摘要：利用隔音量為60dB、本底噪音為20dB的超靜音隔音測試箱，搭配不同配置的玻璃作為觀(guān)察窗，在抽樣機場(chǎng)設定位置對隔音箱內外的噪聲進(jìn)行監測,通過(guò)一系列對比實(shí)驗發(fā)現，單真空玻璃隔聲量可達40.6dB, 而特定結構的復合真空玻璃隔聲量可達50dB，因此，結構合理的真空玻璃復合產(chǎn)品在機場(chǎng)建筑降噪方面將有廣闊的應用前景。

1.研究背景

1.1飛機噪聲特性

飛機噪聲與飛機機型、重量、引擎類(lèi)型 、起降方式緊密相關(guān), 并具有較強的指向性,飛機噪聲最典型的特性是具有瞬時(shí)性和間歇性[1]。

飛機噪聲具有瞬時(shí)性， 這主要由于飛機距離測試點(diǎn)的距離是不斷變化的。選擇河南某機場(chǎng)距離跑道中心線(xiàn)400m，距離起飛端3km設置測量點(diǎn)，飛機從遠處飛近測量點(diǎn)時(shí)，先聽(tīng)到轟隆的低頻聲，隨著(zhù)飛機的接近，聲音不斷加大，中高頻聲音也增多。飛機遠去時(shí)，中高頻噪聲先降低，低頻噪聲再逐漸降低至正常水平。由于多架飛機是間斷飛行的，所以飛機噪聲具有間歇性。飛機噪聲一般持續20-50 s 左右，北京機場(chǎng)的飛機起降頻次約3-5 min，這就是說(shuō)，機場(chǎng)周遍地區每隔3-5 min的安靜中會(huì )出現一次20-50 s 的飛機噪聲[2]。

圖 1是某機場(chǎng)周?chē)硻C型飛機噪聲隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖，由圖可以看出，噪音瞬時(shí)出現，持續時(shí)間為為25s左右，聲級先上升后下降, 可達90分貝左右。人們對安靜環(huán)境中出現的短時(shí)間持續噪聲非常不舒適，比持續的交通噪聲更另人煩惱。

圖 1 機場(chǎng)周?chē)鷾y試點(diǎn)某機型飛機噪聲隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖

1.2機場(chǎng)周?chē)肼暱刂茦藴?/span>

近年來(lái)，隨著(zhù)對環(huán)保工作的重視，與噪聲控制工作相關(guān)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)標準也相繼頒布執行。目前，在噪聲控制評估標準方面，國內環(huán)境保護部門(mén)制定的《聲環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3096-2008）和《機場(chǎng)周?chē)w機噪聲環(huán)境標準》（GB 9660-88）分別適用于一般聲環(huán)境和機場(chǎng)周?chē)鷧^域的聲環(huán)境質(zhì)量評價(jià)與管理；在既有住宅隔聲降噪改造方面，我國有多部標準，如國標《民用建筑隔聲設計規范》（GB 50118-2010）、《住宅設計規范》（GB 50096-2011）等[3]。GB 50118-2010《民用建筑隔聲設計規范》適用于全國城鎮新建、改建和擴建的住宅等六類(lèi)建筑中主要用房的隔聲、吸聲、減噪設計�；凇堵暛h(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3096-2008）中對民用建筑選址做出的規定，對住宅室內允許噪聲級提出的要求，規范中的室內允許噪聲級采用 A 聲級作為評價(jià)量。GB 50118-2010民用建筑隔聲設計規范中室內允許噪聲級為關(guān)窗狀態(tài)下晝間和夜間時(shí)段的標準值，晝間對應的時(shí)間為 6∶00~22∶00，夜間對應的時(shí)間為22∶00~6∶00，或者按照當地規定。規范要求臥室晝間噪聲級≤ 45dB，夜間≤ 37db；起居室（廳）不論晝夜均≤ 45dB[4]。

