中国住宅邻里噪音根治方法的学术探索
作者:Frank(安静之家公众号作者)本文版权保护,严禁商用一、研究背景基本需求:随着人们生活水平的提高,人们对住宅室内声环境的关注度不断上升,家庭安静程度正在是大众购房的重要考量因素,安静已成为居民的一个幸福指标。
现状介绍:目前城市住宅都向高层发展,住户密度高,房屋内部撞击声振源所影响的家庭和人数也在增加,随着生活水平提高,家用电器增多也带来许多新的振源,空调外机、洗衣机、吸尘器运转,再加上脚步声、小孩跑跳蹦等邻里噪音都给人们生活带来困扰,尤其在夜深人静时,关门声或者脚步声常常成为令人讨厌的干扰。
提出问题:导致室内邻里噪音互扰的主要原因是楼板的撞击声,楼板撞击声隔绝是建筑构件隔声的薄弱环节,不做任何隔声措施的钢筋混凝土楼板的撞击声隔声性能很差,无法满足居民对声音环境的需求。
由于楼板的隔声性能差引起的环境投诉在全国范围内逐年增长。
噪音干扰引起的邻里矛盾纠纷正日益突出,诱发的邻里恶性事件时有发生。
参考标准:我国《民用建筑隔声设计规范》(GB 50118-2010)对住宅、学校、医院、旅馆、办公及商业建筑等六类建筑中楼板撞击声隔声性能做出了详细的规定,其中普通住宅楼板的计权标准化撞击声压级要求不大于75dB,高要求住宅不大于65dB,然而目前我国很多住宅的楼板撞击声隔声性能远远无法满足这项要求。
(日本的撞击声压级的高标准要求为≤58dB,而韩国则要求≤50dB,澳大利亚环境保护法允许的撞击声压级范围为43~50dB。
)二、住宅室内邻里噪音的研究1、室内邻里噪音的种类楼上脚步声、楼上拖拉桌椅声、楼上小孩跑跳声,楼上小孩哭闹(叫喊)声、楼上物品砸落地板声、邻居关门声、说话声、电视声、敲击墙壁声、剁菜板声、电视声、宠物噪音、演奏乐器声、管道冲水声、空调外机低频噪音、其他楼内设备低频声等。
(不含装修噪音)2、室内噪音对人体的影响在《中国邻里噪音调查报告》中,近八成的受访者有不同程度的室内邻里噪音经历,能够明确指出噪音来源,其中属于楼板撞击声的噪音比其他种类的噪音高出约一倍,这种楼板撞击声的噪音具突发性、振动大、穿透强等特点,影响楼下住户的正常生活休息。
这些室内邻里噪音(除装修声外)在听觉感知上,不同个体的差异明显。
在针对不同噪音源对人体影响的分析中,有约60%的受访者对发生于头顶的脚步声、儿童跑跳声、拖拉桌椅声有过激反应(敏感机制),主要表现为心跳加快、心律不齐、血压升高、浑身发热且伴随颤抖,在心理层面的变化为心情低落、易怒、精神衰弱、恍惚,对噪音焦虑紧张、诱发抑郁症。
不同个体对邻里噪音感知的差异,主要表现为:同一生活环境内的家人,有的人对楼上噪音耐受力高,听觉上易忽略来自头顶上方的噪音;有的人则十分在意楼上发出的细微声音,甚至出现在安静的时候刻意寻找环境中的噪音,注意力集中在听噪音和对噪音的厌恶情绪上,短期内很难自我恢复。
绝大多数敏感人群表示此前并无类似症状,通常是在某次暴露于较大噪音干扰后(如某天被楼上拖拉桌椅声吵醒),才爆发了对室内噪音的过激(敏感)反应,虽然对这种过激(敏感)反应对听力或身体其他机能构不成危害,但是长期暴露于这种撞击声噪音的环境中,心理伤害远大于身体。
有人提出,邻里噪音纯属是楼下住户的心理敏感、主观臆断评价楼下住户是矫情、爱斤斤计较的,这些观点毫无科学根据,且在逻辑上缺乏自恰性。
在无噪音干扰环境中,绝大多数人不会出现噪音过激反应。
在治疗噪音敏感的实验中,远离噪音源有助于受害人摆脱敏感反应,即可证明:过激敏感反应均因噪音诱发,继而导致一系列不适症状,室内噪音是“无形的健康杀手”。
