胡 峰 趙越喆

(華南理工大學(xué)建筑學(xué)院亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640)

0 引言

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展，建筑隔墻的種類和構(gòu)造越來越多樣化，建筑隔墻空氣聲隔聲性能越來越受到重視?，F(xiàn)行GB/T 50121—2005建筑隔聲評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[1]采用計(jì)權(quán)隔聲量作為建筑構(gòu)件空氣聲隔聲單值評(píng)價(jià)量。但研究發(fā)現(xiàn)，該基于聲壓級(jí)差的單值評(píng)價(jià)量與主觀感受到的隔聲量不一致,合適的隔聲評(píng)價(jià)參量應(yīng)能充分反映不同類型噪聲經(jīng)隔聲后的主觀隔聲量變化，即噪聲經(jīng)隔聲后主觀感知量的降低。

Rasmussen[2]對(duì)不同隔聲評(píng)價(jià)參量進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，低頻對(duì)主觀隔聲量有較大影響，認(rèn)為基于心理聲學(xué)的參量更適用于隔聲評(píng)價(jià)，人耳對(duì)噪聲的主觀感知不僅與其強(qiáng)度有關(guān)，還包含頻譜、掩蔽等一系列心理聲學(xué)特征，而響度較聲壓更直接反映這些特征對(duì)聽覺的影響。金瑞等[3]研究了隔聲評(píng)價(jià)參量與特定噪聲類型的相關(guān)性，選取四種不同類型的噪聲，通過濾波模擬多種墻體隔聲，獲得噪聲在隔聲前后的響度級(jí)差，經(jīng)煩惱度主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，表明隔聲響度級(jí)差較基于聲級(jí)差的隔聲評(píng)價(jià)量與煩惱度之間有更高的相關(guān)性。趙忠峰等[4]在對(duì)空調(diào)噪聲的響度計(jì)算分析中指出，在度量低頻成分為主的離散噪聲和語音頻率范圍噪聲時(shí),基于聲級(jí)差的隔聲單值評(píng)價(jià)量會(huì)產(chǎn)生誤差,使評(píng)價(jià)結(jié)果偏離人的主觀感覺。本文基于Zwicker響度模型，在空氣聲隔聲實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，在聲源室不同聲級(jí)條件下，對(duì)某建筑構(gòu)件的空氣聲隔聲響度級(jí)差進(jìn)行測(cè)量，并與計(jì)權(quán)隔聲量的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，探討隔聲響度級(jí)差模型在建筑墻體隔聲評(píng)價(jià)中的適用性。

1 Zwicker響度模型

1933年Fletcher[5]提出響度概念，并給出由信號(hào)頻譜計(jì)算響度的過程。該方法適用于具有連續(xù)譜噪聲信號(hào)響度的確定。此后又有諸多學(xué)者提出新的響度算法和計(jì)算模型，較成功的有Steven響度模型，Zwicker響度模型和Moore響度模型等。1958年由Zwicker提出的響度算法是迄今廣泛使用的響度模型之一。

Zwicker模型最大的創(chuàng)新之處在于提出了激勵(lì)級(jí)，并在Bark域加入掩蔽效應(yīng)。ISO 532—1[6]中給出了Zwicker響度的計(jì)算方法。主要計(jì)算過程為：

1)利用FFT變換將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域，得到對(duì)應(yīng)頻率成分的聲壓級(jí)。

2)進(jìn)行1/3倍頻程濾波，計(jì)算25-12.5 kHz共28個(gè)1/3倍頻帶的頻帶聲壓級(jí)。

3)根據(jù)人耳特征頻帶帶寬對(duì)1/3倍頻帶的低頻頻帶進(jìn)行合并。在Zwicker模型中，將前6個(gè)頻帶合為一個(gè)新的頻帶，第7個(gè)～第9個(gè)頻帶合并，第10個(gè)～第11個(gè)頻帶合并，分別獲得三個(gè)新的頻帶聲壓級(jí)。合并后得到20個(gè)特征頻帶聲壓級(jí)。

4)模擬外耳中耳傳遞函數(shù)并根據(jù)聲場(chǎng)類型(自由場(chǎng)或混響場(chǎng))確定是否考慮混響場(chǎng)衰減，再按式(1)計(jì)算各頻帶的特征響度N′。舍棄低于最小聽閾曲線的特征響度值，再根據(jù)特征頻帶主響度判斷是否被掩蔽，加入斜坡響度以模擬掩蔽效應(yīng)，特征響度被轉(zhuǎn)換到Bark域。

