大厚度差真空玻璃隔声特性研究_车奕辰.pdf

第 41 卷第 6 期2022 年 12 月Vol.41,No.6Dec.,2022声学技术Technical Acoustics大厚度差真空玻璃隔声特性研究车奕辰(华东建筑设计研究院有限公司 声学及剧院专项设计研究所，上海 200011)摘要：Cabrera和Nugroho等人对3v3(3 mm单层玻璃+0.2 mm真空层+3 mm单层玻璃)、3v5以及5v5构造的真空玻璃进行了研究，结果表明真空玻璃的隔声特性符合薄板隔声理论，但10 mm单层玻璃较符合厚板隔声理论。因此需进一步研究当真空玻璃的厚度进一步增大后的隔声特性。文章增加真空玻璃厚度至3v10，采用现场声强测量法进行隔声测量，基于Davy和Sharp隔声理论建立了隔声模拟模型，对实测和模拟特性进行对比分析。结果表明，3v10真空玻璃的隔声特性更符合厚板隔声理论。与3v5真空玻璃相比，3v10真空玻璃的计权修正表观隔声量未明显提高，但有助于降低现场隔声等级隔声最低值与评价量之间的差值。关键词：大厚度差；真空玻璃；现场声强测量；厚板；隔声特性中图分类号：TU112 文献标志码：A 文章编号：1000-3630(2022)-06-0903-06Study on the sound insulation characteristics of vacuum insulat-ing glazing with large thickness differenceCHE Yichen(Acoustical and Theater Design&Research Studio，East China Architectural Design&Research Institute Co.，LTD，Shanghai 200011，China)Abstract:Cabrera and Nugroho et al.studied the sound insulation characteristics of 3v3(3 mm transparent glass+0.2 mm vacuum layer+3 mm transparent glass),3v5,and 5v5 vacuum insulating glazing.The results show that the vacuum insulating glazing follows the thin panel theory,but the 10 mm single pane glass is more in line with the thick panel theory.Therefore,the sound insulation characteristics of vacuum insulating glazing need to be studied when the thickness of the glass is further increased.In this paper,the thickness of the vacuum insulating glazing is increased to 3v10,and the sound insulation measurements are carried out by the field sound intensity measurement method.A sound insulation simulation model based on Davy and Sharps theory has been developed to compare the measured and simulated characteristics.The results show that the sound insulation characteristics of 3v10 vacuum insulating glazing follow the thick panel theory.Compared with 3v5,the weighted modified apparent sound intensity reduction index of 3v10 vacuum insulating glazing is not improved obviously,but it is helpful to reduce the difference between the lowest value and rating value of field sound transmission class.Key words:large thickness difference;vacuum insulating glazing;field sound intensity measurement;thick panel;sound insulation characteristics0引 言自20世纪90年代真空玻璃诞生至今，科学家和工程师们对其的研究一直持续至今。如图1所示，真空玻璃主要由两块玻璃面板和高硬度支撑柱等构件组成。由于大气压力的影响，通常每平米的真空玻璃中均匀放置着约2 600个直径为0.5 mm、高度为0.150.25 mm的高硬度支撑柱1。在热工方面，真空玻璃避免了传统双层玻璃存在的传热系数较低的问题。真空玻璃通过真空层有效地降低传热系数实现室内隔热。一般实心砖墙的传热系数U约为2 W m-2 K-1，传统的单层玻璃的U约为5.3 W m-2 k-1，双层玻璃的U约为2.5 W m-2 K-1，而真空玻璃的U可低至0.2 W m-2 K-1。Erdem和Pinar提出如果针对2 560万用户家庭进行改造，每年大约可以减少4 000万吨的碳排放2。由此可见真空玻璃拥有着优异的热工性能。