住宅門門底密封條隔聲改善性能研究

李圣明，王鵬軍，黃程偉，謝曉東

(1. 上海建科檢驗有限公司，上海201108；2. 國家建筑工程材料質量監督檢驗中心，上海201108)

0 引 言

近年來，出于對噪聲防護與語言私密性的需求[1]，人們對住宅建筑的隔聲性能越來越重視。隔聲性能差的住宅更容易受到外界噪聲的侵擾，長期生活在噪聲水平高的住宅內，會使居民受到心理甚至生理上的損害。房間的隔聲性能需要全部的圍護結構共同作用，一旦出現隔聲的薄弱環節，則可能導致整個房間的隔聲效果大幅下降。

門作為住宅中最常見的可活動建筑部件。由于其特殊的可開啟和可通行的需求，門的密封性能成為了制約門隔聲的主要因素。門扇兩側與頂部，通過橡膠密封條，可以較為方便地增強其密封性能。而出于安全等因素[2]，住宅門通常不設門檻，這樣就會使門底產生一定的縫隙，盡管這個縫隙一般在幾毫米至十幾毫米之間，但會極大的影響門的隔聲性能[3]。除了帶有門檻的專業隔聲門和具有自落門底的高端門，普通住宅門對門下縫的密封都普遍沒有約束，一旦出現了隔聲性能差的問題，則難以解決。崔程勛[3]對門縫不做處理時的漏聲情況進行了研究，驗證了Gomports公式在門+門縫整體隔聲計算中的準確性。Hongisto[4-5]等對木門和鐵門在不同密封形式下的門縫漏聲進行了研究，優化門扇企口等措施可以對門的隔聲密封性能起到幫助。對于住宅門，一般不會采用這類專業的門縫處理手段，而是會選用市場上常用的門底密封條進行簡單的處理，這類門底密封條的隔聲改善性能，對于住宅門的隔聲優化具有重要的意義。

1 門扇與門下縫的傳聲原理

聲音分別通過門扇和門縫傳播，令門縫的透射系數為τ1，面積S1，門扇的透射系數為τ2，面積S2，則整個門系統的隔聲量R可表示為

門扇的透射系數可由式(2)與式(3)獲得，或通過實驗室檢測數據得到。式(2)為隔聲質量定律的經驗公式，當隔聲構件為單層均質薄板時，該公式具有很好的實用性[6]。

式中：m為門扇的面密度，單位kg·m-2；f為頻率，單位Hz。

其中，門扇的透射系數τ2可由實驗室檢測得到，而門縫的透射系數，可根據Gomports的矩形縫隙透聲系數理論計算得到[7]，矩形縫隙的透射系數τ1可表示為

式中：X=d/w(d為縫隙的深度，w是縫隙的寬度，單位m)；K=kw(k為波數)；p為入射聲場的特性參數，混響聲場時 p=8；n為縫隙位置參數，門下縫對應的n=1；e表示末端修正，可表示為

2 實驗設計

根據國家標準《聲學建筑和建筑構件隔聲聲強法測量第2部分：現場測量》(GB/T 31004.2-2014)中的方法[8]，對一扇普通木門進行了隔聲效果檢測。木門尺寸為800 mm×2 000 mm，門扇與門框之間使用了橡膠密封條進行了密封，門洞龕深為 15cm。門下縫隙尺寸為800 mm×12 mm，門扇厚50 mm。實驗室采用兩軸位移控制器與愛華聲強測量系統，實現了掃描法與離散點法的全自動控制檢測，降低了測量時間，提高了位置精度。為了更顯著地看出木門縫隙漏聲現狀與密封條處理效果，本次測量采用離散點法，并根據離散測量結果繪制了隔聲分布圖。實驗中，每個離散點之間相距 10 cm。初始點距門框一側 5 cm，距地面 5 cm，每個測點測量時長為20 s。每種工況共計測量133個離散點。

3 門下縫透聲研究

門下縫在不做處理時，透聲系數可采用Gomports的理論公式進行計算。本次實驗門扇的面積為 160 dm2，門下縫的面積為 0.96 dm2，面積比為 167倍。在使用式(1)的綜合隔聲量公式進行驗證時，大量通過門扇透過的聲能將參與計算，從而弱化了驗證實驗的效果。利用聲強法獲得的離散隔聲量結果，選取適當的參與計算的門扇面積，可以降低該問題的影響。

根據不做處理門縫隔聲檢測結果，將隔聲量比門中心位置低9 dB及以上的區域，視作受門縫漏聲影響大的區域。利用這些區域得到的離散聲強檢測結果，計算得到該區域內，主要受門下縫透射聲能影響的隔聲量實驗檢測結果R′slit。在理論計算中，因為選擇區域的總透射聲能主要是門下縫透射聲能貢獻的，因而可以忽略門扇的透射聲能，令τ2=0，門縫附近隔聲量可由式(6)確定：