1.3河南某機場(chǎng)周?chē)h(huán)境噪聲監測

對河南某機場(chǎng)周?chē)脑肼曔M(jìn)行了測試,對飛機噪聲按照機型進(jìn)行了噪聲量測試。經(jīng)過(guò)統計該機場(chǎng)主要有5種飛機機型，選擇監測點(diǎn)距離起飛點(diǎn)3km，距離跑道中心線(xiàn)400m，該區域有密集居住村莊， 測試到的每種機型對應的噪聲量如圖2。

圖 2 不同機型噪聲量

由圖2可以看出，不同機型所造成的噪音量變化趨勢基本一致，測試點(diǎn)所監測到的噪音量均在85~90d之間。根據GB 9660-88《機場(chǎng)周?chē)w機噪聲環(huán)境標準》中一類(lèi)區域（特殊住宅區；居民、文教區）噪音量≤70dB,二類(lèi)區域（除一類(lèi)區域以外的生活區）噪音量≤75dB的要求，該機場(chǎng)普遍存在噪音超標現象，超標量高達10dB以上。

為了使室內達到GB 50118-2010《民用建筑隔聲設計規范》中室內噪聲要求45dB，必須要求機場(chǎng)噪聲影響區域使用隔聲量至少40~45dB的門(mén)窗才能滿(mǎn)足建筑隔聲標準要求。

1.4 真空玻璃的應用

基于機場(chǎng)周?chē)T(mén)窗隔聲量的要求，為了滿(mǎn)足門(mén)窗系統隔音需求，配套玻璃必須具備相匹配的隔音量即≥40dB。對于傳統的中空玻璃、夾層玻璃，主要通過(guò)不斷增加玻璃層數和單層玻璃厚度才能勉強達到該隔音量要求。我們知道，聲音不能在真空中傳播，因此對于門(mén)窗隔聲來(lái)說(shuō)，真空玻璃（如圖3）成為我們的較好選擇。盡管真空玻璃誕生的初衷并不是出于其隔聲性能的考慮，而是因為其良好的保溫性，但真空玻璃在隔聲方面的優(yōu)越性越來(lái)越被人們所認識到，并正被越來(lái)越多的學(xué)者所重視和研究。未來(lái)，利用真空技術(shù)來(lái)進(jìn)行隔聲降噪，將使建筑隔聲技術(shù)達到一個(gè)新的高度。對于降噪要求高的機場(chǎng)，真空玻璃有著(zhù)廣闊的應用前景。

圖 3 鋼化真空玻璃

2. 真空玻璃機場(chǎng)降噪實(shí)測

本試驗主要目的是通過(guò)將真空玻璃、中空玻璃、夾層玻璃、真空復合玻璃安裝于靜音試驗箱洞口，對比分析其機場(chǎng)降噪噪能力。

2.1 機場(chǎng)測試原理

本文中靜音試驗箱測量參考隔聲間、隔聲罩等標準測量方法，即假定飛機產(chǎn)生的外部聲場(chǎng)是一個(gè)擴散聲場(chǎng)。建筑隔聲是描述一個(gè)封閉結構 (如隔聲間 、隔聲罩等 )降低噪聲效果的一個(gè)常用評價(jià)量，即在一個(gè)固定接受點(diǎn)測量采用該結構前后的聲級差或在一個(gè)等效參考點(diǎn)和結構內測點(diǎn)同時(shí)測量的聲級差[5]。GB9660 -88中對機場(chǎng)周邊區域的室外環(huán)境噪聲采用 LWECPN作為評價(jià)量并作出了限值規定, 但未對室內的計權等效連續感覺(jué)噪聲級作出標準限值 。另一方面, 其他相關(guān)標準均采用 A 計權等效聲級作為評價(jià)量, 而L WECPN和等效聲級間沒(méi)有簡(jiǎn)單的可換算對應關(guān)系。因此, 為和其他標準協(xié)調并有效地提出降噪效果, 采用 A 計權等效聲級作為飛機噪聲對室內噪聲影響的評價(jià)量之一[1]。

圖4 試驗測試原理

基于以上標準要求及測量方法，本文選取距離機場(chǎng)起飛點(diǎn)為。。米的居民區，利用本體隔音量為60dB的靜音試驗箱，內部A計權噪音測量計及外部A計權噪音測量計，對試驗箱洞口安裝玻璃進(jìn)行隔聲性能測試分析。

