32、隔音效果与实验建筑案例分析

隔音效果与实验建筑案例分析

1. 隔音标准与理想目标

在北欧国家，当前对于住宅隔音的最低要求接近住户满意度为 60%的水平，这样的声学质量可被称为“可接受”。然而，为了达到更令人满意的居住环境，我们应该设定更高的目标。当住户满意度达到 80%（且仅有 5% - 8%的住户感到烦恼）时，这样的声学条件可被视为“令人满意”，也应成为未来住宅建设追求的目标。

在相关评估中，会使用一些特定的缩写，如下所示：
- (R′ {w,50} = R′ {w} + C_{50 - 3150})
- (D_{nT,w,50} = D_{nT,w} + C_{50 - 3150})
- (L′ {n,w,50} = L′ {n,w} + CI_{50 - 2500})

2. 高隔音实验建筑案例分析

2.1 “THE QUIET HOUSE” 瑞典隆德

• 基本信息 ：该建筑于 1988 - 1989 年建于瑞典隆德的 Kv. Bollen，共有三层，包含 29 套公寓。由 JM Byggnads och Fastighets AB 建造，Sterner Akustik AB 和 Bentech Ingenörs AB 提供咨询服务。此项目得到了瑞典建筑研究委员会和瑞典建筑业发展基金的支持。
• 实验目的 ：由 Cementa AB 的 Lars Holmgren 发起，旨在探究传统重型建筑结构在声学方面能达到的效果。运用了常见的解决方案和建筑细节，但特别关注了声学需求。项目初期就为空气声和撞击声隔音设定了较高要求，通过定义 50 Hz 至 5000 Hz 扩展频率范围内的特殊参考曲线来实现，该曲线比通常的最低要求高出约 10 dB。测量结果的评估方法与 ISO 参考曲线相同，即不利偏差的总和不得超过 32 dB。项目结束时，预计未来按照此模式建造的“安静房屋”成本仅比传统建筑高出 2% - 3%。
• 建筑概念 ：主要结构为现场浇筑的 240 mm 混凝土墙和 290 mm 混凝土板，地板采用地毯或铺在软木上的木地板（图 11.1 中的 A 型）。虽然各个方向都可能存在侧向传声，但由于结构重量大，其影响较小。不过，该建筑概念的一个缺点是，由于墙体和楼板较厚，混凝土硬化所需时间比平常更长。
• 声学结果 ：测量结果的概述如下表所示：
  | 频率范围 (Hz) | 空气声（水平）(dB) | 空气声（垂直）(dB) | 撞击声（垂直）(dB) |
  | — | — | — | — |
  | 100 - 3150 | (R′ {w} = 62) | (R′ {w} = 65) | (L′ {n,w} = 43) |
  | 50 - 5000 | (R′ {w,50} = 61) | (R′ {w,50} = 61) | (L′ {n,w,50} = 46) |

在水平和垂直方向上，空气声的隔音效果都非常好，尤其是在 250 Hz 以上的频率，垂直方向的隔音效果优于水平方向。垂直方向的撞击声隔音效果也十分出色，满足了项目的特殊要求。

graph LR
    A[实验目的] --> B[探究传统重型建筑声学效果]
    C[建筑概念] --> D[混凝土墙和板]
    C --> E[地毯或木地板]
    F[声学结果] --> G[空气声隔音好]
    F --> H[撞击声隔音好]

2.2 “OPEN HOUSE URBAN BUILDING SYSTEM” 丹麦

• 基本信息 ：由 Dominia 与瑞典 Landskronagruppen 建筑公司合作开发。该建筑系统在丹麦多地得到应用，此处介绍的实验建筑于 1993 年建于丹麦 Frederikssund 的 Færgeparken III，共有三栋三层建筑，包含 36 套住宅。建筑师为 Mangor & Nagel，由 Arbejdernes Kooperative Byggeforening 建造，Dominia 提供咨询服务。
• 实验目的 ：主要是为了积累新开发的轻型建筑系统的经验，该系统具有较短的建造时间，而改善隔音效果并非实验目的。
• 建筑概念 ：基于工厂生产的房间模块和现场浇筑的混凝土骨架构建。每个房间模块由钢框架包围一个或多个房间，墙壁、地板和天花板由安装在钢肋上的石膏板组成。与传统混凝土住宅相比，重量约为 35%，现场建造时间为 25%，包括模块生产在内的总建造时间为 70%。建筑结构为梁柱骨架搭配轻型墙壁和地板（图 11.1 中的 D 型），混凝土柱现场浇筑，混凝土梁为预制件。
• 声学结果 ：测量结果的概述如下表所示：
  | 空气声（水平）(dB) | 空气声（垂直）(dB) | 撞击声（垂直）(dB) |
  | — | — | — |
  | (R′ {w} = 62) | (R′ {w} = 61) | (L′_{n,w} = 49) |

