[2024年资助成果] 吸声吊顶在室内声环境品质提升中的研究-燕翔

吸声吊顶在室内声环境品质提升中的研究

项目负责人

燕 翔，清华大学建筑学院副教授

近些年，噪声污染引起的投诉居高不下。根据2021年1月国内网民投票结果显示，居住噪声以远超其他项目的票数当选十大烦恼之首。《全国住区与住宅建筑居住满意度调查》（32237份有效问卷）中“楼板与分户墙隔声性能”、“室内噪声控制”占据用户不满意度榜首。针对具体噪声类型而言，根据《中国邻里噪音调查报告》，楼板撞击声隔声问题所引起的干扰最为严重。

既有建筑针对楼板隔声进行改造，在上部空间构建浮筑楼板施工难度较大，牺牲楼板下部空间层高构建吊顶是更易实现的有效措施。传统石膏板吊顶内部填充玻璃棉等吸声材料可提供一定的声学性能，但玻璃棉在长时间后纤维易脱落，受潮后声学效果大大降低，且因内部纤维脆化，易在空气中形成污染，接触或吸入引起人体不良反应。

因此，本项目力求研发一种吸隔声吊顶，采用新型声学材料，结合吸声降噪理论设计构造，通过声学模拟和实验实测分析确定最优选型，为提升室内声环境品质提供方向，切实保障“好房子”理念落实。

研究方法及结论

2.1 新型声学材料调研

砂岩吸隔声板为采用天然砂粒经过处理粘接制成，在吸隔声、防火、环保、耐候及其他物理强度方面均具有优良表现，并通过检测机构验证，已在清华大学教师餐厅、第三教学楼改造等项目中有所应用。

膨化砂岩环保吸声板原材料为天然二氧化硅含水玻璃质火山熔岩砂粒，经高温膨化处理后，通过硅基化学作用将微粒聚合成的膨化砂岩，具有不燃、耐候、耐酸碱、耐水、耐日光、环保无味等特性，适合建筑室内吸声使用。

微孔陶板双面为硬质水泥，其间为采用古运河道泥土、城市污泥等为原材料生产的微型陶粒，通过无机盐粘合材料聚合制成，每平方米微孔数高达上亿个，具有轻质、吸声、不燃、防开裂、防渗水、耐腐蚀等特点，可用于大面积无缝吸声装饰。

三聚氰胺棉板以三聚氰胺树脂为原料，经发泡工艺制成多孔轻质吸声材料。在经过硅基改性工艺处理后达到A级防火标准，具有质量轻、吸声系数高、环保无毒、无粉尘脱落、性价比高等优点，是玻璃棉、岩棉的理想替代材料。

2.2 声学软件模拟

设计吊顶构造包括楼板下部通过吊杆龙骨和石膏板组成传统石膏板吊顶部分，和石膏板下部的吸声降噪部分。10mm厚纸面石膏板作为吸声降噪构造的基础，下部包括12mm空腔（内填10mm三聚氰胺棉板），空腔支撑条板，以及底部分别设置砂岩板、膨化砂岩板和微孔陶板作为最后一层面板，如图1所示。考虑层高对居民生活的影响，整体构造厚度控制在100mm左右。

图1. 吊顶样件示例图

采用INSUL 隔声性能模拟软件评估不同空腔深度下石膏板吊顶部分的隔声表现，并确定最优空腔深度。模拟条件基础楼板为120mm厚混凝土楼板，并在其上布置40mm厚混凝土砂浆垫层，下部和10mm厚纸面石膏板之间通过吊杆龙骨形成空腔构造，整体为“质量-弹簧-质量”的隔声效果，如图2所示。

图2 隔声构造模拟示意图

针对30mm-100mm不同吊顶空腔深度下的空气声计权隔声量Rw模拟结果及计权规范化撞击声压级Ln,w模拟结果统计如表1所示。在空腔深度为80mm-90mm时，Rw基本没有改变，而70mm以下则相差较大。Ln,w在空腔深度80mm以上时变化甚微，70mm以下随深度变化明显。因此吊顶空腔深度设置在70mm-80mm之间为宜。