2.2 測試過(guò)程

(1) 選擇河南某機場(chǎng)距離跑道中心線(xiàn)400m處布置靜音測試箱，箱體門(mén)洞朝向航線(xiàn)。

(2) 將待測試的玻璃試樣安裝在隔音量為60dB、本體噪音為20dB的超靜音隔音測試箱（如圖5）洞口內，四周壓緊并密封。

(3) 使用2臺AWA6228+多功能聲級計同步監測試驗箱內外測點(diǎn)飛機飛過(guò)時(shí)的A計權噪聲量及噪聲頻譜。

(4) 根據不同類(lèi)型玻璃安裝時(shí)試驗箱內外噪聲量及噪聲頻譜，分析測試玻璃的隔音特性。

圖5 隔音量60dB靜音試驗箱

2.3測試結果

試驗箱安裝真空玻璃、真空復合玻璃、中空玻璃、夾層玻璃時(shí)試驗箱內外隔聲量如表1。飛機飛過(guò)時(shí)安裝不同玻璃靜音試驗箱內外噪聲量如圖6所示。

表1 不同結構玻璃機場(chǎng)隔音測試結果

圖6 飛機飛過(guò)時(shí)靜音試驗箱內外噪聲量

從表1及圖6可以看出，對于相同質(zhì)量的玻璃，真空玻璃隔聲性能>夾層玻璃>夾層玻璃中空玻璃。由經(jīng)典聲學(xué)著(zhù)作《The Theory of Sound》中確定的聲學(xué)基本定律“質(zhì)量定律”可知，相同質(zhì)量的相同材料隔音量相同[6]。5T+0.3V+5T、5T+12A+5T及5T+0.76P+5T三者的質(zhì)量密度基本相同，隔聲量的差異主要取決于中間層結構差異造成聲音傳播過(guò)程中衰減量差異。

真空玻璃中間層為真空層，夾膠玻璃中間層為阻尼膠片，中空玻璃中間層為空氣或稀有氣體層。從圖6可以看出，真空玻璃5T+0.3V+5T及夾膠玻璃箱內噪聲曲線(xiàn)接近，隔聲性能優(yōu)于中空玻璃。對于真空玻璃聲波在透過(guò)玻璃后，由于中間真空層的存在減弱了聲波的透射，透過(guò)聲波再傳到第二層玻璃時(shí)再次發(fā)生反射，聲能量多次衰減，造成了聲波損失。夾層玻璃5T+0.76P+5T由于中間層的存在，使得聲波在透過(guò)玻璃時(shí)，由于玻璃外側及兩層玻璃中間材料的特性阻抗不同，使聲波發(fā)生兩次反射，再加上中間阻尼材料附加吸收作用，使得聲波振動(dòng)能量衰減，聲波再傳到第二層玻璃時(shí)，又發(fā)生兩次反射，聲能量再次減少，造成了更多的傳播損失。中空玻璃5T+12A+5T結構雖然與真空玻璃5T+0.3V+5T類(lèi)似，但中間層氣體層對聲波吸收作用均不明顯，因此隔聲性能低于相同質(zhì)量密度的真空玻璃及夾膠玻璃。

對于固態(tài)材料來(lái)說(shuō)，隔聲量與聲波的頻率密切相關(guān)，低頻時(shí)的隔聲量較低，高頻時(shí)的隔聲量較高。聲波在板狀構件中容易產(chǎn)生彎曲波，在一定頻率下會(huì )產(chǎn)生類(lèi)似共振現象的吻合效應，使構件隔聲量大幅度下降。圖7是按照標準GBJ 75-1984建筑隔聲測量規范、GBT 50121-2005建筑隔聲評價(jià)標準不同玻璃隔聲頻譜圖，由圖可以看出，結構為5T+0.3V+5T真空玻璃在160~2000Hz具有良好的隔聲性能，自2000Hz以后隔聲量出現緩慢下降趨勢，在400Hz及4000H出現吻合谷。結構為5T+0.76P+5T夾層玻璃在160~1600Hz具有良好的隔聲性能，自1600Hz以后隔聲量出現快速下降趨勢，中高頻隔聲性能較差，在250Hz及2000Hz出現吻合谷。結構為5T+12A+5T中空玻璃在1600Hz以?xún)雀袈曅阅苓h低于真空玻璃和夾層玻璃，且在500Hz出現吻合效應，但其在中高頻隔聲量較高。