测量的隔音效果比当时丹麦的最低要求高出 8 dB 至 10 dB，但测量未涵盖 100 Hz 以下的频率。在 200 Hz 以上，水平方向的空气声隔音效果优于垂直方向，频率曲线呈现典型的双层墙特征，在低于 200 Hz 时向质量 - 弹簧 - 质量共振频率下降，该共振频率可能略低于 100 Hz。垂直方向的撞击声隔音效果在 100 Hz 以下可能存在问题，但总体较为满意。

graph LR
    A[实验目的] --> B[积累轻型建筑系统经验]
    C[建筑概念] --> D[房间模块和混凝土骨架]
    C --> E[石膏板结构]
    F[声学结果] --> G[隔音优于最低要求]
    F --> H[低频可能有问题]

2.3 “ECO - HOUSE” 丹麦

• 基本信息 ：该建筑系统是为响应 1987 年关于“丹麦建筑业如何实现下一次重大飞跃”的竞赛而开发的。由于钢材价格下跌，人们认为开发一种替代自 20 世纪 60 年代以来一直占主导地位的混凝土预制建筑方法是有利的。背后的公司包括建筑师 Skaarup & Jespersen A/S、建造商 KKS Enterprise A/S 和咨询公司 Birch & Krogboe A/S。最初的版本被称为“Scanhouse”。该建筑概念在丹麦多地得到应用，此处介绍的实验建筑于 1992 年建于丹麦 Glostrup 的 Egeskoven，共有三层，包含 49 套公寓。
• 实验目的 ：基本思路是最大限度地进行预制，以减少建造时间，同时不影响经济性和质量。在声学方面，没有超越当时丹麦隔音最低要求的目标。
• 建筑概念 ：支撑结构是钢型材框架（图 11.1 中的 D 型），地板和墙壁是由石膏板和矿棉组成的预制构件，安装在薄板钢型材中。在建筑现场，首先搭建钢框架，然后安装地板、外墙和屋顶。在毛坯房封闭之前，将内部所需的建筑材料运入。剩余的建筑过程可以在一个干燥、不受风雨影响的环境中进行，总建造时间是传统建筑系统的 70%。
• 声学结果 ：测量结果的概述如下表所示：
  | 空气声（水平）(dB) | 空气声（垂直）(dB) | 撞击声（垂直）(dB) |
  | — | — | — |
  | (R′ {w} = 58 - 63) | (R′ {w} = 56 - 61) | (L′_{n,w} = 46 - 50) |

测量的隔音效果平均比当时丹麦的最低要求高出 5 dB 至 10 dB，但对于 50 Hz 至 80 Hz 的低频空气声隔音效果没有相关信息。垂直方向的撞击声隔音效果如图 15.10 所示。

2.4 “BRF KAJPLATSEN” 瑞典斯德哥尔摩

• 基本信息 ：该建筑于 1994 年建于瑞典斯德哥尔摩的 BRF Kajplatsen，Kv Trålen，共有七层，包含 26 套公寓。

这些实验建筑展示了不同的建筑结构和设计在隔音方面的效果，为未来住宅的声学设计提供了宝贵的经验。无论是重型建筑结构还是轻型建筑系统，都有可能在满足声学要求的同时，实现成本控制和建造时间的优化。在选择建筑方案时，需要综合考虑各种因素，以达到最佳的居住声学环境。

3. 各实验建筑对比总结

为了更清晰地了解各实验建筑的特点，我们对上述四个实验建筑进行对比总结，如下表所示：
| 建筑名称 | 位置 | 建造时间 | 楼层数 | 公寓数量 | 建筑概念特点 | 声学目标 | 声学结果与最低要求对比 | 成本或时间优势 |
| — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| “THE QUIET HOUSE” | 瑞典隆德 | 1988 - 1989 年 | 3 层 | 29 套 | 传统重型建筑，混凝土墙和板，地毯或木地板 | 高于通常最低要求 | 空气声和撞击声隔音效果好 | 未来建造成本比传统建筑高 2% - 3% |
| “OPEN HOUSE URBAN BUILDING SYSTEM” | 丹麦 Frederikssund | 1993 年 | 3 层 | 36 套 | 轻型建筑系统，工厂生产房间模块和现场混凝土骨架 | 未以改善隔音为目的 | 隔音比当时丹麦最低要求高 8 dB - 10 dB | 重量约为传统的 35%，现场建造时间 25%，总建造时间 70% |
| “ECO - HOUSE” | 丹麦 Glostrup | 1992 年 | 3 层 | 49 套 | 钢型材框架，预制石膏板和矿棉构件 | 不超越当时丹麦最低要求 | 隔音平均比最低要求高 5 dB - 10 dB | 总建造时间是传统的 70% |
| “BRF KAJPLATSEN” | 瑞典斯德哥尔摩 | 1994 年 | 7 层 | 26 套 | 未详细提及 | 未提及 | 未详细提及 | 未提及 |