表1 不同厚度空腔下模拟结果统计

采用Acousys 声学软件对石膏板下的吸声降噪构造进行模拟，探究石膏板下空腔内是否填棉，以及不同底层面板材料的吸声性能，结果统计如图3所示。三项面板材料性能相近，降噪系数NRC均在0.50以上，可满足一般吸声材料的性能要求，内填棉的构造吸声表现均高于仅有空腔的构造。

图3 吸声性能模拟结果

2.3 实验实测分析

根据模拟结果以及设计方案，拟定楼板及吊顶构件的测量步骤，包括基础楼板（含砂浆层），基础楼板下添加石膏板吊顶，石膏板吊顶下添加新型吸隔声板材（砂岩板、膨化砂岩板、微孔陶板），以及最终在上述方案中选择最优项（实验后可知为微孔陶板），在吊杆处添加弹性垫片后再次进行检测，最优方案构造图如图4所示。

图4 吊顶最优方案构造图

各项实验检验结果统计如表2所示。

表2 隔声吊顶方案结果统计表

各频段空气声隔声和撞击声隔声性能结果如图5和6所示。

空气声隔声方面，各项方案性能差异主要提现在中低频段。其中，500-1000Hz频段内砂岩板性能最优。400Hz以下的低频段内微孔陶板空气声隔声表现与砂岩板相近，整体较好，加装弹性垫片后在400-1600Hz内有1dB-2dB明显提升。膨化砂岩板空气声隔声性能在400Hz以下略低于砂岩板和微孔陶板，但400Hz以上表现与砂岩板相近，是较好选择。1600Hz以上各项方案空气声隔声性能相差不到1dB。

图 5 各项方案空气声计权隔声量比较

撞击声隔声方面，砂岩板在500-1000Hz之间表现最优，其次为微孔陶板和加装弹性垫片的微孔陶板方案。加装弹性垫片后，在1250Hz以下微孔陶板方案的撞击声隔声表现有明显提升，最高在200Hz处有2dB以上的改善量，而在1600Hz以上的频段内，由于弹性垫片的加入改变了振动特性而表现稍有减弱，但整体仍优于其他材料方案。日常生活中，低频噪声穿透性更强，带来的困扰更多，加装弹性垫片后的微孔陶吊顶方案对室内声环境体验改善更佳。

图 6 各项方案计权规范化撞击声压级比较

研究结论

本研究提供一种新型吸隔声吊顶方案，采用新型声学材料，并进行吸声降噪构造设计，通过模拟和实测最终确定最优选型，为未来既有住宅内楼板吊顶隔声改造提供了方向。

研究结论如下：

（1） 综合考虑声学表现和层高控制，楼板下设置石膏板吊顶空腔深度70mm-80mm为宜；

（2） 吊杆与龙骨连接处添加弹性减振垫片，可改善低频撞击声隔声性能；

（3） 空腔内添加三聚氰胺棉相较仅空腔设计可带来较大的吸声性能提升；

（4） 砂岩板、膨化砂岩板、微孔陶板三项材料均可用于住宅楼板吸声降噪吊顶改造，平均空气声隔声可带来6dB改善量，撞击声隔声可带来10dB改善量，其中微孔陶板方案表现最优。

项目负责人简介

燕翔，清华大学建筑学院副教授，清华大学建筑物理实验室主任，建筑环境检测中心主任，研究领域建筑声学，主要涉及有厅堂音质、环境噪声、声学设计、声学测量、声学模拟、声学材料等。

联系方式：x-yan@tsinghua.edu.cn

“房地产可持续发展”研究资助计划

本项计划由清华大学恒隆房地产研究中心于2023年初启动，该计划面向清华大学全体教师和研究人员征集，鼓励和支持我校围绕房地产行业的多元场景，开展创新性、跨学科交叉研究等。2024年度研究计划共资助了10项研究，相关成果发布会已于2025年1月10日在清华大学举行。2025年研究资助计划申报指南业已发布，感谢您的关注，期待您的申请与转发。

点击查看：2025年研究资助计划申报指南

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