在声学特性方面，虽然真空环境可以隔绝声音的传播，但声音仍会通过支撑柱传递，实际测量效果不如预期。Cabrera等3-4在对等厚真空玻璃3v3(3 mm单层玻璃+0.2 mm真空层+3 mm单层玻璃)和引用格式：车奕辰.大厚度差真空玻璃隔声特性研究J.声学技术,2022,41(6):903-908.CHE Yichen.Study on the sound insulation char-acteristics of vacuum insulating glazing with large thickness differenceJ.Technical Acoustics,2022,41(6):903-908.DOI:10.16300/ki.1000-3630.2022.06.016收稿日期:2022-07-25;修回日期:2022-08-15基金项目:上海市科委科研计划项目(19DZ1201303)。作者简介:车奕辰(1990)，男，陕西汉中人，硕士研究生，工程师，研究方向为建筑声学。通信作者:车奕辰，E-mail：2022 年声学技术5v5的研究中指出真空玻璃较好的符合了薄板隔声特性，整体隔声特性与中空玻璃类似，吻合谷及以上频率的隔声特性仅与单片玻璃板相关。在与10 mm单层玻璃对比时发现，5v5的等厚真空玻璃计权隔声量略低，不仅粉红噪声隔声修正量偏低2 dB，而且交通噪声隔声修正量也偏低1 dB。随后Nugroho在Cabrera等人的基础上对3v5非等厚的真空玻璃进行了研究，进一步证明了非等厚真空玻璃的隔声特性符合薄板隔声特性，并且吻合谷及以上频率的隔声量仅与构造中较厚玻璃相关。通过对比发现，5v5等厚真空玻璃计权隔声量与3v5非等厚真空玻璃的计权隔声量相当，5v5的交通噪声隔声修正量高于3v5真空玻璃1 dB5。值得注意的是，Cabrera等人的10 mm单层玻璃隔声数据显示似乎更符合厚板隔声理论，因此当真空玻璃的厚度进一步增大，隔声特性是否仍符合薄板隔声理论需进一步研究。本次研究增加真空玻璃的厚度至3v10，采用现场声强测量法对6 mm单层玻璃和3v10真空玻璃进行隔声测量，利用Davy和Sharp隔声理论建立模型，研究了6 mm单层玻璃、10 mm单层玻璃和3v10真空玻璃隔声特性，并分析了增加较厚玻璃的厚度后的隔声量变化。1基本原理当声音被阻隔时，部分声能会被反射，部分声能会被吸声，部分会通过玻璃继续传播。如式(1)所示，传输损失可通过入射的声能Ei与透射后的声能Et计算得出：LT=10lgEiEt(1)其中，LT是声音传输损失；Ei是入射声能；Et是透射声能。1.1质量控制实际情况中，传输损失与声音的入射角度相关。Sharp的研究发现当=78时，隔声预测与实际测量具有良好的一致性，这个角度也被称为临界角度6。传输损失值可用式(2)计算得出：LT=10lg 1+(ms3.6 c)2(2)式中：是径向频率，ms是面密度，是空气密度，c是空气中声音传播的速度。需要注意的是，Sharp的模型可以准确预测薄板情况下在质量控制区的传输损失，当板变厚和变硬之后，质量定律预测的传输损失会低于实际测量值。此外，由于实际板并不是无限延伸的，而Sharp模型对板的预测却是基于无限大的7-8。与Sharp理论不同的是，Davy提出的算法更加精确的考虑临界角度的影响，得出了预测与实际测量契合度较高的模型9-10。临界角度L与面板大小的关系可通过式(3)进行计算：cos2L=0.9,2A0.92A,2A0.9(3)其中：A 是面板的面积，是所在频率的波长。Davy在考虑质量控制区的传输损失时，采用0.8倍的吻合频率为临界频率，当频率0.8倍的吻合频率时，传输损失的计算可参考式(4)、(5)11：LT=20lga-10lg ln(1+a21+a2cos2L)(4)a=(fmsc)1-(ffc)2(5)式中：ms是面密度，是空气密度，c是空气中声音传播的速度。1.2阻尼控制由于吻合频率的关系，材料的隔声量会大幅降低，因此该区间也是计算隔声量是否满足所需求的关键点。其中吻合频率可由式(6)计算得出12：fc=c22h12()1-2mE(6)其中：为泊松比，E为杨氏模量，h为面板厚度，m是材料密度。根据Fahy的研究，其在Sharp基础上提出了式(7)，用于计算出吻合频率附近的传输损失13：LT=20lg(fcmsc)+10lg 2(ffc)(7)其中：ms是面密度，是损失系数，f是三分之一图1 真空玻璃构造图1Fig.1 Vacuum insulating glazing structure diagram1904第 6 期车奕辰：大厚度差真空玻璃隔声特性研究倍频程中心频率。Davy在Fahy的研究基础上进行了优化，在计算阻尼控制区的传输损失时同时采用了式(7)、(8)。1.3剪力控制超过吻合频率之后厚板与薄板的隔声差异性开始体现，由于声音透过墙壁的传播主要是通过剪切波和压缩波共同激发产生的，而薄板受到纯压缩波的影响可以忽略不计。Sharp研究发现，当构件的厚度未超过剪切频率时，受到剪切波和压缩波的共同影响，每倍频程传声损失约为9 dB；当构件的厚度超过剪切频率时，则主要剪切波占主导地位，每倍频程传声损失约6 dB。Davy在其研究中并未采用剪力频率，而是以1.7倍的吻合频率为临界点，当频率大于或等于1.7倍吻合频率时，传输损失可根据式(8)计算得出：LT=20lg(fcmsc)+10lg 2(ffc-1)(8)1.4隔声模型建立相关研究表明Davy隔声理论对于低频的预测更准确，Sharp隔声理论对吻合频率的预测更准确，因此本次研究结合Davy和Sharp隔声理论建立了隔声模拟模型。隔声模型的建立主要参考了式(4)、(7)、(8)，并结合了本次实验以及 Cabrera 与 Nugroho等人真空玻璃的测试数据，可利用式(9)预测真空玻璃的隔声特性：LT=20lga-10lg ln()1+a21+a2cos2L,f0.8fca=f(mT+mt)c 1-()ffc220lg f(mT+mt)2c+