基于響度級差的建筑構件空氣聲隔聲評價初探

胡 峰 趙越喆

(華南理工大學建筑學院亞熱帶建筑科學國家重點實驗室，廣東 廣州 510640)

0 引言

隨著我國建筑行業的發展，建筑隔墻的種類和構造越來越多樣化，建筑隔墻空氣聲隔聲性能越來越受到重視。現行GB/T 50121—2005建筑隔聲評價標準[1]采用計權隔聲量作為建筑構件空氣聲隔聲單值評價量。但研究發現，該基于聲壓級差的單值評價量與主觀感受到的隔聲量不一致,合適的隔聲評價參量應能充分反映不同類型噪聲經隔聲后的主觀隔聲量變化，即噪聲經隔聲后主觀感知量的降低。

Rasmussen[2]對不同隔聲評價參量進行比較后發現，低頻對主觀隔聲量有較大影響，認為基于心理聲學的參量更適用于隔聲評價，人耳對噪聲的主觀感知不僅與其強度有關，還包含頻譜、掩蔽等一系列心理聲學特征，而響度較聲壓更直接反映這些特征對聽覺的影響。金瑞等[3]研究了隔聲評價參量與特定噪聲類型的相關性，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差，經煩惱度主觀評價實驗，表明隔聲響度級差較基于聲級差的隔聲評價量與煩惱度之間有更高的相關性。趙忠峰等[4]在對空調噪聲的響度計算分析中指出，在度量低頻成分為主的離散噪聲和語音頻率范圍噪聲時,基于聲級差的隔聲單值評價量會產生誤差,使評價結果偏離人的主觀感覺。本文基于Zwicker響度模型，在空氣聲隔聲實驗室內，在聲源室不同聲級條件下，對某建筑構件的空氣聲隔聲響度級差進行測量，并與計權隔聲量的測量結果進行對比分析，探討隔聲響度級差模型在建筑墻體隔聲評價中的適用性。

1 Zwicker響度模型

1933年Fletcher[5]提出響度概念，并給出由信號頻譜計算響度的過程。該方法適用于具有連續譜噪聲信號響度的確定。此后又有諸多學者提出新的響度算法和計算模型，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模型最大的創新之處在于提出了激勵級，并在Bark域加入掩蔽效應。ISO 532—1[6]中給出了Zwicker響度的計算方法。主要計算過程為：

1)利用FFT變換將聲音信號轉換到頻域，得到對應頻率成分的聲壓級。

2)進行1/3倍頻程濾波，計算25-12.5 kHz共28個1/3倍頻帶的頻帶聲壓級。

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

4)模擬外耳中耳傳遞函數并根據聲場類型(自由場或混響場)確定是否考慮混響場衰減，再按式(1)計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，特征響度被轉換到Bark域。

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

(1)

式中：E(z)——臨界頻率的激勵值；

EQT(z)——絕對聽閾下的激勵值；

N0≈0.068(sone/Bark)；

E0——1 kHz 40 dB聲級的參考響度；

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。

2 隔聲響度級差及計權隔聲量測量

隔聲響度級差測量在華南理工大學亞熱帶建筑科學國家重點實驗室的空氣聲隔聲實驗室中進行。該實驗室經HOKLAS認證，符合GB,ISO及ASTM標準中關于空氣聲隔聲實驗的環境要求。測試所用儀器包括B&K2250和B&K2270聲分析儀，B&K4231聲校準器，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聲器等。

將面積為10.5 m2的輕質石膏板墻試件砌于隔聲實驗室洞口內，見圖1。聲源及測點布置見圖2，聲源室布置兩個聲源點，聲源室和接收室各布置5個測點。利用B&K2270聲分析儀同時測量聲源室和接收室兩側的聲壓級，再測量接收室的混響時間。在相同條件下用B&K2250測量聲源室和接收室的響度級。

被測試件的隔聲量R按下式計算：

(4)

S——試件面積，m2；

A——接收室吸聲量，m2，由式(5)計算:

(5)

式中：V——接收室容積，m3；

T——接收室的混響時間，s。

同時測得聲源室和接收室的響度級，再由式(6)計算響度級差。

(6)

3 結果分析

調節功率放大器的輸出功率，在聲源室的聲級分別為100 dB和85 dB的情況下，進行測量。在這兩種聲源室噪聲級水平下，測得的待測構件空氣聲隔聲頻率特性曲線如圖3所示，兩者相同，兩種情況下的計權隔聲量均為45 dB。計權隔聲量不受噪聲源聲級的影響。

在聲源室的聲級分別為100 dB和85 dB的情況下，各測點的響度級見表1。可以看出，當聲源室內噪聲源聲級從85 dB增加到100 dB時，隔聲響度級差從35.85 phon降低為32.80 phon，可見聲源聲壓級的不同對隔聲響度級有一定的影響。

表1 聲源室不同噪聲級水平下聲源室和受聲室的響度級 phon

4 結論

在空氣聲隔聲實驗室內，在聲源室不同噪聲級水平下，對某石膏板墻的計權隔聲量和隔聲響度級差的測量結果發現，基于隔聲響度級差模型的隔聲評價參量與現行的基于聲壓級差的計權隔聲量的評價效果存在差異。計權隔聲量與聲源室的噪聲級水平無關，而隔聲響度級差與聲源室的噪聲級水平有關。響度級差可同時反映墻體隔聲頻率特性和噪聲級水平對隔聲效果的影響。