式中，Rslit表示比門中心區域隔聲性能低9 dB區間的隔聲量，Sslit表示比中心區域隔聲量低9 dB及以上區域的面積。τ1為Gomports理論得到的門下縫透聲系數。

與聲壓法(GB/T 19889.3-2005)隔聲檢測[9]過程中利用門扇+門縫的整體隔聲量來預估結果的方法相比，本方法在離散點聲強法檢測的基礎上，對門下縫影響的范圍進行了限定，減小了計算過程中門扇透射聲能的影響，提高門縫漏聲在計算中的權重，從而提高理論公式驗證精度。同時這種驗證方法不需要對門扇進行單獨的隔聲檢測，對實驗條件要求也相對較低。將該方法獲得的理論結果Rslit與試驗結果R′slit相比較，結果如圖 1所示，可得Gomports的縫隙透聲理論在125～4 000 Hz間具有較高的精度。在除 2 500 Hz附近的共振頻率外，平均偏差2～3 dB。而在2 500 Hz附近的共振區域出現了較大的偏差，使理論結果比實際結果要低10 dB以上。崔程勛[3]的研究中也發現了類似的問題。一個可能的原因是公式中缺少阻尼因子導致的，阻尼的引入可以有效地平緩共振頻率的峰谷現象[10]，適當地增加阻尼的影響，可以使理論值更加符合實驗結果。

圖1 門縫隔聲理論與實驗結果對比Fig.1 Comparison between theoretical and experimental results of the sound insulation of door slit

4 門底密封條隔聲改善效果研究

在驗證完Gomports的理論模型后，采取門底密封條對門縫進行了處理，實驗中分別采用單層橡膠門底條、貼地門底壓條、防鼠門底毛條、發泡棉門底密封條、多層橡膠門底條和門底毛刷條對門縫進行試驗，各自圖片、類型、特點如圖2和表1所示。

表1 實驗用6種門底密封條的安裝方式與特點Table 1 Installation method and characteristics of the six kinds of sealing strips

圖2 實驗中采用的6種門底密封條Fig.2 Six kinds of sealing strips adopted in experiment

采用聲強法分別對6種門底密封條的隔聲性能進行檢測。并根據6種門底密封條的檢測數據(低頻 125 Hz、中頻1 000 Hz、高頻4 000 Hz和A聲級的離散隔聲量數據)進行隔聲效果分布圖的繪制。和總體隔聲量檢測方法相比，采用這種檢測方法可以更加直觀準確地觀察到縫隙對構件隔聲效果影響。同時，通過觀察和分析，能夠為改善門底密封條的隔聲性能帶來了更好的幫助。圖 3～6為門縫不作處理與采用6種隔聲密封條時的離散隔聲分布情況。令單位面積的入射聲能為 1，則總透射聲能W可用式(7)來反映：

圖3 門底密封條低頻(125 Hz)隔聲分布圖Fig.3 Sound insulation distribution at low frequency(125 Hz)after installing the sealing strips at the bottom of the door or not

式中，Ri為隔聲分布圖所示隔聲量，單位dB；Si為Ri所對應的區域面積。

式(7)中的區域應選擇主要影響范圍，即隔聲量應顯著小于門扇中央位置隔聲量的區域。利用該公式，可以明確每個門底密封條的透射情況。

圖3為低頻125 Hz時的隔聲分布情況。低頻聲波的衍射能力最強，因而門縫透聲的影響范圍也最大，在門底60 cm以上的區域仍能明顯地看出其隔聲的漸變情況。根據其隔聲分布情況，低頻125 Hz在使用門底密封條之后，縫隙處的隔聲量有 1～4 dB的提升。其中發泡棉門底密封條低頻提升效果最好，提高了近4 dB。單層橡膠門底條的提升效果最差，僅提高1 dB。其他四種密封條對低頻的提升效果接近。

圖4為中頻1 000 Hz時的隔聲分布情況。相比于低頻時的聲波衍射情況，中頻的衍射現象顯著下降，在門底30 cm左右的區域，便不再有顯著的隔聲漸變現象。中頻隔聲表現最佳的仍是發泡棉門底密封條，縫隙處隔聲量提升約7 dB，其他的門底密封條隔聲量提升約3～4 dB。

圖4 門底密封條中頻(1 000 Hz)隔聲分布圖Fig.4 Sound insulation distribution at mid frequency(1 000 Hz) after installing the sealing strips at the bottom of the door or not

