CN1981100A - 减少声音传播的建筑元件 - Google Patents
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Abstract
依照本发明的一个方面，提供了一种适用于墙壁、地板和天花板组件以及其他分隔结构组件的隔音层压板，所述层压板包括粘弹性声屏障和建筑面板，粘弹性声屏障呈不连续的、间隔开的部分或呈连续层的形式，所述屏障连接到建筑面板的一个或多个面板表面上。
Description
技术领域
本发明涉及适用于构造建筑的内墙或外墙、天花板、房顶、地板等等的建筑元件—在减少声音从一侧传播到另一侧是重要的场所。
背景技术
隔墙、天花板、房顶或地板的声音传播损失取决于很多物理因素，例如质量和刚度。这些因素复杂的相互作用防止或允许声音穿过表面传播。在诸如木框架或金属框架上的石膏板的双层组件中，气隙的深度、是否存在吸声材料以及各层之间的机械耦合的程度都决定性地影响着声音传播损失。
单位面积材料质量是控制声音穿过材料传播的最重要的因素。在这里值得重复所谓的质量定律，因为它适用于在大多数频率处的大多数材料：
TL＝20log10(msf)-48。
其中：TL＝传播损失(dB)
ms＝单位面积质量(kg/m2)
f＝声音频率(Hz)
材料的刚度是影响TL的另一个因素。较硬的材料具有不能由上述质量定律解释的“重合频率下垂”。重合频率或临界频率表示为：
fc＝A/t
其中：A是关于材料的常数
t是材料的厚度(mm)
在墙壁、房顶、天花板和地板结构中也存在其它因素，例如质量-空气-质量谐振，这些因素也影响在不同频率处的传播损失。
通常，仅仅依赖质量定律实现特定TL结果会得到厚的墙、天花板或地板结构，这减少了居住房间的可用地板面积和顶棚高度。而要完全避免上述的重合频率下垂，似乎只是略微地增加传播损失。通常只有非常昂贵和劳动密集的解决方案给出可接受的传播损失。随着越来越多的公寓楼正在建造，建筑规范变得越来越严格，而成本是一个主要的因素。
分隔成两个空间的分隔结构的声音传播损失随频率而变。如果结构具有刚度，入射声能引起结构振动，振动将声能再辐射到结构的另一侧。低频的再辐射主要通过结构的刚度控制。在大约高于屏障物的最低谐振频率的倍频程时，结构的质量承担再辐射控制并决定声音减少性能，质量定律(上述)表明，结构质量增加1倍使得结构噪音衰减效果增加大约6dB。
高频入射声能导致结构表面的涟波或弯波。和压缩波不同，弯波的速度随频率而增大。每个“刚面板构造”都具有一个临界频率或重合频率，该频率相当大地减少了结构面板构造的声音传播损失。
重合频率一般出现在1000Hz和4000Hz之间，并由与面板周围的介质(在这种情况下为空气)中声速相等的材料弯波速度引起。在该频率范围下，波在相位上重合并彼此同相增强，大大降低了在临界频率附近的面板的噪音减少效果。
本发明寻求改善已知的增加TL的方法中存在的一个或多个上述的缺点，例如高成本、高质量和低的可用空间。
发明内容
依照本发明的一个方面，提供一种适用于墙壁、地板和天花板组件以及其他分隔结构组件的隔音层压板，所述层压板包括粘弹性声屏障和建筑面板，所述粘弹性声屏障呈不连续的、间隔开的部分或呈连续层形式，所述屏障连接到建筑面板的一个或多个面板的表面上。
优选地，建筑面板为石膏板、中密度纤维板、夹板、纤维-增强薄片或木材。
在整个说明书中，“建筑面板”包括由玻璃纤维、诸如碳纤维的复合材料、用于具有构造住宅墙壁的薄板、玻璃增强塑料、石膏板、中密度纤维板、夹板、纤维-加强板或木材构造的那些面板。该定义不包括钢板、铝、C形梁，I形梁、支撑结构等等。此外，“面板”包括具有诸如正弦曲线的轮廓或曲率的面板，或者当然也包括完全平的面板。
优选地，建筑面板通过胶粘剂连接到粘弹性声屏障层上。
优选地，粘弹性声屏障浇注到建筑面板上并固化在面板上，在固化期间结合到面板上。
优选地，粘弹性声屏障层沿平行于各个面板表面的轴线呈条状连接到建筑面板上。
优选地，粘弹性块的基体横跨各自的面板表面连接到建筑面板上。