从这个表格中我们可以看出，不同的建筑概念在隔音效果、成本和建造时间上各有优劣。重型建筑结构如“THE QUIET HOUSE”能获得很好的隔音效果，但可能会增加一定的成本；而轻型建筑系统如“OPEN HOUSE URBAN BUILDING SYSTEM”和“ECO - HOUSE”在建造时间和成本上有优势，同时也能达到较好的隔音水平。

graph LR
    A[建筑类型] --> B[重型建筑]
    A --> C[轻型建筑]
    B --> D["THE QUIET HOUSE"]
    C --> E["OPEN HOUSE URBAN BUILDING SYSTEM"]
    C --> F["ECO - HOUSE"]
    D --> G[隔音好但成本略高]
    E --> H[隔音好且建造快成本低]
    F --> I[隔音较好且建造快成本低]

4. 隔音效果影响因素分析

在这些实验建筑中，影响隔音效果的因素有很多，下面我们来详细分析：
- 建筑结构类型 ：不同的建筑结构类型对隔音效果有显著影响。从前面的案例可以看出，重型建筑结构如“THE QUIET HOUSE”的混凝土墙和板结构，由于其质量大，能够有效阻挡声音的传播，空气声和撞击声的隔音效果都很好。而轻型建筑结构如“OPEN HOUSE URBAN BUILDING SYSTEM”和“ECO - HOUSE”，虽然整体重量轻，但通过合理的设计和材料选择，也能达到较好的隔音水平。不过，轻型建筑在低频隔音方面可能存在一些问题，如“OPEN HOUSE URBAN BUILDING SYSTEM”在低于 200 Hz 时隔音效果下降。
- 材料选择 ：建筑材料的选择对隔音效果至关重要。例如，“THE QUIET HOUSE”中使用的地毯或木地板，以及“ECO - HOUSE”中使用的石膏板和矿棉，都具有一定的隔音性能。石膏板可以吸收和反射声音，矿棉则能有效降低声音的传播。
- 施工工艺 ：施工工艺的好坏也会影响隔音效果。在建筑过程中，如果存在缝隙或连接不紧密的情况，声音就容易通过这些缝隙传播，从而降低隔音效果。例如，在“OPEN HOUSE URBAN BUILDING SYSTEM”中，虽然其设计理念先进，但如果在模块连接和密封方面处理不当，可能会影响隔音性能。

5. 未来住宅隔音设计建议

基于以上对实验建筑的分析，我们可以为未来住宅的隔音设计提出以下建议：
- 根据需求选择建筑结构 ：如果对隔音要求极高，且成本不是首要考虑因素，可以选择重型建筑结构。但如果更注重建造时间和成本，轻型建筑系统也是一个不错的选择，不过需要在设计和施工过程中特别关注低频隔音问题。
- 优化材料选择 ：在选择建筑材料时，应优先考虑具有良好隔音性能的材料。例如，除了石膏板和矿棉外，还可以使用一些新型的隔音材料，如隔音毡、吸音板等。同时，要注意材料的搭配和组合，以达到最佳的隔音效果。
- 加强施工管理 ：在施工过程中，要严格控制施工质量，确保建筑结构的密封性和连接的紧密性。例如，在墙体和楼板的连接处，要使用密封材料进行填充，避免声音通过缝隙传播。
- 进行声学模拟和测试 ：在设计阶段，可以使用声学模拟软件对建筑的隔音效果进行预测和评估，根据模拟结果对设计方案进行优化。在建筑完成后，要进行实际的声学测试，确保隔音效果符合设计要求。

graph LR
    A[未来住宅隔音设计] --> B[选择建筑结构]
    A --> C[优化材料选择]
    A --> D[加强施工管理]
    A --> E[进行声学模拟和测试]
    B --> F[高要求选重型结构]
    B --> G[注重时间成本选轻型结构]
    C --> H[选隔音好的材料]
    C --> I[合理搭配材料]
    D --> J[确保密封性和连接紧密性]
    E --> K[设计阶段模拟优化]
    E --> L[完成后实际测试]

总之，住宅的隔音效果对于居民的生活质量至关重要。通过对这些实验建筑的研究和分析，我们可以学习到不同的建筑结构和设计方法在隔音方面的优缺点，从而为未来住宅的声学设计提供参考。在实际设计和建造过程中，要综合考虑各种因素，采取有效的措施来提高住宅的隔音性能，为居民创造一个安静、舒适的居住环境。