【文章】基礎隔音工程

[騷屁股搖搖]

基礎隔音工程

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噪音傳播路徑
音源和受音者(receiver)間聲音傳播路徑之演算法是根據以下重要的假設狀況：
1.都市結構物類型，大部份的反射面(地面除外)是垂直的。
2.噪音源能被分解成組合線單元(循環頻道單元)，而聲音必v是以一個長度單位定義之。
第一種假設狀況可用來考慮兩種尺寸之射線研究問題；在驗證第二種假設狀況時，可從受音者(receiver)來射出射線；第三種假設狀況是用來解決使用射線法所碰到的問題，乃因所欲達到的目標不是一個點而不是一個線單元。所建議的方法是基本"manual"法的一般原理，該法是以
某一角度來考慮從受音者(receiver)所看到的道路。

首先，N射線是在水平面上以各種方向從受音者(receiver)射出，各射線是一個角形dq之軸線，射線之軌道是由一連串衝擊力所構成。在此階段，可能還未辨識出真實的傳播路徑，因此必須考慮以下所有可能性：
1.射線會從一些障礙物(有或無繞射)上方通過，即射線切割有關的位置段。
2.射線從垂直牆被反射，即射線以突出方式被段反射之。

因此每當射線射出碰到一個垂直牆段時，可能會產生路徑分叉情況，當分叉抵達位置邊界或當所涵貌熄Z離大於使用者所設定的邊界時，會停止分叉動作。

由兩棟建築物所構成的一個都市位置之簡化地圖，螢幕以E標示之與交通道路以S標示之。從受音者(receiver)所射出之射線抵達點1之第一棟建築物B2，在地圖的最初空間中，射線被反射至點2之B1或從B2上方通過至點5與最後離開數位化區。同樣地，射線會以直接或繞射方式從一個障礙物(建築物、屏障物、凹凸起伏地面)上方通過。如係後者，水平面的投射不一定為一條實線，軌道研究並非概略值，可完全採用 FERMAT原理計算之。

隔音方法
基本隔音方法：
基本隔音,係指為了將影響點的噪音水平降低到容許噪音水平,而選擇具必要性能之材料,並配合建築計劃設定其配置和結構。雖然材料之透過損失會因頻率而有所不同,但在選擇材料和結構時,只須概略的估算其平均透過損失即可,非常的方便。
我們往往認為只要使用隔音材料就能隔音,但噪音會藉著空氣和固體傳播,而且還會向所有方向擴展,所以若僅於特定場所使用隔音材料時將會無法發揮隔音效果,並且若使用了和噪音性質不合的材料時,還是無法發揮效果,所以為了能滿足整體所需要的隔音量,在選擇結構、材料、施工方法等的同時還需注意建築上的結構強度、施工難易、表面設計等是否合適。另外工程費用也需考慮在內,亦即需綜合上述諸點做綜合性的計劃。
隔音結構及性能
所謂的隔音係指讓在材料一側的聲音無法傳達到另外一側。其原理係讓聲音在其所接觸到的那一側的表面反射;或是讓聲音在該材料內部漸漸減弱直至消失為止,藉以達到隔音的效果。若係使用牆壁和屏風且其面積不夠大時,其隔音性能的好壞係視所穿過的聲音回折到周邊後再傳送出去的聲音而定。

透過損失
隔音性能係以透過損失來表示。所謂的透過損失,係指當聲音進入某材料後,其能量係以穿透時所衰減的分貝數來表示。
質量
例如採用水泥牆或玻璃板等單一材料時,係依據頻率和重量之相關質量則,故當牆壁的重量重時,或其頻率變高時,其透過損失會隨之增加,因此在一般狀況,使用相同材料時,對高音域噪音之隔音效果較佳,並且,若係相同的噪音時,只要增加牆壁的厚度,就能得到很好的隔音效果。

