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摘要：做为建筑外立面门窗结构设计、产品制造商必须要知道窗户和相关组件材料的隔音数据，市场流通的产品是否“以客户为中心”的前提下，满足客户的“真实需求”为目的才是根本。建筑外立面窗户隔音目的就是通过窗户和墙体隔断由外面向室内传进来的空气音，因此我们需要重新认识和理解一下“音”以及“隔音”的建筑物理学应用特性。
关键词：声音产生的振动和振波 隔声措施 音响程度 音响产生的压力空气形态 液体形态 固体形态 减噪指数 健康舒适的环境
1、前言
现在的城市化进程已经越来越快，同时城市的人口居住密集度增大和交通便利下等诸多因素产生的背景噪音核心所在，由此而产生的噪音又与人居生活环境的舒适环境产生了相互矛盾，而且在人群聚集越多、越热闹的地方越不适宜休息，道路交通中的车辆往来主要表现在道路交通、高速公路、高速铁路和飞机场中飞机升降所导致的噪音污染，声波的振动不止会通过空气进行介质进行传播，还会通过摩擦震动连接的其他介质，尤其是在深夜低背景声的状态里则表现的更加显著，所以需要对引起的噪声产生的影响影响重视起来，并且需要重新定义和思考，同时更需要采取相应的技术措施和办法来解决是当务之急。
人们居住小区的卧室、书房、客厅及办公室、医院等公共场所，通常都会听到从外部传入的说话声、喊叫声、汽车喇叭声、警笛声、锄草机声等，严重影响人们的生活、学习、休息、睡眠，也包括影响工作效率，会使人心情烦躁、心神不宁，长此以往下去，将导致对人体的神经系统产生巨大伤害，从而会使人的健康水平下降，甚至会导致心脑血管疾病的发生等疾病，因此对于阻断外界声音的传递是解决人居工作生活环境舒适、健康的一个重要条件。
隔声性能的定义，隔声目的是为了改善居室的舒适，健康的环境，同时也可以防止噪声污染，所以要求建筑外门窗具有阻挡声音传递的能力，而室外噪声用分贝(dB)单位来表示，而当声音每增加6dB时，声压就会增加一倍。
建筑外立面窗户+墙体隔音目的就是通过窗户和墙体阻断由外面向室内传递进来的空气音产生的振动和振波，因此我们需要重新认识一下“音”和隔音在建筑物理学中应用的特性。
1.声音为建筑物理学中的力学的振动和振波的应用，音在气体形态、液体形态或固体形态物质中的波传播，人的听觉范围10Hz[(赫兹) =振动/秒]至20000Hz而形成声音。
2.又分为：
3.空气音，如说话、交通或机器的声音
4.固体音，声音通过屋顶、墙壁传播，通过机器、电梯等产生的声波振动，以及行走脚步声引起的振动。
5.音的程度、压力决定一个声音的音响程度，音响程度单位为dB(分贝)。通过确定音响的标准，来划分不同的音响强度。
声波振动主要是在各类介质中传播，而其会因为距离和不同的障碍物而产生衰减和反射。比如岩石这类材料，大部分声波的能量会被反射，如果是海绵，石棉，各类发泡保温材料，三合板（词条“三合板”由行业大百科提供），多孔轻质水泥和发泡聚氨酯材料（词条“聚氨酯材料”由行业大百科提供）就会出现吸收声波的效果。也就是说哪怕美国那种没有为隔音做任何特殊处理的住宅建筑（词条“住宅建筑”由行业大百科提供），也能具有能力减少至少30db的噪声，如果建筑本身离高速路和高流量的的公路拥有一定距离的话，前向没有树木遮挡也是能达到优秀的效果的。因为这是各类木质材料和保温材料的特性决定的。但如果为了达到更好的隔音效果，仅仅只是做成这样是完全不够的，因为对于墙体的隔音处理是一个非常精密且复杂的技术难题，需要同时处理外部对内部传播的声音，以及内部对外部传播的声音，因为虽然声波是以全向传播的，对指向型的声音的其他方向可能会有相对来讲更小的声波振动，但不代表其他方向完全接收不到。