优选地，对于捕捉层或抑制层阻尼类型的效应来说，第二层建筑面板连接到粘弹性屏障或条或块的外表面，以便提供三层的层压板。
优选地，粘弹性声屏障层的密度在1000kg/m3到3000kg/m3的范围之内。
优选地，粘弹性声屏障层的表面密度大约为2.5kg/m2。
优选地，粘弹性声屏障层的厚度小于6mm。
优选地，粘弹性声屏障层的厚度为1.7mm。
优选地，粘弹性声屏障层的密度为1470kg/m3。
优选地，粘弹性声屏障层为混入最好为颗粒材料的聚合弹性体。
优选地，填充材料为碳酸钙。
优选地，粘弹性声屏障层在一侧作用上厚度大约为0.05mm的非编织聚酯覆面。
优选地，粘弹性声屏障层在粘弹性屏障或条或块的另一侧作用上作为防水层的聚酯增强的铝膜的覆面。
优选地，粘弹性声屏障层的杨氏模量小于344kPa。
优选地，隔音层压板结合到使用交错配置的立柱和充填有聚酯毛毡或其它吸声材料的空腔的墙壁结构中。
优选地，粘弹性声屏障层的形式为包括水、胶质、甘油和填充材料的组合物。
优选地，组合物包括：
5-40wt％水；
5-30wt％胶质；
5-40wt％甘油；和
20-60wt％填充材料。
优选地，组合物包括1-15wt％的诸如氯化钙或氯化镁的族II金属氯化物。
优选地，组合物包括2-10wt％的氯化镁。
优选地，组合物包括0.5-7wt％的淀粉或麸质。
优选地，淀粉通过将玉米粉添加到组合物中来提供。
优选地，填充材料为具有高密度的不起反应的材料。
优选地，所述密度大于1g/cm3。
优选地，填充材料的密度大约为2.0-3.0g/cm3。
优选地，填充材料选自诸如硫酸钡或高岭土(KAOLIN)的任一具有高密度的不起反应的材料。
优选地，组合物包括：
10-25wt％水
5-20wt％胶质
10-25wt％甘油；
40-60wt％填充材料；
1-10wt％氯化镁；和
0.5-3wt％淀粉；
优选地，组合物还包括诸如乙烯和/或丙二醇、聚乙烯醇、除臭剂、抗氧化剂和/或灭菌剂的组分。
优选地，提供了一种墙壁结构，其中包括连接到交错配置的立柱上的附加的多层建筑面板。
优选地，提供了包括聚酯毛毡形式的吸声材料的墙壁结构。
附图说明
为了能够更清楚地理解本发明，附带有显示实施例的附图，其中：
图1是用于测试以给出测量结果的基准的参考墙壁(典型的现行构造方法)的简图；
图2是利用本发明优选实施例的部件在局部构造的墙壁的简图；
图3是图1所示的参考墙壁的基准传播损失测试结果的曲线图(SCT60曲线被叠加在测试结果上)；
图4是图2所示的墙壁的传播损失测试结果的曲线图(SCT63曲线被叠加在测试结果上)；和
图5是将图3和图4的曲线叠加在同一个轴线上的曲线图；
图6是现有技术刚面板的预期重合效应的曲线图；
图7是显示重合频率下垂效应的现有技术的参考墙壁的传播损失(TL)测试结果图；
图8是采用本发明优选实施例处理的墙壁的TL测试结果图，如果全部可检测，显示了大幅减少的重合频率下垂；
图9是采用本发明另一优选实施例，即采用间隔开的粘弹性条处理的墙壁的TL测试结果图(STC曲线叠加在该结果上，还用虚线显示了修正数据)；
图10显示了图9中所测试的参考墙壁的构成；
图11是采用本发明又一个优选实施例、即采用在基体上的间隔开的粘弹性块处理的墙壁的TL测试结果图(STC曲线叠加在该结果上，还用虚线显示了修正数据)；
图12显示了图11中所测试的参考墙壁的构成。
具体实施方式
参照图1，显示了通常标记为1的参考墙壁。参考墙壁为复合墙，其由在一侧直接固定到64mm、0.75mm的钢立柱上的两层13mm厚的防火等级(fire rated)的石膏板构成。墙壁整体上绕在立柱之间延伸的中心线镜像对称，并与立柱隔开20mm的间隙。填充有50mm厚、密度为11kg/m3的玻璃棉填穴绝缘体位于一组钢支柱之间。