圖7實(shí)驗室測試3種玻璃隔音頻譜圖

從圖7三種玻璃隔聲性能分析可知，真空玻璃5T+0.3V+5T與5T+0.76P+5T低頻隔音效果較好，這是因為低頻聲波主要以玻璃振動(dòng)方式傳遞，由于夾膠層和真空層作為有效的減震層提高了玻璃低頻隔聲性能。中空玻璃5T+12A+5T隔聲性能取決于兩板的質(zhì)量、兩板之間空氣層的厚度，隔聲原理為質(zhì)量-彈簧-質(zhì)量，低頻段形成更多振動(dòng)傳播，因此其低頻隔聲效果較差，而中間空氣層對中高頻噪音衰減作用明顯，在中高頻有較好的隔聲效果。

根據對某機場(chǎng)4種主要機型峰值噪聲頻譜測試，頻譜如圖8，可以看出機場(chǎng)中不同機型整體噪聲特性曲線(xiàn)及噪聲量非常接近，聲源噪音高噪音量頻譜分布在3150Hz以?xún)�。通過(guò)對真空玻璃、夾層玻璃、中空玻璃頻譜測試分析及機場(chǎng)實(shí)測分析可知，真空玻璃隔聲性能與機場(chǎng)降噪需求匹配度較高。

圖8 某機場(chǎng)4種主要機型峰值噪聲頻譜

2.4 真空復合玻璃A-Mute1性能測試

通過(guò)對真空玻璃的隔聲性能分析，結合機場(chǎng)噪聲特點(diǎn)。為了提高真空玻璃機場(chǎng)降噪效果，需要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：a)提高全頻段隔聲性能同時(shí)著(zhù)重提高中高頻隔聲性能；b）弱化吻合谷效應或將吻合谷推后到人耳不敏感頻段即4000Hz以上。

對于給定的固體構件，相同聲源，聲波入射到玻璃上，其中一部分被反射，一部分被吸收，只有一小部分聲能透過(guò)結構輻射出去[7]，如圖8所示。根據能量守恒原理，則有：           

其中：Wi-入射聲波的聲強  Wt-透射聲強  Wr-反射聲強  Wa-吸收聲強

圖9 聲波傳遞示意圖

圖10 吻合效應原理

根據隔聲公式

          隔聲量  

其中透射系數 

通過(guò)公式（2）可知，對真空玻璃進(jìn)行復合阻尼層提高聲波傳遞過(guò)程中的吸收聲強Wa，同時(shí)減少玻璃低頻振動(dòng)傳遞能量，最終達到降低透射系數τ，提高玻璃隔聲量。

從真空玻璃隔聲頻譜分析可知在2000Hz~5000Hz范圍內出現的吻合谷，而機場(chǎng)聲源噪音高噪音量頻譜分布在3150Hz以?xún)�，需要將真空玻璃吻合頻率后移至3150Hz以上，盡量減少吻合效應的影響，進(jìn)而提高真空玻璃對機場(chǎng)的整體隔聲降噪性能。

