真空玻璃隔声性能分析

 真空玻璃自问世以来，一直备受关注[1]，从悉尼大学的物理实验室，到日本NSG公司和中国的新立基公司，都为真空玻璃的发展和产业化做出了重大贡献，目前真空玻璃的K值Zui低已经达到0.5w/m2·K以下。真空玻璃存在真空层，真空环境下没有气体导热、对流传热，也没有声传播，所以真空玻璃在隔热性能表现突出的同时，也具有良好的隔声性能。认识隔声性能，我们首先要了解噪声的特点，人耳对不同频率声音的敏感程度是不同的，而且不同环境下的噪声分布也是不同的，所以本文对真空玻璃在城市噪声环境下的隔声性能进行了分频段讨论，并对复合结构真空玻璃的隔声特点进行了分析。 
噪声的特点噪声的种类很多，和人类息息相关的城市噪声，严重影响着人类的生活质量，城市噪声主要分为生活噪声、交通噪声、设备噪声和施工噪声。门窗和墙体可以减少这些噪声，在建筑声学中，一般把200-300Hz或以下的声音称为低频声，把500-1000Hz的声音称为中频声，把2000-4000Hz或以 上的称为高频声[2] 。人耳Zui为敏感的频率是100-3150Hz的声音。交通噪声和设备噪声主要是中低频噪声，生活噪声在各个频段都有，施工噪声是间断性的。一般建筑的墙体隔声性能都比窗好，而窗的大部分面积是玻璃，所以玻璃的隔声性能是解决生活噪声的瓶颈问题。目前关于隔声窗的研究和产品很多，这些产品对高频的隔声性能很好，但由于中低频噪声的穿透能力强，这些产品对这个频段的隔声效果并不是很令人满意。而在人耳可以听到的频率范围内，中低频噪声又是Zui多、Zui常见的，如公路上汽车的噪声、轨道交通的噪声等，所以提高玻璃对中低频的隔声性能既是难点也是重点真空玻璃结构特点真空玻璃是由四周用钎焊料密封的两片玻璃构成，中间通过支撑物间隔出0.15mm厚的空间，此 空间通过抽真空，达到小于10-2 Pa的真空度，形成真空层。
 真空玻璃的结构  从研究真空玻璃的隔声性能分析，图1的结构主要有两个特点：1、两片玻璃之间是真空层，消除了空气这个声音传播所需的介质；2、支撑物的存在，成为真空层内唯一传声的通道—声桥。  声音的传播需要介质，无论是固体、液体还是气体都可以传声，但没有介质的真空环境下，声音却是无法传播的，因此真空玻璃的真空层有效的阻止了声音的传播。然而由于两片玻璃之间有刚性连接（支撑物），形成了声桥。第一面玻璃的振动通过支撑物传到第二块玻璃上，使第二面玻璃也随其振动， 支撑物的刚性越大，其振动传递能力越强，导致隔声性能下降的越多；而且支撑物的数量越多，声桥的影响就越明显，导致隔声性能下降的就越多。真空玻璃的隔声性能正是这两方面相 互影响的结果。实际真空玻璃产品的真空度已经达到10-2 pa，再提高真空度对隔声性能的提高收益 甚微 [3] ，必须通过减少支撑物的数量、接触面积以及改变支撑物材料来提高其隔声性能。  北京新立基真空玻璃有限公司是国内乃至世界上真空玻璃产业化的引领者， 2011年底将在北京亦庄经济技术开发区建成年产超过50万平方米的自动化真空玻璃连续生产线，真空玻璃产业化即将迈上一个新台阶。这条生产线生产的半钢化真空玻璃的支撑物间距较之前普通真空玻璃的支撑物间距有所增加，支撑物用量会减少一半以上，使得真空玻璃的隔声性能有了一定程度的提高。  4  真空玻璃隔声特点  4.1 真空玻璃与中空玻璃、夹层玻璃在隔声性能上的区别  表1中真空玻璃样品来自北京新立基真空玻璃技术有限公司，隔声量为国家建筑工程质量监督检验中心实测数据。中空玻璃和夹层玻璃的隔声性能数据来自viracon公司。真空玻璃隔声性能Zui高，其次是夹层玻璃，单片比真空和夹层玻璃还厚了2mm的中空玻璃，隔声性能Zui低。这三种玻璃的区别不仅仅是计权隔声量的高低，更重要的这三种玻璃在不同频率的隔声性能差别很大。  真空玻璃在低频段隔声量较高，这主要是因为真空玻璃的四边是刚性连接，所以较其他形式的玻璃抗变形能力强、劲度大。低频段的隔声量受劲度大小的影响，劲度越大，隔声性能越好。在低频段，随着频率的增加隔声量略有减少，这是劲度和质量共同作用的结果。在中频段，隔声量一直上升，直到2500Hz才出现一个低谷，这个低谷是由于5mm单片玻璃的吻合效应产生的，其数值也符合隔声理论计算的吻合临界频率。  中空玻璃低频隔声量较低，并随着频率的增加迅速降低后短暂上升，之后又下降，低谷在200Hz左右，这是由两片玻璃之间的共振引起的。两片玻璃的共振频率与间隔层的厚度成反比关系。真空玻璃和夹层玻璃在此并无低谷，这是因为真空玻璃的间隔层只有0.15mm，相比中空玻璃的12mm，共振频率要高的多，已经完全移出中低频区。由于质量效应的影响，隔声量随着频率的增加快速上升，随后受吻合效应的影响在2000Hz附近产生一低谷。  夹层玻璃在中低频和真空玻璃相似，这是因为夹层结构有效的避免了两个单片的共振。夹层玻璃同样随着频率的增加，隔声量提高，Zui后由于吻合效应产生一低谷，不过夹层玻璃的吻合低谷在1600Hz，这并不是5mm单片玻璃的吻合低谷（2440Hz），而是相当于8mm玻璃的吻合低谷。其实夹层玻璃隔声特点更像是厚度略小于两片玻璃厚度之和的单片玻璃（这里不做详细分析），厚度越大，吻合低谷频率越低，也就是说夹层玻璃的吻合低谷频率低于其结构组成中的单片玻璃，使本来在人耳敏感区域外的低谷，移到人耳敏感区域内；本来在高频的低谷，移到中低频内。  从以上的分析可以看出，在隔声性能方面，真空玻璃避免了中空玻璃和夹层玻璃各自的缺点，既提高了低频隔声量，又避免了高频阶段吻合低谷向低频的偏移。 4.2 中低频隔声  上述分析表明，真空玻璃在中低频表现出良好的隔声性能。目前并没有一个专门针对中低频计权隔声量的计算公式，然而中低频噪声对于城市生活又是至关重要的，所以本文作者参考《GBT 50121-2005建筑隔声评价标准》关于空气声计权隔声量的计算方法，针对1000Hz以下的中低频率进行计算，得出如下计权隔声量。  真空玻璃在100-5000Hz（包含低、中、高频）的计权隔声量比中空玻璃高2dB；在100-1000Hz（包含低、中频）的计权隔声量计算中，真空玻璃计权隔声量比中空玻璃高4dB，夹层玻璃和真空玻璃在中低频表现相近,都明显高于中空玻璃。
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