但建筑并不是一个单独存在的个体，各类建筑是城市存在的有机组成元素，需要符合城市建筑规划和街区的设计要求，以及比如单一住宅建筑的遮蔽率标准。而单纯以隔音效果来讲，在一个完美的世界中，最好的方式就是使用各种类型的手段都同时使用，比如距离，降噪隔音墙体，树木，以及其他各种形式的对建筑本身的吸音和隔音处理，比如在模块化设计过程中把隔音材料和减少震动的浮动滑块直接做到建筑内部，进行预埋，为业主提供最好的生活体验。当然，世界并不是完美的，经费空间和技术水平都有限，不同地区的方式和解决方案都不同，欧洲，日本，美国，日本，都采取了非常不同的解决方案，但不可避免的来说，对于开发商来讲，对相对平均的单一家庭住宅建设，很多时候采取符合要求和标准的且最便宜的材料是不可避免的，因为作为一个以盈利为目的的企业，将本增效永远是一个绕不过的话题。以日本为例，日本的一户建平均的保值年龄只有30年，因为日本的房价非常稳定，此栋一户建哪怕在一个相对完好的修缮，在一个相对优秀的地段，最后建筑本身也是没有什么纸面上的价值的，购买者购买的只有土地，地面上的建筑自己重建可能还更划算一些，哪怕此栋建筑在当时建造的年代用的可能是当时最优秀的木梁和框架，也没有什么显著的腐朽和发霉。
举例来讲，对于噪音源头的控制，其中一个重要的元素就是对于集装箱重卡和卡车公交车的噪音控制。不同国家对于皮卡和重型集装箱卡车的规定的非常不同的，因为重卡产生的噪声对居民区造成了影响是非常严重的，无论是高速穿过空气的摩擦声，轮胎和地面的摩擦声和震动，发动机低速运转的震动，低频噪声和高频的刹车声，和汽笛声都是一个很大的问题，所以在欧洲和美国的城市和居民区附近基本上是见不到重型卡车的，卡车基本上停在专用的休息站和停车场内,不会出现在城市中心。这些低中高频的震动实际上就是造成人们感受到极大的令人烦躁的噪音的源头。而且因为建筑的密度不同，影响范围也不同。
电影院则是一个相反的例子，是在室内保证声音不过被反射和泄露出电影院的影厅。这就要归功于电影院的特殊声学设计和扬声器设计了。电影最好的声学效果首先是利用声道，分出低中高音，然后在全向都放置扬声器，而且需要为了吸收多余的声波能量拥有一面可以吸收大部分能量的墙体和天花板，避免重复反射现象造成的回声，从而削弱用户对电影音效和配乐的体验，是对电影本身是极为不利的。这也是为什么克里斯托弗诺兰导演坚持认为自己的电影需要在音效最优秀的影院欣赏才能达到最好的效果。这也是一种隔音性能要求，所以对于建筑和房间的隔音设计来说是非常多样化的，在各种层面上，也是会因为需求不同和条件的限制采取不同的应对措施。无论对室内还是室外，只要有间隔和空间，就有隔音存在的必要性，因为独立的休息和隐私空间是人类的必要需求。
2、窗户的隔音设计等级划分
当前零售家装/工程市场门窗在企业大幅度、大规模地推广隔音门窗（词条“隔音门窗”由行业大百科提供），其实在这方面存在很大程度上的包含过度营销的成分，其中的技术含金量提高到什么程度，需要相关的技术数据和相关理论来支撑，因此具体到关于窗户的隔音效果经常会产生极大的误区，隔声也不仅仅是采用玻璃上的配置来解决方案这么简单的事情，更需要专业技术和匹配的相关产品提供解决方案才是最好的方法。
目前使用的窗户类的产品在客户居室应用隔音效果真正如何?真正关注这方面焦点的业内专业人士(包括企业老板)并不多，因为目前市场营销层面占主导，同时企业对市场营销更多的是注重销量业绩增长，不一定是利润的增长。
企业做为建筑外立面门窗结构设计、产品制造商应该必须要知道窗户和相关组件材料的隔音数据，作为市场流通的产品是否在以“客户为中心”的前提下，满足客户的“真实需求”为目的才是根本。
建筑外门窗是以“计权隔声量和交通噪声频谱修正量之和(Rw+Ctr)”作为隔声的分级指标，同时内门、内窗以“计权隔声量和粉红噪声频谱修正量之和(Rw+c)”也作为分级指标，并且应用于对建筑物内的机器，设备噪声源隔声的建筑内门窗，对中低频噪声应用外门窗的指标值进行分级，对中高频仍可采用内门窗的指标值进行分级。