重合效果
若為單一的平面壁時,於具有重合效果的特定頻率區內的透過損失有時會。此性質會因材料之不同而有所差異,但若材料之厚度較薄時,其透過損失之降低會顯現在高音域內,所以影響較小,若增加其厚度時,則降低之頻率區會下降到中音域內,並導致隔音的效果降低,因此請注意使用單層壁時其隔音計劃係有限度的。

雙層壁
要提高隔音效果時,可將牆壁和窗戶做成雙層。一般而言,雙層壁的隔音效果會較單層壁的隔音效果佳。另外,將同樣厚度的東西分開一段距離後做成的雙層壁,較以單層壁加厚二倍做成的雙層壁的隔音效果佳。但是在實際施工時,要完全獨立地建造雙層壁是相當困難的,另外,有時因雙層壁間空氣層的厚度而引起共鳴並產生透過現象,甚而會因此無法達到預期的隔音量。為了遮斷雙層壁結構上的結合,因而設置個別獨立的間柱,並於周邊的安裝部分浮設柔軟的材料,並儘可能使其不要連續接觸。其底部係相通的,故當以管子或空氣流通管貫穿兩壁時,其連結部分可能會形成音橋,並使雙重壁變得毫無意義,此點須特別注意。為了隔開雙重壁間空氣層的結合,先儘可能使空氣層變厚,再於該空間內實施吸音處理。

三明治板
室內隔間所使用的隔板,係數種材料複合的三明治結構,該結構係以夾入不同的蕊材來取代空氣層。由於此種隔板能輕易地在工廠生產,所以對工廠而言是重要的寶物,但是因蕊材性質的不同,其隔音性能也會有明顯的不同,此時會因中間層的共鳴透過而降低特定周波數帶,此點須特別注意。
複合壁 以實際的隔音計劃而言,沒有一個例子係使用單一結構的牆壁,正如同外牆係使用混泥土牆和窗框所構成的一樣,它多半係由若干材料和結構所組成的。此時之隔音效果,係取決於各自的材料透過損失和該材料所佔的面積,因此將各部分的面積和透過損失分開,即可求得全體之綜合透過損失。
以一般的建築計劃而言,要圍繞一個空間須有六個面,而且其各個部分係由若干材料所組成的,在牆壁上有窗戶和出入口等開口部。在此種條件下,若有部分係採用隔音性低的材料,即使其他部分的隔音性高,但整體而言,其隔音性係取決於該隔音較弱之部分。因此須注意以隔音為目的而建造的牆之部分的厚度不能有較薄之處。例如,要在混泥土牆上埋入分電盤等時,須注意該部吩的牆壁厚度不能較其他部分薄。
縫隙之注意 以弱的部分為例,須特別注意絕不能忽視縫隙所帶來的影響。聲音的產生係源自空氣的振動,因此若有空氣的通路時,則噪音會由該處洩出去。所以,即使是使用隔音性極佳的材料,但在結構和施工上若有縫隙時,就無法獲得預期的隔音效果,且會大幅地降低在水平之下。另外,一般的隔音材料多半係縫隙多隔音性差的產品,此點須特別注意。

開口部分之隔音
有關隔音計劃開口部之處理,亦即窗戶或出入口之處理,即使是重大的要素也常常會被忽視。一般而言開口部之隔音性能,常出現周圍的壁體較低之現象,所以開口部之處理常成為決定防音量之重大因素。
對開口部所要求的透過損失,會因該室之用途和目的之不同而有非常大的差別。例如播音室等需高度隔音,一般的個人住宅等對隔音的要求就沒有那麼嚴格,但還是需達到能實現目的之隔音值。窗戶和出入口當然需要能夠開關,其開關結構及開關密度都會影響隔音效果。