由吻合效應公式可知影響吻合效應臨界頻率

-C0為空氣中聲速                     

 -ρ為構件密度                 

 -H為構件厚度                            

 -B為彎曲勁度。

根據分離薄板雙層墻的聲能透射系數表達式：

圖11 聲波在雙層板中的透射

式中：

-K0為入射聲波的波數   -d為兩板之間空氣層的厚度      -C0為空氣中聲速

-ρ為構件密度          -H為構件厚度                 -B為彎曲勁度。

-θ入射角      -ω聲波角頻率       -f聲波頻率        -τ透射系數

根據公式（4）（5）分析可知，需要對真空玻璃復合中空層及調整玻璃厚度調整玻璃吻合頻率及提高中高頻隔聲量。

圖12 機場(chǎng)噪聲A-Mute1復合真空玻璃實(shí)測隔聲頻譜圖

綜上訴述，通過(guò)對真空玻璃復合阻尼材料、復合中空層、調整玻璃總厚度及優(yōu)化多層玻璃板厚度排布方式，優(yōu)選出了適用于機場(chǎng)降噪的真空復合玻璃A-Mute1配置。從表1及圖12可以看出，該配置實(shí)測平均隔聲量可達51dB，能夠保證試驗箱內噪聲量不超過(guò)40dB，滿(mǎn)足了標準要求的白天室內≤45dB要求。

3. 結語(yǔ)

本文針對機場(chǎng)噪聲特點(diǎn)，對隔音量為60dB、本體噪音為20dB的超靜音隔音測試箱，在其洞口搭配不同配置的真空玻璃作為觀(guān)察窗，在距離抽樣機場(chǎng)起飛點(diǎn)3km，距離跑道中心線(xiàn)400m的密集居住區附近，對隔音箱內外的噪聲進(jìn)行隔聲性能測試分析。研究結果表明：

(1) 對于機場(chǎng)周?chē)煌瑱C型所造成的噪音量變化趨勢基本一致，噪音量均在85~90d之間，聲源噪音高噪音量頻譜分布在3150Hz以?xún)取?/span>

(2) 經(jīng)過(guò)對不同玻璃隔聲頻譜測試分析，真空玻璃隔聲性能與機場(chǎng)降噪需求匹配度較高。對于機場(chǎng)噪聲，相同質(zhì)量玻璃結構隔聲性能真空玻璃(5T+0.3V+5T)>夾膠玻璃(5T+0.76P+5T)>中空玻璃(5T+12A+5T)，實(shí)測隔聲量分別為40.6dB、36.3dB、31.5dB。

(3) 為提高真空玻璃機場(chǎng)降噪能力，可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：a)提高全頻段隔聲性能同時(shí)著(zhù)重提高中高頻隔聲性能；b)弱化吻合谷效應或將吻合谷推后到人耳不敏感頻段即4000Hz以上。通過(guò)對真空玻璃復合阻尼材料、復合中空層、調整玻璃總厚度及優(yōu)化多層玻璃板厚度排布方式，優(yōu)選出了適用于機場(chǎng)降噪的玻璃配置為真空復合玻璃A-Mute1。距離抽樣機場(chǎng)起飛點(diǎn)3km，距離跑道中心線(xiàn)400m的密集居住區附近，實(shí)測平均隔聲量可達50dB，能夠保證試驗箱內噪聲量不超過(guò)40dB，滿(mǎn)足了建筑標準要求的白天室內≤45dB要求。

基于本文的研究結果，針對對機場(chǎng)周?chē)ㄖ慕翟�，采用結構合理的真空復合產(chǎn)品，配合高靜音門(mén)窗，將在機場(chǎng)建筑降噪方面將有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]俞悟周,王佐民.飛機噪聲對辦公樓室內的影響評價(jià)和降低[J].環(huán)境工程,2008,26(S1):279-282.

[2]張青，閆國華，方括． 機場(chǎng)附近的噪聲環(huán)境和住宅的隔聲改造［J］． 振動(dòng)與噪聲控制，2011( 2) : 75-80

[3]王英,陳洋,郭戈.既有住宅建筑隔聲降噪改造標準解讀及案例[J].住宅科技,2017,37(10):24-28.

[4]中華人民共和國國家標準，民用建筑隔聲設計規范 GB 50118-2010，北京 ：中國建筑工業(yè)出版社 ，2010，8-18.

[5]中華人民共和國國家標準，建筑隔聲測量規范 GBJ75- 84，北京 ：中國建筑工業(yè)出版社 ，1985，3-16.

[6]Lord  Rayleigh.  Theory of  Sound[M].  2nd  edition.  Cambridge： The  Cambridge University Press,1896: 273-295

[7]王卓. 真空玻璃隔熱隔聲性能研究[D].東北大學(xué),2012.