使用本发明优选实施例的复合墙壁组件显示在图2中，标记为20。复合墙壁组件包括层压板组件12，层压板组件12包括一层13mm厚的高密度石膏板14，石膏板14连接到用标记16表示的2.5kg填料聚合弹性体(loaded polymeric elastomer)的中心片层的一个表面上，聚合弹性体16本身在另一侧连接到13mm厚的标准密度石膏板18上。层压板组件12连接到64mm、0.6mm厚的钢支柱22上。提供了一空腔24，在其一侧填充有50mm厚、密度为48kg/m3的聚酯绝缘毛毡26。在空腔24的另一侧设置有支柱23，支柱23与支柱22交错配置。一层压板组件13连接到支柱23上，其与层压板组件12相镜像对称。
使用本发明的优选实施例的实验数据
依照上述的说明和附图构造参考墙壁和复合墙壁，并测试它们的声音传播性能。测试期间对参考墙壁施加A+1.0dB的修正，以使其玻璃棉效果与复合墙壁的玻璃棉效果一致。复合墙壁运用密度为48kg/m3的玻璃棉填充空腔的一侧，而参考墙壁使用密度为11kg/m3的玻璃棉填充空腔的一侧。
| 说明 | 1/3倍频带中心频率 | ||||||||
| 100 | 125 | 160 | 200 | 250 | 315 | 400 | 500 | 630 | |
| 复合墙壁 | 45 | 45 | 48 | 50 | 53 | 56 | 57 | 59 | 61 |
| 参考墙壁 | 37 | 42 | 44 | 47 | 51 | 51 | 55 | 58 | 61 |
| 改善 | 8 | 3 | 4 | 3 | 2 | 5 | 2 | 1 | 0 |
表1：所进行的测试的比较结果
| 说明 | 1/3倍频带中心频率 | ||||||||
| 800 | 1000 | 1250 | 1600 | 2000 | 2500 | 3150 | 4000 | 5000 | |
| 复合墙壁 | 64 | 66 | 67 | 67 | 68 | 70 | 73 | 77 | 78 |
| 参考墙壁 | 62 | 64 | 66 | 68 | 64 | 61 | 64 | 64 | 64 |
| 改善 | 2 | 2 | 1 | -1 | 3 | 9 | 9 | 13 | 14 |
图3、4和5用曲线图显示了列表结果。
上述列表和曲线图表明：由于在一片13mm厚的高密度石膏板14和一片13mm厚的标准密度石膏板18之间添加了表面密度为2.5kg/m2的填料聚合弹性体16的片层，声音效果的改善出现在额定频率区域。一般的经验是，在所谓的重合频率下垂区域(在这种情况下为2500Hz)，很小的效果改善可以出现在不同密度的石膏板连接在一起的地方。该改善一般仅仅为大约2-3dB。但是，在对复合墙壁组件20的实验中效果提高为9dB，效果的显著提高出现在该频率以上。
组合曲线图(图5)和列表显示了在频率区域100Hz-400Hz和2000Hz-5000Hz的改善。
当声性能指数的概念被用于复合墙壁组件20(图2)时，得分相当高。与它的隔音效果以及墙壁的厚度和占地面积的成本相比，声性能指数考虑了墙壁的成本。当典型房间的占地面积每平方米为6000澳元时，厚度是一个很重要的考虑事项。复合墙壁组件20仅为206mm宽，其具有的声音效果只有280mm宽或以上的高成本墙壁系统才比得上。复合墙壁系统的高声性能指数Rw大于或等于55。
建筑面板和粘弹性屏障的组合提供了出乎意外的增效作用。根据质量定律，一般认为，添加一层很薄的致密材料只会提供一点儿益处。例如，在1250Hz，质量增加6kg/m2，(正如上面在测试中所显示的)我们预计的传播损失提高2dB(参见图6)。但是，在上述的测试中，在该频率，我们看到TL提高21dB。
此外，没有发生预期的重合频率下垂。我们原以为，在2500Hz，刚度方面的变化将产生传播损失1.6dB的变化。但是，我们发现，TL在该频率变化为18dB。
通过将粘弹性材料连接到石膏板形式的建筑面板上，在低频率，面板谐振被降低，在较高频率，尤其在耳朵最敏感的频率，刚面板“重合效应”大大地被降低。
已经进行了其它实施例的测试：在一个实施例中，覆盖25-50％面板表面的粘弹性材料条连接到刚建筑面板上。这些条由空隙间隔开，所述空隙形成小于4mm厚的空白。由此产生的阻尼显然与在建筑面板上具有一整片粘弹性屏障材料一样有效，在该意义上，仍然会引起粘弹性材料内部的剪应变，其大大减少或消除了带宽1000-4000Hz中的刚面板构造的“重合效应”，该带宽是耳朵的最灵敏区。