3、住宅室内噪音产生机制我国普遍建造的集合式住宅,楼板几乎全都是在钢筋混凝土板上直接做刚性地面, 造成计权标准化撞击声压级达不到国家标准, 已成为迫切需要解决的问题。
(《民用建筑隔声设计规范》中规定:住宅楼板的计权标准化撞击声压级要求不大于75dB,高要求住宅不大于65dB)噪音分为空气声和固体声(撞击声)。
空气声和固体声都是由人的日常活动产生的:空气声是在空气中产生,比如说话声,看电视、听音乐等等产生的声音,其传播时要先经过空气传播到墙体或者楼板再传播到相邻的房间。
固体声是直接由振动、撞击激发而传到别处的声音,比如走路、装修、挪动家具过程中产生的声音,都是直接激发楼板振动并进行传播。
固体声能量大,且在楼板墙体中传播快衰减慢,对住户影响很大,而且很难隔绝。
楼板噪声传播主要是空气传声和振动传声(固体振动声),相应有空气隔声技水和振动隔声技术。
前者遵循质量定律,使用钢筋混凝土楼板具有较好的隔绝空气声性能。
据测定,120mm厚钢筋混凝土楼板的空气声隔声量可达48-50dB,符合隔声标准要求。
而后者振动传声主要是物体撞击楼板使楼板振动,并沿房屋结构的刚性连接面传播(结构声),最后向接收空间辐射形成空气声,传给接收者。
调査研究表明,楼板撞击声(结构声)是影响室内声环境的主要噪声源,人们在室内走动、儿童跑跳及洗衣机振动都会产生一定的撞击声。
不同的撞击源又会产生不同的噪声,这些声音又可分为两种类型:轻量撞击声和重量撞击声。
日常生活中,穿高跟鞋行走所产生的声音就为轻量撞击声的一种,而儿童在楼面的跑跳则属于重量撞击声,因此研究楼板撞击声的隔声对提高人的居住环境有重要的意义。
三、国内外的楼板撞击隔声研究沿革1、国外研究国外关于楼板隔声起源于上个世纪三十年代,楼板的撞击隔声不同于墙板隔声,无法使用质量定理进行估算。
针对这个问题,1932年德国首先发明了一种轻型打击器来模拟楼板撞击声,使用500g的金属撞击鎚作为撞击源,对楼板进行打击,用来模拟日常生活中人在楼板上的活动,通过在楼下的接收器测得的声压级作为评价楼板隔绝撞击的指标,这就是今天所使用的标准打击器,测量楼板撞击声声压级评定楼板隔声的锥形,国际标准IS0140也将其作为标准测量方法。
2、国内研究历程中国对于声传播的特点,在《墨子·备穴》中就有记载,古人通过陶瓮、瓶缶等物品埋于土中对敌军的人马动静进行监听,一是利用了声音在固体中传播比空气中更强,二是利用了亥姆霍兹共振器的原理,对地底传来的声音进行放大。
同样“地听”或者“瓮听”在唐代李筌《神机制敌太白阴经》和宋代曾公亮《武经总要》中均有记载。
但是中国建筑声学起步晚,缺乏系统的研究和显著的成就,直到近代马大猷先生建立了中国第一个声学实验室才开始出现系统的研究。
1975年中国科学院物理研究所开始针对撞击声标准声源进行了研究。
目前我国标准使用与ISO140相似的测试和评价方法,使用由五个排成一行的500g的金属锤,每两个间相距10厘米,然后对楼板进行打击,为使撞击声声压级达到稳定,每分钟打击次数规定为600次,每次自由下落距离为4厘米。
从而在楼板下测得稳定的足够的噪声声压级,也能减低环境噪声的影响,使测量实验具有较大的信噪比,确保大部分条件下能够进行准确的测量。
1984年,钟祥璋对撞击式标准声源进行研究,发现其声功率级基本一致,满足国家制定的标准声源技术要求。
