原创 隔声评价

本文介绍空气隔声的评价方法。主要介绍平均隔声量、计权隔声量和频谱修正量的评价方法。

1. 平均隔声量

由于隔声量是频率的函数，因此需要给出各个频带的隔声量才能比较全面反映试件的隔声性能。但在隔声性能评价时，由于数值很多，造成表达上的复杂。因此最简单的办法则是将中心频率125~2000Hz的5个倍频程带或100~3150Hz的16个1/3倍频程频带隔声量的算术平均值作为试件的隔声性能的单值评价量，称为平均隔声量。其计算公式为：

式中：R为平均隔声量；Ri为倍频程或1/3倍频程频带隔声量；n为测量隔声的频带数，对于倍频程，n=5，1/3倍频程n=16。

由于平均隔声量是对试件所有频段的隔声性能取平均，因此它无法反映试件在不同频带之间的隔声性能差异，给实际使用带来了不足。

2. 计权隔声量

为了弥补平均隔声量进行隔声性能评价的不足，声学研究者提出了一种考虑了隔声频率特性曲线的隔声低谷，并与主观听感相符的隔声效果单值评价量，称为计权隔声量，并由国际标准GB/T 50121-2005给出了明确的定义和评价方法。计权隔声量用Rw来表示。

图1   a) 空气声隔声基准曲线 a) 1/3倍频程，b) 倍频程

计权隔声量是通过将隔声试样在频带中心频率为125~2000Hz的5个倍频程或100~ 3150Hz的16个1/3倍频程的隔声量与一组基准曲线按一定的方法进行比较后再确定的。基准曲线一方面考虑了人耳的听觉特性，即人耳对低频声的感觉不如高频灵敏；另一方面考虑到通常隔声试件的低频隔声量较低，而高频隔声量较高的特点。基准曲线是随频率变化的一条折线，如1/3倍频程的空气声隔声曲线，其中100~400Hz的低频部分折线的斜率每倍频程增加9dB，400~1250Hz的中频部分折线斜率每倍频程增加3dB，1250~ 3150Hz的高频部分保持水平直线，如图1a所示。图1b为倍频程的隔声基准曲线。基准曲线虽然各个频率的隔声量不同，但其主观感觉的效果是相同的，与等响曲线类似，实际上它是一条等隔声效果曲线。相应的隔声基准值如表1所示。

表1 空气声隔声基准值

表中：Ki,1/3为1/3倍频程基准值，Ki为倍频程基准值。

确定计权隔声量的方法是将隔声构件的各频率实测值的隔声量与隔声基准曲线进行比较，并满足以下条件：

1) 当隔声测量值为1/3倍频程时，计权隔声量Rw为满足下式的最大值，精确到1dB：

式中：i为频带序号，代表100~3150Hz的16个1/3倍频程频带；Pi为不利偏差，按下式进行计算：

式中：Rw为要求的计权隔声量；Ki为与表1中第i个频带对应的基准值；Ri为第i个频带测得的隔声量，精确到0.1dB。

2） 当隔声测量值为倍频程时，计权隔声量Rw为满足下式的最大值，精确到1dB：

式中：i为频带序号，代表125~2000Hz的5个倍频程频带；Pi为不利偏差，仍1/3按倍频程式进行计算。

以上评价过程可通过频移基准曲线与测量结果进行对比的比较来完成。即将基准值和测量值的不利偏差，再计算所有评价频率不利偏差的总和，从而将曲线平移至满足评价条件的基准曲线，再读出位移500Hz处的数值，即为计权隔声量Rw的值。

例如，一试件按照GB/T 19889.3-2005的标准进行隔声测试，测得1/3倍频程的隔声量Ri如表2所示，将表1中的Ki,1/3往上平移30dB，得到K30，从而得到K30- Ri。将其中大于零的部分，即不利偏差Pi累加，得到总不利偏差P为20.7dB，满足式P<32的要求。如果将Ki,1/3往上平移31dB，按照类似的方法，这时得到总不利偏差为32.7dB，不能满足P<32的要求。因此这时的计权隔声量为Ki,1/3往上平移30dB时500Hz的隔声量，即Rw=30dB。

表2 某试样计权隔声量的评价实例

3. 频谱修正量

计权隔声量考虑了人耳对不同频率噪声感觉的差异，但是由于不同声源辐射噪声的频谱差异往往比较大，因此同样的隔声结构用在不同的场合时，人耳实际感觉到的隔声效果仍会有差异。为了解决这个问题，GB/T 50121-2005中引入了频谱修正量C和Ctr，以评价同一隔声结构在不同声源情况下的实际隔声效果。C和Ctr分别考虑了以社会生活噪声为代表的中、高频成分较多的噪声源和以交通噪声为代表的中、低频成分较多的噪声对隔声结构实际隔声性能的影响。频谱修正量C和Ctr又分别被称为粉红噪声修正量和交通噪声修正量。图2中给出了1/3倍频程和倍频程的频谱修正量曲线，表3为对应的数值。

频谱修正量Cj根据表3给出的声压级频谱值按下式进行计算：

式中：j为频谱序号，j为1时代表计算C的频谱修正；j为2时代表计算Ctr的频谱修正。i为100~3150Hz的1/3倍频程或125~2000Hz的倍频程的频带序号。Lpij为表3中给出的对应的声压级。Rw为上面求出的计权隔声量，Ri为第i频带的隔声量。

图2计算频谱修正量的声压级频谱 a) 1/3倍频程，b) 倍频程

表3计算频谱修正量的声压级频谱

根据GB/T 50121-2005的要求，空气隔声性能和指标采用计权隔声量和频谱修正量的和的形式，即采用Rw+C或Rw+Ctr的形式来表述。因此同一隔声结构，由于噪声源不同，其隔声性能的评价结果也会不同。例如对于表2中的该试样的隔声，将上述数值代入，得到C=-0.3dB，Ctr=-2.6 dB。因此该试件的计权隔声量为Rw(C, Ctr)=30(0,-3)dB。

最后，美国隔声评价标准ASTM E 413-97总体上与国标接近，其区别在于美国标准评价的频率范围为125~4000Hz。