玻璃窗透聲的基本知識

玻璃窗透聲的基本知識2008年04月12日來源：中國玻璃機(jī)械網(wǎng)［進(jìn)入論壇討論］編輯：玻璃機(jī)械網(wǎng)關(guān)鍵詞：玻璃窗中空玻璃夾膠玻璃

引言

玻璃窗的主要功能，是提供室內(nèi)采光和向外的視線，除此之外，還起隔聲作用。人們

之所以關(guān)心玻璃窗，不僅僅由于它用于建筑物的外立面，而且還涉及到建筑物的內(nèi)部如辦

公室門與門之間、錄音室的隔斷等等。窗戶的聲音透射通常影響建筑的整體隔聲效果。

支配窗戶聲透射的物理定律與支配建筑墻體聲透的物理定律相同，但玻璃窗實(shí)際的噪

音控制程度還要受玻璃本身的性質(zhì)和窗戶的安裝特點(diǎn)的影響。例如，增加玻璃的厚度在大

多數(shù)頻率區(qū)間都可以提高隔聲量，但是玻璃的剛度卻限制了隔聲量的提高。使用多層玻璃

（雙層和三層）在大多數(shù)頻率處可以降低噪音，但這取決于玻璃之間的隔離方式。

隔聲量是用來測量在某一頻率范圍的降噪程度的標(biāo)準(zhǔn)尺度。本文中使用的單位是在北

美廣泛使用的單一的數(shù)值單位，即聲透射系數(shù)STC。盡管使用聲透射系數(shù)對評定建筑物的某些聲源的降噪效果，比如如人的說話聲音一般

來說，是令人滿意的，但是，使用聲透射系數(shù)來評定較低頻率的聲源來說，卻不大適用。

因?yàn)?，大多?shù)室外噪音源如飛機(jī)和公路上的交通車輛都位于這一區(qū)間，僅僅用聲透射系數(shù)

來評定建筑物的外立面的降噪程度，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。密封單層玻璃窗

從理論上看，如果玻璃剛度的作用忽略不計(jì)的話，大片單層玻璃的聲頻或質(zhì)量每增加2

倍，其隔聲量增加6dB。盡管單層玻璃的隔聲量在某些頻率處基本服從“質(zhì)量”定律,但是由

于玻璃本身的剛度和窗戶玻璃的面積有限，卻導(dǎo)致了玻璃的隔聲量偏離質(zhì)量定律的規(guī)定。

圖1.密封單層玻璃窗的隔聲兩曲線。圖1描繪的是兩個(gè)不同厚度的密封單層玻璃的質(zhì)量定律曲線和實(shí)際隔聲量曲線。質(zhì)量

定律曲線顯示的隔聲量變化隨著頻率的增加大于實(shí)際測量窗戶的隔聲量。在低頻處，實(shí)際測量的隔聲量高于相對應(yīng)的質(zhì)量定律曲線：這是因?yàn)榇皯裘芊獠牧系?/p>

吸聲和相對于聲波波長的窗戶尺寸所導(dǎo)致的。一般來說，這些影響對于大片玻璃如玻璃墻

隔斷來說是微不足道的。玻璃隔聲量的大小取決于窗戶的尺寸、形狀以及窗戶是如何安裝

在窗戶框內(nèi)的。使用彈性密封材料（如氯丁橡膠密封條）可提高玻璃在低頻處的隔聲量3

到5dB。在較高頻率處，實(shí)際測量的隔聲量降到對應(yīng)的質(zhì)量曲線以下。實(shí)際測量隔聲量的這種

大幅度下降通常被稱為“符合頻率下垂”（coincidencedip）。導(dǎo)致符合頻率下垂的原因是

由玻璃板內(nèi)的彎波造成的。符合頻率下垂發(fā)生的頻率與玻璃的厚度成反比。2mm厚玻璃

的符合頻率下垂接近于500kHz，而18mm厚的玻璃的符合頻率下垂發(fā)生在頻率為50Hz

處。從圖1可見，由于符合頻率下垂的作用，在頻率500Hz處，18mm厚玻璃的隔聲量事

實(shí)上比4mm厚玻璃的隔聲量要小。在頻率200Hz以上，實(shí)際測量的18mm厚玻璃的隔聲

量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于用質(zhì)量定律所表示的隔聲量曲線。由于符合頻率下垂的影響，緊緊靠增加玻璃

厚度對單片玻璃的聲透射系數(shù)的影響是十分有限的。在符合下垂頻率之上，夾膠玻璃的隔聲量較之同等厚度的單片玻璃大得多。夾膠玻璃得隔聲量曲線在符合下垂頻率以上十分接近質(zhì)量定律曲線。這種隔聲量得改善顯然是得益于玻璃之間的彈性膠片產(chǎn)生的阻尼（振動(dòng)能耗散）。但必需注意，這種阻尼是溫度的函數(shù)。在加拿大北部寒冷的冬天，夾層玻璃的隔聲量的增加幅度會(huì)大幅度的下降。雙層中空玻璃雙層中空玻璃的隔聲量主要取決于兩片玻璃之間的空氣層厚度。圖2描繪的曲線表示中空玻璃的隔聲量隨空氣層的增加而增加。圖中的曲線顯示，中空玻璃空氣層每增加2倍，其聲透射系數(shù)就大約增加3。此外，該圖還顯示，聲透射系數(shù)還隨著玻璃的厚度增加而增加。圖2.窗戶的透聲系數(shù)（STC）和雙層中空玻璃窗空氣層間距之間的關(guān)系。聲透射系數(shù)(STC)與中空玻璃的空氣層距離的關(guān)系5 1U 20 50 lLij 2iu空氣層距離imi如果兩片玻璃之間的間隔小(小于25mm),則雙層中空玻璃的聲透射系數(shù)可能比相同