為了滿足高度隔音的要求,而配合窗戶和壁體結構製作雙重結構時,有關門的材料和結構亦需指定並特別製作。但一般卻多係採用現成的市售品。那些產品會因廠商和規格的差異,而導致透過損失之值和頻率特性等性能之差異,因此須選擇符合使用目的之產品。
最近廣泛地被使用的鋁製窗框,可分為一般用的普及型及以隔音為目的之氣密型隔音窗框。
由於普及型的窗戶常於關閉鎖上後還會留有某種程度的縫隙,因此隔音性能較差(10~20d,而且因受縫隙的影響,即使將玻璃加厚也無法增加隔音性能。由於氣密型的窗戶係採用5mm以上的玻璃,其透過損失可達到25~30dB,故其具備了玻璃單板之性能或甚而略高於玻璃單板的性能,亦即它所擁有的透過損失相當於增加玻璃的厚度或增加頻率時所擁有的大的透過損失。
為了提高隔音性能而將窗框製成雙層時,會因其組合及中間部之結構等的不同在性能上有所差異,但窗戶間隔在20cm以上時,可以得到30~40dB的隔音效果。

一般而言,當雙層窗的間隔增大時,其透過損失就會增加,此時普及型的窗框因受縫隙的影響,在高音域不會有變化,在低中音域則會增加。氣密型的窗框主要是在中高音域增加。
若使用同型的窗框時,該雙層窗框之隔音特性具有和其所使用的規格之單層特性相似的傾向,但若係組合普通型和氣密型時,則會複合其個別之特性,因而低中音域之性能係讓氣密性雙層在上面移動,高音域之降低也不像普及型雙層那麼明顯。
使用雙層窗隔音時,除使用之窗框不要選錯外,還須注意不要使中間層之吸音處理和兩窗框間之安裝結構因固體音之傳送而產生音橋。
浮起之地板係隔音計劃之一,為防止地板之衝擊音因而有浮起地板之結構。該浮結構係在軀體混凝土地板上加入緩衝材。此方法因設有木造或混凝土的地板結構,所以具有能隔開小孩跳躍、奔跑時所產生的衝擊音之隔音性能。
浮起之地板,係採用緩衝材之絕緣結構,由於和以往的地板結構不同,因此可能會因施工上的不小心和貫通管的覺緣處理不足而產生音橋、或降低隔音性能,所以設計時之檢討和施工時之管理非常重要。
隔音材料於隔音工程中使用的隔音材料之種類繁多,但為了對應每個事例,有時會單獨使用、有時會將數種組合起來,所以必須選擇能得到最佳隔音效果的材料。在設計時,尤其須針對有隔音之必要的頻率域,檢討其透過損失之特性是否優良,及在選擇材料和結構時須注意不要選錯等。
由於透過損失數據係針對各種隔音材料和結構所做的實測值,所以在實施隔音計算時能採用此透過損失數據,但若是使用無測定資料的材料和結構時,只要參考類似東西的測定結果即可。
另外, 由於透過損失數據係於實驗室中獲取的值,在實際施工時之隔音量可能會有低於該數據之情況,所以在設計時最好預留空間以測安全,另外有關複合材料的結構,希望能採用實際施工狀態下所測得的數據。
隔音材料之種類
材 料 結 構 產 品 特 性 施 工
單層結構 單一板 鐵板、鋁板、合板、石膏板、石棉混泥土板、撓性板、板玻璃確實能獲取大的隔音量在高音域的效果較大,每個面積的重量大時其效果就大(質量則)厚度較厚時效果較大,會因重合而造成特性降低須注意。若材料的周圍和接頭有縫隙時,就無法發揮效果。由於提高隔音效果時,會增加重量所以須有適當的施工方法。
單一壁 鋼筋混凝土混凝土塊
複 合 結 構 積層板 三明治板 中空層三明治板多孔質系三明治板發泡材系三明治板會受使用材料、組合之影響而改變其特性材料之單獨性能會對效果產生很大的影響會因中間層的材料間隔改變特性會因共鳴透過而降低特性須注意成品能有確實之效果。使用成品材料時,須採用能對應的尺寸之安裝方法,並須注意不能有縫隙產生。若於現場實施複合施工時,其基礎結構、填充材料和安裝方法等均須注意不能有誤。
縫 隙處理 填充 軟 質 材 料 防止因縫隙而降低隔音效果 在安裝時須注意開口部(窗、門)處不要有縫隙產生
多重結構 現場施工 鋼筋混凝土 混凝土塊 塗壁 雙層壁 會因使用材料結構而有各種特性重疊材料之特性會影響效果採用實際施工例所測得之特性。 現場管理時,須注意一定要按設計施工。
拉門類 窗框、門 防音窗框 防音門 防音窗、門、隔扇 一般而言在高音域的效果較大、玻璃的厚度對特性的影響很大若要達到隔音目的採用氣密型窗框較合適拉門尺寸安裝方法會使效果產生差異,採用實際使用的產品特性 在填充拉門框周圍時,須注意絕對不能損傷到框和拉門,在鑲入玻璃時須注意不能太過鬆及有縫隙,尤其要注意門部分的縫隙。在調整氣密之鎖緊零件時須特別小心謹慎