人们相信，建筑面板之间小的间隔空隙(2-4mm厚)、粘弹性条或块之间的间隔空隙显然起到与实际的粘弹性材料一样的作用。即，它们不允许在面板上产生的弯波达到面板周围的介质中的声速，由此避免重合频率下垂和相位增强。
应当指出，粘弹性处理中的剪应变实际上将弯波转换为无声的热能。
有利的是，诸如本发明的图10和12所示的优选实施例经由下列机构起作用：
大多数刚性材料会与一个或多个频率的振动共振，阻尼材料是一种控制振动和结构辐射噪声的有效和经济的手段。
“阻尼”是材料或系统在周期应力下的能量耗散性能，阻尼振动可以显著地减少次生噪音问题的产生。
记住上述的两个段落，位于建筑面板上的特殊配制的防滑粘弹性条或块基体与建筑面板相接触，有效地增加了振动的衰减率。衰减率是以单位为dB/秒的速度，在该速度下，在面板激励已经停止之后振动降低-衰减率越高，隔音效果越好。
通过将条和块形式的粘弹性屏障材料施加到石膏板形式的构造板上，低频率的面板谐振被降低，“重合效应”也被基本上消除。
虽然在附图中没有显示，但是已经表明，将建筑面板和粘弹性屏障连接在一起的方法具有很好的连接特性，该方法使用了浇注头，所述浇注头将热或温的粘弹性组合物直接浇注在构造板上。组合物被冷却，然后抓紧在板的表面上。这可以用来制造化合物的夹层，即将第二层构造板连接在冷却或固化组合物的上表面上。
对其它优选实施例也进行了实验：
在一个实施例中，如图10所示，构造了一墙壁，从外面开始：13mm厚的标准石膏板面板114；50mm宽、沿面板114间隔开50mm间距的条形粘弹性屏障116；13mm厚的标准石膏板面板118；在90mm轨迹上的64mm交错配置的立柱122；密度为20kg/m3的聚酯毛毡126；13mm厚的标准石膏板面板115；50mm宽、间隔50mm的条形粘弹性屏障117；13mm厚的标准石膏板面板119。对该墙壁进行TL测试，结果显示在图9中。仅仅在1000-4000Hz出现轻微的重合频率下垂。总的来说，对这种构造来说，STC和修正的传播损失数据出人意料地高。
同样，如图12所示构造的墙壁具有多个相互间隔开150mm间隙的50mm宽的粘弹性条216。TL结果显示在图11中，结果似乎非常类似于图10所示的结果，唯一的区别在于粘弹性条之间的间距。这些结果表明，夹带空气的机构俨然充当了一种粘弹性介质，其减少了面板上的横波的积累，但没有实际的粘弹性介质的质量或成本。对这种构造来说，STC和修正的传播损失数据也是出人意料地高。
一些墙壁结构不包括任何吸声毛毡材料，结果似乎比没有吸声毛毡的类似墙壁要好。
从下列优选的、但非限制性的实施例的例子可以更好地理解本发明优选实施例的特征。
例子
将100g的水与100g的甘油、10g的淀粉一起混合，然后加热到85℃的温度。然后将80g的胶质和20g的氯化镁溶解到混合物中，形成凝胶。接着将310g的硫酸钡添加到凝胶中，形成具有良好的挠性、弹性、抗拉强度以及具有良好的成膜性能的密度的组合物。组合物按重量具有下列成分：
16％水；
16％甘油；
1.5％淀粉；
13％胶质；
3.5％氯化镁；和
50％硫酸钡。
然后将组合物挤压成一个平坦的片并结合到铝膜上，接着降低到室温，由此组合物固化形成一片4mm厚的复合材料，该复合材料具有极好的声音阻尼性能。
最后，应当明白，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，各种变形、修改和/或添加可以结合到部件的各种结构和配置中。
Claims (33)
1.一种适用于墙壁、地板和天花板组件以及其他分隔结构组件的隔音层压板，所述层压板包括粘弹性声屏障和建筑面板，所述粘弹性声屏障呈不连续的、间隔开的部分或呈连续层的形式，所述屏障连接到建筑面板的一个或多个面板的表面上。
2.如权利要求1所述的隔音层压板，其中，建筑面板为石膏板、中密度纤维板、夹板、纤维-增强薄片或木材。
