倍频程曲线，图6是实验室测得的计权隔声量曲线。从图2～图5分别可以得到蒸压加气混凝土板共振频率在125～250 Hz之间，吻合谷频率为1 250～1 600 Hz之间；改性石膏空心板共振频率在160～200 Hz之间，吻合谷频率在500～630 Hz之间；出灰渣空心板的共振频率在160 Hz，吻合谷频率在2 000 Hz以上；聚苯颗粒夹芯复合板共振频率在160～200 Hz，吻合谷频率在630～1 000 Hz。因此得出这4种轻质隔墙固有频率都在250 Hz以下，吻合频率分布在中高频，需要因不同的材料提出不同的削弱吻合效应的方法。

由图6可以得到实验室计权隔声量为43～48 dB，隔声量随着面密度的增加而增加，但没有出现质量每增加1倍，隔声量增大6 dB的现象［4］。

2.2加入吸声材料隔声量分析

为了研究干密度24 kg/m3的玻璃棉对以上4种轻质隔墙中高频吸声的效果，分别取25 mm、50 mm、75 mm、100 mm厚吸声材料，组成18种不同组合的轻质隔墙加吸声材料的构件，模拟其1/3倍频程的隔声量，表3是加入吸声材料的设计方案及计权隔声量。

选取灰渣空心板90 mm厚的轻质墙组成不同吸声材料厚度的5种构件进行模拟，图7为90 mm厚灰渣空心板隔声量与吸声材料厚度的关系，图8为相应的计权隔声量结果。由图7可以看出加入吸声材料后，中高频的吻合谷消失了，说明玻璃棉这样的吸声材料对于中高频的吸声效果显著，但低频共振没有消除；由图8可知吸声材料厚度从25 mm增加到200 mm总隔声量只增加了2 dB，说明吸声材料对总隔声量的影响小。

图9是25 mm厚吸声材料对这4种轻质隔墙的影响，由图9可以分析得出加入25 mm厚吸声材料后蒸压加气混凝土板在1 000 Hz及以上的中高频声仍然出现了明显的拐点，反而消除了低频共振区域的隔声低谷；改性石膏空心板中频段吻合谷消失了，但3 150 Hz出现吻合谷，在低频区仍旧有共振现象；灰渣空心板在中高频区的吻合谷消失了，低频区出现共振现象；聚苯颗粒夹芯板在高频3 150 Hz出现吻合，在低频依旧出现共振。图10是50 mm厚吸声材料对4种轻质隔墙的影响，由图10得出加入50 mm厚吸声材料后蒸压加气混凝土板在1 000 Hz以上的隔声量呈下降趋势，低频共振区域消失；改性石膏空心板和聚苯颗粒夹芯板在3 150 Hz出现吻合谷，低频区依旧有共振现象；灰渣空心板在低频区出现共振。

综上，加入25 mm厚吸声材料后，蒸压加气混凝土板的吻合效应没有改变，但对改性石膏空心板、灰渣空心板及聚苯颗粒夹芯板的中高频隔声低谷有改善作用；加入50 mm厚吸声材料后隔声量没有明显改善。

2.3加入阻尼隔音毡隔声量分析

本小节接着研究加入阻尼隔音毡对加入吸声材料后的轻质墙的影响。为了研究干密度为640 kg/m3的阻尼隔音毡对以上4种有吸声材料的轻质隔墙的影響，只取4 mm厚的阻尼隔音毡。但为了研究阻尼隔音毡厚度与轻质隔墙的关系，将90 mm厚灰渣空心板分别与4 mm、8 mm、12 mm、16 mm及20 mm厚的阻尼隔音毡进行模拟，总共得到19种不同组合的轻质隔墙加吸声材料的构件，模拟其1/3倍频程的隔声量。表4是加入吸声材料及阻尼隔音毡的设计方案及计权隔声量。

图11为90 mm厚灰渣空心板隔声量与阻尼隔音毡厚度的关系，图12是相应的计权隔声量结果。由图11可以看出加入阻尼隔音毡后，低频共振、中高频吻合效应都得到了改善，由图10可知阻尼隔音毡厚度从0 mm增加到20 mm总隔声量增加了2 dB，4～8 mm增加了1 dB，16～20 mm增加了1 dB，说明阻尼隔音毡对该板各频段是有改善作用的，且8 mm厚的阻尼隔音毡是比较合适的选择。

图13蒸压加气混凝土板同时加入阻尼隔音毡与吸声材料与只有吸声材料隔声性能的对比曲线，由图13分析可知尽管加入阻尼隔音毡，与只增加吸声材料的隔声特性较为吻合，在1 000 Hz出现隔声量下降的吻合谷，阻尼隔音毡对蒸压加气混凝土板对于吻合效应的改善没有作用。由图14可以看出，加入4 mm厚阻尼隔音毡对蒸压加气混凝土板没有作用，计权隔声量并不会提高。