1993年,马铁丁对改进后的撞击声标准声源声学性能进行了研究,并通过理论分析和现场测试,研究了弹性矩形薄板的振动方程、板自由振动的变化趋势,声辐射等特点。
针对板的声辐射特点,马铁丁通过实验与分析的方法,研究了框架上矩形板辐射噪声声功率谱的特点,发现声功率谱的形状和板的固有频率及辐射效率息息相关。
对于楼板撞击声的隔绝,许多学者进行了不同的研究。
早在1982年志阳就通过实验的方法得出:采用高效弹性垫层可改善楼板的撞击声声压级,在混凝土楼板上铺设一层网状聚氯乙烯发泡再生胶复合地毡,可使楼板的撞击声声压级得到极大的改善,效果显著改善值达14分贝。
研究还发现发泡率越高其弹性越好,隔声效果越明显。
孙启祥,张齐生和彭镇华对木地板轻量撞击声隔声特性进行了研究,通过对不同种类木地板进行测量,并且与铺设瓷砖、花岗岩、大理石的地板进行比较,发现地板材料不同,撞击声声压级的频谱特征也不相同,铺设木地板楼板的撞击声声压级会形成一个峰值为单峰型变化,在中高频时能明显改善楼板的撞击声传播。
木地板密度对隔声有微弱的影响,密度低撞击声隔声稍好,而铺设瓷砖或者光裸楼板的撞击声声压级是逐步上升的,变化形式为阶梯式增长,但铺瓷砖等对隔声没有十分明显的改善。
近些年,国内开始使用浮筑楼板来降低楼板撞击声,普及率不高。
但是有很多学者开始对浮筑楼板、浮筑木地板、弹性地板的施工和应用做了研究,关于楼板、浮筑楼板、复合楼板隔声机理和双层结构隔声机理的研究有很多。
谭华对木地板和浮筑木地板对其隔声机理做了定性理论分析,以及对铺装方法、弹性垫层等影响因素进行了讨论,其研究发现选用相同的弹性垫层实木浮筑地板对撞击声的隔绝效果最好,计权撞击声改善量达到了23分贝,主要原因在于面密度和实木地板自身的弹性较其他几种地板都大。
因为浮筑楼板的普及率低,导致国内关于浮筑楼板的隔声机理理论研究文献较少,但是对于双层或多层结构的隔声机理研究较多,尤其是在双层墙体隔声的研究较多,并且从理论和实验上系统的探索了空腔、墙板材料、龙骨的影响。
这些研究为浮筑楼板隔声机理的系统分析提供了参考。
3、我国楼板撞击测试现状目前国内测试标准中规定的声源为轻质撞击标准打击器(即国际标准IS0140),该方法的声源模拟人穿鞋步行等状态,对楼板施加较轻的硬撞击。
此标准采用的轻质撞击声打击器,所激发出的撞击声主要集中在中高频段,对于楼板隔绝儿童跳跃或跑动等低频、分量大的物体撞击的性能,不能做出正确的评价。
在现实中,经常出现轻击法测试楼板隔音减振性能为合格,但仍然能听到楼上儿童跑跳声。
这是因为在实际生活中,既存在轻击法所模拟的穿鞋敲击噪声,也存在轻击法不能模拟的重撞击中低频噪声。
四、我国楼板撞击噪音隔声方案探索1、优化楼板撞击测试的必要性近年来,随着人们对居住环境品质要求的提高,浮筑楼板技术、保温夹层减振楼板处理、楼板弹性面层处理、楼板下层弹性吊顶处理等技术和方法迅速发展,对提高楼板撞击声隔声性能起到了较大的推动作用。
但是实践中发现,即使采用楼板撞击声隔声处理后达到了相关标准,仍有居住者感觉楼板存在隔声不良的问题,其根本原因在于,使用轻质撞击评价的楼板撞击声隔声指标与人们在重击源情况下的主观感受之间仍存在着较大差距。
轻质撞击法起源于欧美等国家,在这些国家的设计建筑规范中,混凝土楼板的厚度一般要求在200mm左右,楼板非常厚重,重击声源的低频声难于起振,隔声效果理想,反倒是对于高频分量较多的轻击声源,由于固体传播高频声音损失较小,楼下房间受到的影响更大一些。
因此,欧美国家对楼板撞击声隔声评价主要采用轻质撞击声源,而且多年来评价效果是令人满意。