隔離噪音新方法
"聲學晶體"是一種全新複合材料，它的特點在於能夠徹底隔離噪音。傳統物理學告訴我們，只有當隔離物自身大小與噪音波長大致相等時 (約1至10米)，才能?生強作用，因此，傳統的隔音材料都盡可能做得厚、重和軟，但作用仍十分有限，而"聲學晶體"厚度只要六釐米就可以完全隔音。所謂"聲學晶體"，就是在環氧樹酯的基體中，周期性地排列一些包有橡皮的微小鉛球(即微共振單元)，它能完全反射某一頻段聲波。劉博士還發現，如果在"聲學晶體"中引入多種共振單元，甚至可以隔離人類可感知的所有噪音。業內人士預測，一旦有成熟?品問世，"噪音污染重災區"的機場、公路、娛樂場所等地方將首先受惠，隨之而來的就是建築、環保等行業的革命性變革。

何謂噪音?
噪音可被定義成不想要之聲音或於不適當時間不適當地點發出之聲音。噪音同時可被定義為不渴望或討厭之任何聲音，因為它會干擾談話與聽力，甚至會損害聽力(U.S.EPA,1972)。噪音定義成不想要之聲音隱含著它對人類與土地、建築物和家畜等環境不利之影響，噪音同時亦干擾大自然野生生物生態系統。
聲音為從振動表面產生之機械能，藉由經過物質週期性之壓縮與稀疏分子而傳播(Chanlett,1973)。聲音可經由氣體、液體與固體傳播。振動源產生之聲音具有總能量輸出，聲音產生音壓之交互變化由壓縮時產生最大壓力，稀疏時降至最小壓力。

單位時間內空氣分子之壓縮與稀疏數稱之為頻率，頻率以赫茲(Hz）表示，亦即每秒之周期數。人類可確認之聲音頻率約為16至20,000Hz(U.S. EPA, 1973)。

音能或音壓並不能提供聲音或噪音量測實用之單位有兩個基本理由(U.S. EPA, 1973)。第一，可以產生之音能與音壓範圍非常廣泛。以微巴(百萬分之一大氣壓)表示，距離大噴口與火箭推進設備100英呎產生之尖峰噪音範圍從0.0002至10,000μbars。第二，人耳對於音壓之增加不會產生線性之回應，非線性回應基本上為對數的回應。因此，噪音量測被表示為音壓位準(SPL)，此為音壓與參考壓比值之對數值，單位無因次表示：分貝(d。參考位準為0.0002μbar，此為人耳之閥值，音壓位準之計算公式如下：
SPL＝20 log10(P/P0)
其中SPL＝音壓位準，dB
P：音壓，μbar
P0＝參考壓，0.0002μbar