3.如权利要求1或2所述的隔音层压板，其中，建筑面板通过胶粘剂连接到粘弹性声屏障层上。
4.如任一前述权利要求所述的隔音层压板，其中，粘弹性声屏障浇注到建筑面板上并固化在面板上，在固化期间结合到面板上，冷却后提供增强的结合强度。
5.如任一前述权利要求所述的隔音层压板，其中，粘弹性声屏障层沿平行于各个面板表面的轴线呈条状连接到建筑面板上。
6.如任一前述权利要求所述的隔音层压板，其中，粘弹性块的基体横跨各自的面板表面连接到建筑面板上。
7.如任一前述权利要求所述的隔音层压板，其中，对于捕捉层或抑制层阻尼类型的效应来说，第二层建筑面板连接到粘弹性屏障或条或块的外表面，以便提供三层的层压板。
8.如任一前述权利要求所述的隔音层压板，其中，粘弹性声屏障层的密度在1000kg/m3到3000kg/m3的范围内。
9.如任一前述权利要求所述的隔音层压板，其中，隔音层压板阻止通常在建筑面板中形成重合下垂的频率处传播，所述频率大约为1000-4000HZ。
10.如任一前述权利要求所述的隔音层压板，其中，粘弹性声屏障层的厚度小于6mm。
11.如任一前述权利要求所述的隔音层压板，其中，粘弹性声屏障层的厚度为1.7mm。
12.如任一前述权利要求所述的隔音层压板，其中，粘弹性声屏障层的密度为1470kg/m3。
13.如任一前述权利要求所述的隔音层压板，其中，粘弹性声屏障层为混入最好为颗粒材料的聚合弹性体。
14.如权利要求13所述的隔音层压板，其中，填充材料为碳酸钙。
15.如任一前述权利要求所述的隔音层压板，其中，粘弹性声屏障层的杨氏模量小于344kPa。
16.如任一前述权利要求所述的隔音层压板，其中，隔音层压板结合到下列结构的夹层中：构造板/粘弹性屏障或条或块/构造板。
17.如任一前述权利要求所述的隔音层压板，其中，隔音层压板结合到使用立柱和充填有聚酯毛毡或其它吸声材料的空腔的墙壁结构中。
18.如任一前述权利要求所述的隔音层压板，其中，粘弹性声屏障层的形式为包括水、胶质、甘油和填充材料的组合物。
19.如权利要求19所述的隔音层压板，其中，组合物包括：
5-40wt％水
5-30wt％胶质
5-40wt％甘油；和
20-60wt％填充材料。
20.如权利要求19或20所述的隔音层压板，其中，组合物包括1-15wt％的诸如氯化钙或氯化镁的族II金属氯化物。
21.如权利要求19-21任一所述的隔音层压板，其中，组合物包括2-10wt％的氯化镁。
22.如权利要求19-22任一所述的隔音层压板，其中，组合物包括0.5-7wt％的淀粉或麸质。
23.如权利要求19-23任一所述的隔音层压板，其中，淀粉通过将玉米粉添加到组合物中来提供。
24.如权利要求19-24任一所述的隔音层压板，其中，填充材料为具有高密度的不起反应的材料。
25.如权利要求19-25任一所述的隔音层压板，其中，所述密度大于1g/cm3。
26.如权利要求25或26所述的隔音层压板，其中，填充材料的密度大约为2.0-3.0g/cm3。
27.如权利要求19-27任一所述的隔音层压板，其中，填充材料选自诸如硫酸钡或高岭土的任一具有高密度的不起反应的材料。
28.如权利要求19-28任一所述的隔音层压板，其中，组合物包括：
10-25wt％水
5-20wt％胶质
10-25wt％甘油；
40-60wt％填充材料；
1-10wt％氯化镁；和
0.5-3wt％淀粉。
29.如权利要求19-29任一所述的隔音层压板，其中，组合物还包括诸如乙烯和/或丙二醇、聚乙烯醇、除臭剂、抗氧化剂和/或灭菌剂的组分。
30.一种墙壁结构，其包括如上任一权利要求所述的隔音层压板，并包括多层连接到交错配置的立柱的建筑面板。
31.一种墙壁结构，其包括如上任一权利要求所述的隔音层压板，并包括聚酯毛毡形式的吸声材料。
32.一种基本上参照附图如上所述的隔音层压板。
33.一种基本上参照附图如上所述的墙壁结构。
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