声音产生的建筑物理学上振动和振波，可以通过气体、液体和固体的介质进行传递，窗户+墙体的隔音主要是隔断和吸收内室外向室内传递的声音。
声音的压力决定着一个声音的音响程序，隔音的单位分贝(dB)。为便于理解，从下表一些普通声音中判断其音响程度大小。
按下表音源和音响程度可知，声音40dB以内的环境是安静的范围，因此需要根据室外环境的音响程度的具体情况来选择合适外窗的隔音值，而密封做的不好的窗户也会造成屋内噪音污染过强，并且直接影休息和睡眠质量，从而造成失眠以及长时间睡眠不足等负面结果，由于长时间生活在该种环境内，将会对工作和学习环境都有很强的负面影响。
3、建立隔音规划的设计理念
建立隔音规划的设计理念是很重要的，做好顶层设计规划才能实现建筑外立面的整体解决方案。
隔音规划设计只是建筑外立面设计中的一部分要求，而且隔音设计要求适用于已安装状态下的整个户外建筑所有组件，除了窗户之外，这还涉及配件，例如遮阳帘顶盒和⻛扇以及包括墙体连接在内的墙，隔音要求适用于建筑中所有单独组件的总和。
建筑师或专业设计规划人员的任务在于，根据对整个户外建筑组件的要求来确定各个建筑组件的与声音相关的规范，这适用于对墙、窗户的结构设计、配件和建筑连接接缝的要求。
建筑外墙+窗户结构设计隔声性能的基本原则是外窗的结构设计以及缝隙密封密切相关，为了实现高隔声等级的窗，必须采用专业设计理念，专业订制结构设计体系的特种窗户技术来完成，可以保证隔音效果达到55dB ～60dB以上。在声压和音响声级达到100dB～150dB以上时，更需要针对这种情况的特殊规划设计和做好整体的解决方案，更完整地阻断低频到中高频声波所产生的振动和振波，保持室内环境的安静与舒适度指数，并且可以实现高性能的隔音节能窗体系，同时框架的斜角缝、玻璃间距与框架的缝隙、玻璃扣条的密封、五金配件要保证密封完整性，同时窗户框架与墙体连接缝的设计，这样才能实现被动的隔音性能，依靠密封性和优秀的框架设计结构保证声波在通过墙体、玻璃、五金、框架结构体系、安装固定结构体系进行吸收，同时也阻断削弱了噪声引起的振动和振波。
上海茵捷建筑科技有限公司自主研发的“高热阻”建筑节能门窗体系实拍样角示意图
隔音等级见下表：
窗扇与框之间的缝隙，也同样会对隔音产生严重影响，“高热阻”节能外窗是釆用多孔复合胶条、多道密封，同时玻璃与框之间采取特殊密封措施用以阻隔声波透过密封性差的接缝渗入进室内，“高热阻”节能外窗的密封性能达到<0.3m[3]/(m.h)，较传统窗的密封效果提高了数倍，大大减弱了通过空气中声音传播的能力而窗与墙的连接的接缝，以及上墙的施工工艺也起到了较好的隔音效果。
由于这种“高热阻”结构体系的窗户的框架结构（词条“框架结构”由行业大百科提供）体系具有高效的保温效能，其框架结构体系中也同时带来优秀的隔音能力，要提高综合性能水平，需采用特制隔音玻璃（词条“隔音玻璃”由行业大百科提供）配置结构设计，用来吸收以及阻隔声波的传递，并且提高自身的窗体框架结构+墙体结构的隔音性能。
4、阻断隔音需要采取的相关措施
户外建筑组件的隔音设计方法包括:对整
个户外建筑组件以每个房间为基础设计隔音，同时还需要注意建筑组件之间的接缝降噪，以及考虑外墙和窗户的安装位置的隔声要求，包括增益范围在内的需要降低的(户外)声级，规划的用途和需要隔音的房间平面（词条“平面”由行业大百科提供）图，以室内声级的形式。
建筑组件之间的缝隙对隔音的影响见下表：
在获得所需隔音的结果之后，基于其面积的比例来确定指定各部件(尤其是窗户)所需的隔音。