我国住宅设计建造采用的楼板厚度大多是100-150mm,当楼上存在重击声源时,对楼下的干扰是很大的。
另外,一些住宅房间的地板面积设计的较大,在重击声源的作用下,像击鼓一样的鼓振效应更加明显,因此采用轻质撞击声源达标的楼板,在重击声源条件下,无法令人满意。
国际上撞击声测量方法不断成熟和发展,目前已形成了标准打击器法(轻质撞击法)与轮胎重击法、橡胶球重击法等新的测试方法,这些新方法将更真实模拟楼上噪音对楼下的干扰。
我国应该尽快采用这些新方法对楼板撞击声做更全面的测试,以研究出更符合当前不同楼板厚度的隔声减震材料和工艺,并且尽快在新建楼盘中强制普及浮筑楼板和减震木地板。
2、提高楼板撞击隔声性能的方法和途径轻质撞击声隔声测量方法在国内已经相对普及,对此测量方法下获得的数据和对隔绝轻质撞击声产生的噪声也有很多研究,并形成了相对成熟的治理措施。
常用的轻质撞击声的隔绝措施主要有:①在楼板面层上铺设弹性垫层(见图1),使得振动源撞击楼板所引起的振动能够减弱;②在楼板面层和承重结构之间设置浮筑层(见图2),以达到阻隔振动在楼层结构中传播的目的;③在楼板下面的空间安装隔声吊顶(见图3),便于阻隔振动结构向接收空间辐射的空气声,使得听闻者感受声音减弱。
图1 楼板面层的几种做法图2 两种浮筑式楼板的构造方案图3 一种楼下减震隔音吊顶方案上述措施对于隔绝轻质撞击声的隔声效果较不明显,对于现在的材料和楼板构造来讲都比较困难,而且施工工艺相对复杂,在一些绿色建筑中都已经只有小范围应用,民用住宅建筑普及率不高。
上述三点所提到的隔绝措施中,第二点浮筑层的隔绝方式大致可分为两种类型:一种是弹性垫层,另一种是阻尼垫层。
韩国汉阳大学的Jin Yong Jeon教授在2015年清华大学建筑物理实验室“Issues on Architectural Acoustic”的讲座中,提到了关于弹性垫层和阻尼垫层的降噪特性(见表1)表1弹性材料的刚度要远远小于光裸楼板的弯曲刚度,铺设弹性材料后,浮筑楼板的固有频率要小于光裸楼板的固有频率,这种情况下,会导致轻质撞击声的效果有所降低,而重击撞击声会提高。
如果楼板构造中的夹心部分为阻尼材料的话,其阻尼特性会将上层楼板黏结使得整体楼板厚度增加,变厚后的楼板构造的刚度大大提高,使其自身的固有频率要大于光裸楼板自身的固有频率。
图4中的曲线图描述了这一过程,可直观了解这一特性。
在这种情况下,楼板阻尼材料会改善其自身的阻尼特性,使重击撞击声得到改善,改善程度取决于阻尼材料附着上层楼板后其整体的刚度参数。
对于设计满足一定撞击声要求的楼板构造有指导作用(见图4)。
图4 阻尼结构降噪特性—固有频率位移示例图3、楼板重击测试与研究今后,我国应当将典型的楼板构造进行归类分析,并给出相应的重击测试频谱数据。
一种是“三明治”的浮筑楼板结构,基层楼板为实验室预制楼板,中间层为各种类型的减振垫层或减振块、弹簧类减振材料,面层再铺设混凝土类型的楼板构造;另外一种是在基层楼板上铺设各种地面装修装饰材料,如地毯、地砖或木地板等类型的面层材料。
“三明治”类型的浮筑楼板构造一般应用在公共类建筑,很少应用于民用住宅类建筑,主要原因是住宅建筑追求轻质化,楼层要求盖得更高,如果采用浮筑楼板,楼板厚度增加,占用的空间变大,并会增加建筑整体荷载,因而很少有设计师会把浮筑楼板设计在居住建筑中。
但随着今后绿色建筑概念的推广,开发商和建筑师们也将更多的考虑如何提高住宅楼板的隔声性能。