图15是改性石膏空心板同时加入阻尼隔音毡与吸声材料与只有吸声材料隔声性能的对比曲线，由图15分析可知尽管加入阻尼隔音毡，但对低频共振与高频吻合的改善是不起作用的，低频共振区仍旧在200 Hz以下，吻合频率依旧在3 150 Hz，不过加入阻尼隔音毡后对整体计权隔声量有所提高，由图16可以看出，120 mm厚改性石膏空心板加入25 mm厚吸声材料与4 mm厚阻尼隔音毡比只有25 mm厚吸声材料计权隔声量提高2 dB，而120 mm厚改性石膏空心板加入50 mm厚吸声材料与4 mm厚阻尼隔音毡比只有50 mm厚吸声材料计权隔声量提高1 dB，200 mm厚的板在加入隔音毡后计权隔声量没有变化。

图17是灰渣空心板同时加入阻尼隔音毡与吸声材料与只有吸声材料隔声性能的对比曲线，由图17分析可知加入阻尼隔音毡后对解决低频共振现象和吻合效应都是有用。由图18可以看出，90 mm厚改性石膏空心板加入4 mm厚阻尼隔音毡与吸声材料与只有吸声材料计权隔声量相比没有变化，而120 mm厚改性石膏空心板4 mm厚阻尼隔音毡比只有吸声材料计权隔声量提高1 dB。

图19是聚苯颗粒夹芯板同时加入阻尼隔音毡与吸声材料与只有吸声材料隔声性能的对比曲线，由图19分析可知加入阻尼隔音毡后对解决低频共振这一现象是没有用的，解决墙厚偏小的高频段吻合效应有效果，但墙厚较大的就没有用了。由图20可以看出，150 mm厚聚苯颗粒夹芯板加入4 mm厚阻尼隔音毡后计权隔声量相比没有变化，而200 mm厚聚苯颗粒夹芯板加入4 mm厚阻尼隔音毡计权隔声量提高1 dB。

3结论

本文研究了4种轻质隔墙加入吸声材料及阻尼隔音毡后的隔声特性与计权隔声量，由实验及模拟结果，可以得到结论：

（1）4种轻质隔墙，即蒸压加气混凝土板、改性石膏空心板、灰渣空心板、聚苯颗粒夹芯板，均在低频发生共振现象，在中高频发生吻合效应，只是发生的具体频率有略微区别，但总体是符合轻质墙的隔声频率特性，且面密度增大1倍时隔声量并没有增大6dB，因此轻质墙的隔声特性是不符合质量定律的。

（2）在轻质隔墙表面附上吸声材料对隔声量的影响有限，效果不理想。对蒸压加气混凝土板来说，加入吸声材料对其低频声影响较大，中高频依旧发生吻合效应；对改性石膏空心板、灰渣空心板、聚苯颗粒夹芯板来说加入吸声材料对其中频声的改善较为明显，但低频及高频区依旧出现隔声低谷。玻璃棉在多本书中提到对中高频的吸声效果明显，但在对蒸压加气混凝土板的模拟中发现，玻璃棉对该材料的低频有明显的改善作用，因此之后可以推进玻璃棉对蒸压加气混凝土板的研究，并对同一种类型的材料进行研究，探究玻璃棉是否对不同材料有不同频率的改善作用。

（3）在轻质墙材附上吸声材料后加入4 mm阻尼隔音毡，发现4 mm阻尼隔音毡对蒸压加气混凝土板无影响；对改性石膏空心板隔声特性无影响，但计权隔声量会有所上升；对灰渣空心板的隔声特性有所改善，解决了低频共振与高频吻合，但对总体的计权隔声量不一定有用；对聚苯颗粒夹芯板的隔声特性没有影响，只有200 mm厚的墙增加了1 dB的計权隔声量。因此阻尼隔音毡只对改性石膏空心板和灰渣空心板有用，对轻质隔墙作用有限。

上述结论为提高蒸压加气混凝土板、改性石膏空心板、灰渣空心板、聚苯颗粒夹芯板这4种轻质隔墙的计权隔声量以及改善低频共振、“吻合效应”提供数据支撑及有效参考。

参考文献

［1］陈继浩， 冀志江， 王静， 等. 轻质复合墙体隔声性能研究［J］. 环境工程， 2012，30（增）.

［2］魏超平. 石膏板结构的吸声与隔声性能研究及其应用［J］. 新型建 筑材料， 2006（8）： 46-49.

［3］WEI Chaoping. Study on sound absorption and sound insulation performance of gypsum board structure and its application［J］. New Building Materials， 2006（8）： 46-49.

［4］刘美宏， 彭立民， 傅峰， 等. 中密度纤维板/橡胶阻尼层状夹心复合 材料的力学与隔声性能［J］. 木材工业， 2017， 31（3）： 22-26.

［5］同济大学. 声学建筑和建筑构件隔声测量第3部分： 建筑构件空气声隔声的实验室测量： GB /T 19889. 3-2005［S］. 北京： 中国标准出版社，2006.