为实现这一目标主要还是一切都要以相关的技术标准和规范为基础， 如果有条件可以把隔音标准实现更严格化的要求，可以通过表格来划分最低等级标准，实现建筑组件，当然也包括建筑外墙+⻔窗组件的接缝、窗户的安装位置等隔音要求，产品的设计及应用更加人性化，充分满足人居安全、耐用、舒适和健康环境(至少欧洲国家，包括德国已经在这么规范的做了不少于70年)。
5、隔音与安装的密切关系
隔音效果如何与安装有很大的关系，为什么这么讲?目前行业市场的细分领域已经开始凸显，许多门窗专业安装公司已经开始大幅度增加，但是专业技术和实力如何?门窗安装的最终结果有待依靠使用的客户、时间、极端气候条件下来验证。
1、建筑外门窗的专业安装需要注意事项：
建筑外窗框架结构的安装位置
建筑外窗框架结构与墙体的固定
外窗与墙体间缝隙的密封
建筑物相邻的组件/构件之间缝隙的密封
外窗受气候影响而产生的变形（词条“变形”由行业大百科提供）
外窗与洞口间缝隙的密封保温
外窗与洞口间产生的运动及公差
外窗结构性向外排水（词条“排水”由行业大百科提供）
安装过程中的各项应力的排除
以上的要求是现场安装过程中必须要化解的问题，不是简单的操作，因此窗户的许多性能(见上图)都是通过安装设计来实现的。
2、安装位置的确定
外窗的安装位置主要有三种：
洞口中间
洞口边部
洞口外侧
不同的安装位置，建筑外窗的密封和保温工艺方法不同，要因地制宜，实现标准化施工。
门窗安装一直是我们行业中的薄弱环节，上面关于安装中需要解决的问题和安装位置的两个方面，作者在相关论文中已多次提到，就是希望大家引起重视。我们国内建筑外立面的外墙+门窗行业不像德国，包括欧洲、北美和日本等发达国家对于外墙+门窗安装的技术研究的很深入，以及对外建筑外立面的结构设计的节能减排措施执行落实到位，同时对于建筑相关组件产品、安装必须符合相关的建筑法、标准和规范要求，所做的一切要求都是“以人为本，以客户为中心”的原则来完善各建筑组件的细节，这些也是我们行业所欠缺的，通过了解德国制造业的门窗设计规划和安装的基本理念和方法，同时也可以提升自身的专业素养，门窗行业发展确实也需要改变理念和安装方式的技术创新。
6、密封与隔音的关系
建筑外窗结构密封设计是门窗安全、耐用、舒适、健康的体现，它直接关系到建筑外窗的抗风压、气密、保温、隔音、水密、防撬、防火等性能，建筑外窗结构密封主要通过密封胶条、防水气密性材料、保温材料、密封胶、窗台及窗套等密封系统来实现，建筑外窗密封系统包括：
玻內与玻外的密封
玻璃与框架结构的密封
框架与开启扇的密封
外窗框架与墙体的密封
窗框与窗框的密封
外窗框架与室外的密封
外窗框架结构性外排水
外窗框架与室内的密封
室外与室内的密封
以上技术环节都需要认真思考并提出有效的解决方案。
总之，建筑外窗在密封结构设计时要充分考虑各种不利因素容易导致的各种问题，并通过顶层结构设计来提升产品的综合性能，以满足不同的建筑设计要求，并在实际操作中进行过程控制。
7、结束语
建筑外门窗产品是服务大众的工业制品，保证产品的洞口解决方案，满足人居的安全性、耐用性、可靠性、舒适和健康的环境，这才是建筑外门窗设计和应用的根本。
我们需要学习德国的先进、求真务实的技术理念，做好基础材料上的提升与创新，并结合国内不同气候变化区域实现落地实施，做符合国内的不同气候区域的窗户的结构设计、加工组装、安装工艺产品，实现“以客户为中心，产品去品牌化、产品去中心化”，完成企业高品质发展为根本的目的，企业做好技术创新，并保证产品质量为根本，满足客户需求为目的。企业转型发展是必由之路，建筑节能的提高对企业发展有提升，企业在变局中求生存求发展才是根本。
参考文献：
1、《铝窗制造》李之毅1990年10月1日
2、ift Rosenheim《窗及室外过道门的安装导则》中文版 2017年11月
作者单位：上海茵捷建筑科技有限公司