未来,这种“三明治”类型的浮筑楼板将会应用到更多住宅建筑中,另一种在基层楼板上铺设各种装修装饰材料是最普遍的,提倡家装行业重视木地板的隔音处理,优化建筑室内声环境质量。
不管是在轻质撞击下还是在重质撞击下,浮筑楼板在撞击声隔声性能方面都有优势,最大的优势在于其构造可以任意变化,尤其是中间的减振材料层,在选材上较丰富,效果也较显著。
(表2、表3)(表2、表3)五、住宅浮筑楼板施工及优化隔音方案1、方案思路:因为现在的楼板厚度基本只有10-15cm左右厚度,极容易将声音传递出去,加装浮筑楼板隔音垫 水泥找平层 地面材料 毛毯,可以优化楼板撞击声的隔音效果。
2、施工方案:(1)需要将地面清扫干净,做到无突起物,地面平整。
(2)铺设减振垫,相接处要整齐密封,如边角不齐,需用刀剪切齐,相接的地方可采取搭接或平接的方式连接,平接则必须用专用胶水将接缝粘牢,接缝处用胶带封严,防止上层混凝土施工时,水泥砂浆渗入减振板下面,造成传声桥。
(3)在四周墙边将隔音垫边缘向上折起,用建筑胶点粘楼板隔音垫于墙面,保留2-3倍于浮筑层厚度的高度并用胶粘剂点粘于墙面,折起部分接缝也要用胶带粘贴严密,以防止刚性连接的产生,以保持良好的隔声效果.(4)铺设厚度不小于40mm的C20细石混凝土,混凝土内需配加固钢板网,注意钢板网不得刺破隔音垫,钢板网需保证在混凝土层的中上部。
铺设厚度不小于40厚的C20细石混凝土,不得用水泥砂浆代替,因为C20细石混凝土水含量过大,容易导致开裂。
(5)根据不同的地面要求,再铺设地砖、地板等装饰层。
另外对外阳台进行改造,进行墙面和阳台窗的隔声处理,卫生间的PVC下水管传声问题,可以在水管上包覆吸音板,或者在装修时在下水管道外安装龙骨支架,然后在外面钉上吸音板,还可以在吸音板里面粘上一层海绵或者聚氯乙烯泡沫板(板材厚度应在 1cm 以上)。
多选用布艺装饰和软性装饰,因为布艺饰品有非常好的吸音效果。
利用室内摆放的绿色植物降低噪声。
可以在临街的窗台、阳台摆放一些枝叶比较多的绿色植物,也能够降低噪声的传入。
六、结束语邻里噪音问题的成因,客观上是因为建筑本身的隔音差,主观上是由于居住人的因素。
因此,我们在探索科学治理方法的同时,也要强调对居家文明观念的宣传,很多生活习惯不涉及法律约束范畴,例如:邻居出门后总是很大声的摔门,摔门时整个房间都跟着振动,声音突然,足以惊醒睡梦中的其他邻居。
大声摔门,不触犯任何法律,也没有任何规定不允许大声摔门,但正如不尊老爱幼,不珍惜粮食一样,属于不文明行为,所有人应该遵守文明行为,避免不文明行为对他人造成影响。
以我国居住建筑常用的120mm厚的实心钢筋混凝土楼板为例,其撞击声隔音性能完全无法满足的标准要求,增加水泥砂浆厚度或铺贴瓷砖对隔声性能改善作用不明显,在有限厚度的楼板条件下,增加浮筑楼板的设计,能提高楼板撞击声的隔音作用。
以往大家对建筑声环境的关注度不高,但是随着人民生活水平的提高,绿色建筑、安静住宅的概念将会越来越深入人心,本文也力求呼吁广大开发商和设计师能够体会到邻里噪音干扰的痛点,为购房者营造一个安静舒适的家庭环境。
参考文献朱晨辉《应用浮筑楼板隔绝撞击声的研究》薛小艳《楼板重击撞击声噪声降低方法研究》华实《建筑楼板撞击声隔声性能的研究》李新军《健康住宅楼板隔声的比较研究与实践》袁燕《住宅噪音处理方案》谢小利《隔声垫浮筑楼板的撞击声隔声性能研究》王军强《绿色建筑楼板声学性能优化研究》王军强《住宅楼板结构隔声性能优化的试验》