第一節 質量定律的假定條件
以質量定律為基礎的空氣聲隔聲理論及隔聲量計算公式,是構件的面密度加倍合夥入射聲頻加倍,隔聲量增加6dB,但這個規律是在對圍護結構構件本身及環境作出“假設”、“限定”的理論前提條件下,運用聲傳播中的波動理論的物理概念而推導出的,這些限定條件可歸納為以下幾點:
1、圍護結構構件是無限大的,這樣就可以忽略構件的邊界條件對隔聲的影響,忽略側向投射。
2、構件是均值的、密實的,即沒有透聲空隙,沒有空鼓,構件的各部分密度都是相同的。
3、聲波垂直於射於構件(也可以推出無規入射條件下的公式)即入射角θ=0°。
4、構件把空間分成兩個半無限大的空間,而且,構件的兩側均為通常狀態下的空氣。
5、把構件看作一個質量體系、柔順的板,不考慮構件本身的剛度,從而忽略構件內應力與彈性。
6、構件被聲波激發后,震動的大小隻與構件的慣性即質量有關,構件本身的波動可不予考慮。
7、構件上的各點均以相同的速度振動。
8、質量定律僅適用於可聽聲頻中由質量控制的聲頻區,不適用於構件的固有頻率及吻合效應區。
第二節 質量定律
建築圍護結構構件對空氣聲的隔絕理論,長期以來一直遵循“質量定律”,儘管多年來某些聲學家也做過試圖超越質量定律,想從理論上開闢新的溪徑的嘗試,但至今仍無很大的使用價值,所以凡涉及到圍護結構隔絕空氣聲,還是以質量定律作為基本的理論。
什麼是空氣聲隔絕中的質量定律?生活獲得常識以及聲學理論都證實,圍護結構構件的面密度越大,聲頻越高,構件的隔聲量就越大。理論證實構件面密度增加一倍,或噪聲頻率增加一倍,即提高一個倍頻程,隔聲量都會相應增加6dB,這就是質量定律。美國著名聲學家哈里斯(M•A•Hariss)在他所著的《噪聲控制手冊》(Hand Book of noise control)一書中,也將質量定律作了解釋,全文直譯為:“質量定律:依據質量定律,單一材料隔牆的傳聲損失,僅依賴於隔牆的單位面積質量。此定律通常僅適用於低頻區,在這個低頻區,聲音頻率或構件的單位面積質量增加一倍,該構件的隔聲量增加5~6dB。例如,假定牆的每平方米質量由10kg/㎡增加為20kg/㎡,則隔聲量增加約6dB”。這就是哈里斯先生對質量定律的解釋。可以看出,這裡哈里斯對質量定律的解釋已不完全是純理論的,而是包含了哈里斯的“經驗”了。因為理論和理論公式證實,質量m或聲頻f加倍,隔聲量值的相應增加應是6dB,哈里斯在這裡即舉例說明了質量加倍隔聲量增加6dB的例子,但同時他又說了質量加倍或聲頻加倍,構件隔聲量的增加是5~6 dB。之所以產生這個矛盾,是因為哈里斯已經知道現場隔聲的實際情況與理論的不一致了,所以他在給質量定律的解釋中,隱隱約約地加進了“經驗”的內涵,這說明哈里斯是一位十分重視實踐、重視實驗的聲學家。
入射於構件的聲頻是客觀的,是欲被隔絕的噪聲,其頻率的組成、各聲頻的聲壓級的大小,建築師無法變更,所以在給定的噪聲頻譜及聲級下,建築師進行隔聲設計,主要是對構件的面密度m進行設計,因為質量是決定構件隔聲量的主要因素。理論和實測都表明:不同的構件,不管是由什麼材料組成,不管如何構造,其隔聲的頻率特徵是相同的,即都是隔低頻差隔高頻好。隔低頻差隔高頻好也就驗證了構件在面密度m相同的條件下,聲頻f越高越易被隔絕的質量定律理論。