圖5為高頻4 000 Hz時的隔聲分布情況。與中頻相類似，在門底30 cm以上的區域，已經不能顯著地觀察出隔聲的漸變情況。使用發泡棉門底密封條密封后，已經看不出下縫漏聲的跡象。防鼠門底毛條、多層橡膠門底條和門底毛刷條在高頻都有著良好的隔聲表現，在門縫的中心區能夠提高 8 dB左右的隔聲性能。而單層橡膠門底條和貼地門底壓條的改善性能僅有1～3 dB。

圖5 門底密封條高頻(4 000 Hz)隔聲分布圖Fig.5 Sound insulation distribution at high frequency(4 000 Hz) after installing the sealing strips at the bottom of the door or not

圖6為A計權聲級的隔聲情況，反映的是門內外綜合聲衰減的分布。所有的門底密封條都對隔聲有一定的改善，縫隙處的改善量在 2～6 dB，表現最好的仍是發泡棉門底密封條。表現較差的是單層橡膠門底條。

圖6 門底密封條A計權(125～5 000 Hz)隔聲分布圖Fig.6 A-weight sound insulation distribution (125～5 000 Hz)after installing the sealing strips at the bottom of the door or not

圖7是不作處理與分別使用6種門底密封條后的門總體隔聲量情況。結合圖3～6與圖7所表現的隔聲效果，每種門底密封條對門的隔聲性能都有一定的優化作用，但各自作用的頻率、影響范圍都有所不同。

圖7 幾種門底密封條整體隔聲效果Fig.7 The overall sound insulation effects after installing the sealing strips at the bottom of the door or not

單層橡膠門底條的結構簡單，由單層橡膠組成，其本身的隔聲量偏低，同時在門扇開關移動的過程中，會向內外翻折，形成一定的縫隙無法填補，使之在2 000 Hz附近出現了一定的由縫隙漏聲引發的共振現象；多層橡膠門底條本身的構件比單層橡膠門底條的隔聲效果更好，多層橡膠門底條選用了質地更加堅硬的橡膠，門開關移動后，不會形成較大的側縫，因而側縫引起的共振現象得到了改善。對比單層橡膠門底條與多層橡膠門底條，也可以看出門底密封條本身的隔聲性能在門下縫隔聲改造中起到關鍵的作用。多層橡膠門底條分別由雙層和三層橡膠組成，面密度約是單層橡膠的2倍，根據式(2)計算可得，多層橡膠門底條的隔聲量比單層橡膠密封條高 5 dB。實測采用多層橡膠門底條情況下，隔聲量比單層橡膠門底條隔聲量高2～3 dB。

貼地門底密封條安裝在門底，其頂部與門扇的底部接觸并不緊密，且貼地門底密封條本身是由軟質橡膠制作，其本身隔聲量偏低，但貼地門底密封條在1 000～3 150 Hz的區間內具有很好的隔聲優化表現，在門下縫較小時，該密封條應有更好的隔聲效果。

防鼠門底毛條和門底毛刷條在其底部均有毛刷的構造，其在各頻段的隔聲優化表現也十分相似。門底毛刷條具有一定的高頻吸聲效果，在中低頻時，由于聲波衍射現象，毛刷條不能有效地反射聲波，而高頻時可以阻擋聲波的透射，同時吸收一部分聲能，因此這種帶毛刷條的門底密封條的中低頻表現一般，高頻時的隔聲改善效果較好。毛刷類的門底密封條，看似密封效果不佳，但對隔聲仍能起到一定的改善效果。對比防鼠門底毛條和門底毛刷條，兩者分別在門縫底部留有5 mm和12 mm的毛刷鏤空高度，刷毛密度相近。兩種毛底密封條的聲能透射系數相近，可見毛刷類門底密封條的隔聲改善性能與毛刷的高度關系較小。

發泡棉密封條由兩個圓柱形的發泡棉組成，獨特的結構使其夾在門底時，得到了很好的密封效果，發泡棉本身也具有良好的吸聲效果[11]，聲波在透過發泡棉時，大量轉化為熱能，透射的聲能得到了極大的衰減，該材料在全部的實驗樣品中隔聲改善效果最佳。

5 結 論

本文對6種門底密封條的隔聲改善效果進行了研究。門底密封條的隔聲改善與其密封性能、吸聲性能和本身的隔聲量都有關。其中多孔類材料的隔聲改善效果表現優秀，隔板類的表現較差，毛刷類、復合類的表現尚可、門底壓條類的表現一般。普遍表現為低頻改善量差，中頻一般，高頻較好。總體隔聲改善效果在 2～6 dB，不同門底密封條在一些特定頻率的改善效果甚至高于6 dB。

住宅及家用用途中，選擇這類門底密封條提高隔聲量時，不僅需要考慮隔聲改善情況，還需要根據美觀性、開關便捷性、安全性和價格因素等各方面進行綜合考量。