5)對(duì)特征響度在帶域0-24 Bark上按式(2)積分求出總響度N，再按式(3)轉(zhuǎn)換為響度級(jí)。

(1)

式中：E(z)——臨界頻率的激勵(lì)值；

EQT(z)——絕對(duì)聽閾下的激勵(lì)值；

N0≈0.068(sone/Bark)；

E0——1 kHz 40 dB聲級(jí)的參考響度；

s≈10(0.22-0.005·z/Bark)-1。

(2)

LN=40+log2N(phon)

(3)

式中：N——總響度;

N′——各頻帶的特征響度;

LN——響度級(jí)。

2 隔聲響度級(jí)差及計(jì)權(quán)隔聲量測(cè)量

隔聲響度級(jí)差測(cè)量在華南理工大學(xué)亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的空氣聲隔聲實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。該實(shí)驗(yàn)室經(jīng)HOKLAS認(rèn)證，符合GB,ISO及ASTM標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于空氣聲隔聲實(shí)驗(yàn)的環(huán)境要求。測(cè)試所用儀器包括B&K2250和B&K2270聲分析儀，B&K4231聲校準(zhǔn)器，B&K4189傳聲器及前置放大器，B&K2716功率放大器，B&K4292-L十二面體無指向性揚(yáng)聲器等。

將面積為10.5 m2的輕質(zhì)石膏板墻試件砌于隔聲實(shí)驗(yàn)室洞口內(nèi)，見圖1。聲源及測(cè)點(diǎn)布置見圖2，聲源室布置兩個(gè)聲源點(diǎn)，聲源室和接收室各布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)。利用B&K2270聲分析儀同時(shí)測(cè)量聲源室和接收室兩側(cè)的聲壓級(jí)，再測(cè)量接收室的混響時(shí)間。在相同條件下用B&K2250測(cè)量聲源室和接收室的響度級(jí)。

被測(cè)試件的隔聲量R按下式計(jì)算：

(4)

S——試件面積，m2；

A——接收室吸聲量，m2，由式(5)計(jì)算:

(5)

式中：V——接收室容積，m3；

T——接收室的混響時(shí)間，s。

同時(shí)測(cè)得聲源室和接收室的響度級(jí)，再由式(6)計(jì)算響度級(jí)差。

(6)

3 結(jié)果分析

調(diào)節(jié)功率放大器的輸出功率，在聲源室的聲級(jí)分別為100 dB和85 dB的情況下，進(jìn)行測(cè)量。在這兩種聲源室噪聲級(jí)水平下，測(cè)得的待測(cè)構(gòu)件空氣聲隔聲頻率特性曲線如圖3所示，兩者相同，兩種情況下的計(jì)權(quán)隔聲量均為45 dB。計(jì)權(quán)隔聲量不受噪聲源聲級(jí)的影響。

在聲源室的聲級(jí)分別為100 dB和85 dB的情況下，各測(cè)點(diǎn)的響度級(jí)見表1?？梢钥闯?，當(dāng)聲源室內(nèi)噪聲源聲級(jí)從85 dB增加到100 dB時(shí)，隔聲響度級(jí)差從35.85 phon降低為32.80 phon，可見聲源聲壓級(jí)的不同對(duì)隔聲響度級(jí)有一定的影響。

表1 聲源室不同噪聲級(jí)水平下聲源室和受聲室的響度級(jí) phon

4 結(jié)論

在空氣聲隔聲實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，在聲源室不同噪聲級(jí)水平下，對(duì)某石膏板墻的計(jì)權(quán)隔聲量和隔聲響度級(jí)差的測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于隔聲響度級(jí)差模型的隔聲評(píng)價(jià)參量與現(xiàn)行的基于聲壓級(jí)差的計(jì)權(quán)隔聲量的評(píng)價(jià)效果存在差異。計(jì)權(quán)隔聲量與聲源室的噪聲級(jí)水平無關(guān)，而隔聲響度級(jí)差與聲源室的噪聲級(jí)水平有關(guān)。響度級(jí)差可同時(shí)反映墻體隔聲頻率特性和噪聲級(jí)水平對(duì)隔聲效果的影響。