厚度的單片玻璃的聲透射系數(shù)僅僅高一點(diǎn)點(diǎn)(或事實(shí)上可能還要低一些)。之所以如此，

是因?yàn)閮蓪硬Ａеg的空氣像彈簧一樣將振動(dòng)能從一層玻璃傳到另一層玻璃上，從而導(dǎo)致

中空玻璃隔聲量的大幅度減少，這種現(xiàn)象稱為質(zhì)量－空氣－質(zhì)量共振。中空玻璃的共振

頻率可由下列公式求出：1150(t1+t2)1/2/(t1t2d)1/2式中，tl和t2分別表示兩片玻璃的厚度、d表示空氣層距離，單位為mm。一般來說,

在工廠種制作的密封中空玻璃的共振頻率位于200—400Hz之間。圖3描繪的是這類中空

玻璃共振頻率的下降恰恰處于這一區(qū)間。。天空中的飛機(jī)和路面上的交通車輛的絕大部分

聲能都處于該頻率范圍。通過增加空氣層的厚度和使用較厚的玻璃，這類共振頻率就可降

低，從而改善對這種噪聲源的隔音效果。圖3.小空氣層對中空玻璃隔聲量的影響。

在質(zhì)量－空氣－質(zhì)量共振頻率以下，雙層中空玻璃和相同厚度的單層玻璃的隔聲量相

同。在位于共振頻率以上時(shí)，中空玻璃的隔聲量較之其中單層玻璃的要大；當(dāng)空氣層每增

加2倍時(shí)，其聲透射系數(shù)的增加大約為3dB。

三玻中空玻璃與雙玻中空玻璃

盡管人們普遍認(rèn)為在雙玻中空基礎(chǔ)上增加一層玻璃對隔聲效果會(huì)起作用，但實(shí)際上除

非中間空氣層間隔相應(yīng)地增加許多的話，否則三玻中空玻璃與雙玻中空玻璃的隔聲效果基

本上是一致的。圖4描繪的是總厚度類似的雙玻中空和三玻中空玻璃的隔聲量比較曲線。

圖中的玻璃規(guī)格分別為，雙層中空玻璃：3mm+12mm+3mm,三層中空玻璃：3mm+6mm

+3mm+6mm+3mm,兩者的空氣層總厚度同為12mm。圖4.雙玻中空玻璃和三玻中空玻璃的隔聲量曲線。O1—I-—3O1—I-—3玻中空3+6+3+6+3ituil(STC31)J或玻中空3+12+3jtutl(STC31)10對 詢 頻率Hz1C從圖中可見，在低于質(zhì)量一空氣一質(zhì)量的共振頻率（約250HZ）時(shí)，三層中空玻璃的

隔聲量較三玻中空玻璃高3dB,這與質(zhì)量定律所預(yù)測的相一致，因?yàn)閺碾p玻到三玻，玻璃

窗的質(zhì)量增加了50％。在位于共振頻率以上的位置，兩條曲線幾乎完全一致。因此，三

玻和雙玻的聲透射級相同，即STC31。無論是雙玻中空還是三玻中空，除非它們的空氣層距離在25mm以上，否則三玻中空

的隔聲量與雙玻中空的隔聲量就十分近似。假定兩個(gè)雙玻中空玻璃，它們的質(zhì)量相同，但

其中一個(gè)的空腔很大，另一個(gè)較小。如果用后者替代前者中的一層玻璃的話，STC的增加

是十分有限的。玻璃窗降噪設(shè)計(jì)

除非對門窗的降噪要求特別大的話，否則人們一般就選用雙玻中空窗。雙玻窗的空氣

間隔必需相當(dāng)大，才足以達(dá)到大量降噪的要求。在雙玻中空和三玻中空玻璃中采用非對稱厚度的玻璃，其降噪效果較之相同厚度的玻璃的降噪量要大。圖2中的雙玻中空的玻璃厚為6mm。如果將其中的一片用3mm厚的玻璃來替代，其透聲系數(shù)與之替代前相比，相同或更大一些。中空玻璃中采用不同厚度的玻璃來降噪，是十分有效的一種方法，原因是，不同厚度的玻璃的聲音共振頻率是位于不同區(qū)間的。雙層玻璃的厚度比為1比2時(shí)，效果是最明顯的。從窗框的透射的聲能會(huì)限制中空玻璃的降噪效果，特別對隔聲量大的中空窗的影響更大。圖2中的STC數(shù)據(jù)取自于安裝在木質(zhì)窗框的中空玻璃，窗框的總厚度為40mm。實(shí)驗(yàn)表明聲音透過木窗框的能量是為不足道的，但對安裝在重量輕的金屬框的中空玻璃來說，STC是較低的，很明顯是由于聲音透過金屬窗框?qū)е缕涔舱裨斐傻?。一般來說，應(yīng)避免使用輕體的窗框材料。如果對降噪量要求很高的話，應(yīng)使窗框從結(jié)構(gòu)上看應(yīng)分離，與墻體接觸，從而避免聲能通過窗框的傳遞?？傊?，中空玻璃窗具有節(jié)能作用，應(yīng)該大力推廣。但是不能因?yàn)楣?jié)能，就認(rèn)為其降噪的結(jié)果就一定比單層玻璃窗好。切記住，影響二者的物理原理是不同的。影響的降噪的因

素包括，中空玻璃的安裝、空氣層內(nèi)所充的氣體、玻璃厚度、空氣層距離、窗戶邊緣部的

密封程度、玻璃種類（普通玻璃、夾層玻璃）、間隔條種類、邊部的