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摘要：做為建筑外立面門窗結構設計、產品制造商必須要知道窗戶和相關組件材料的隔音數據，市場流通的產品是否“以客戶為中心”的前提下，滿足客戶的“真實需求”為目的才是根本。建筑外立面窗戶隔音目的就是通過窗戶和墻體隔斷由外面向室內傳進來的空氣音，因此我們需要重新認識和理解一下“音”以及“隔音”的建筑物理學應用特性。
關鍵詞：聲音產生的振動和振波 隔聲措施 音響程度 音響產生的壓力空氣形態 液體形態 固體形態 減噪指數 健康舒適的環境
1、前言
現在的城市化進程已經越來越快，同時城市的人口居住密集度增大和交通便利下等諸多因素產生的背景噪音核心所在，由此而產生的噪音又與人居生活環境的舒適環境產生了相互矛盾，而且在人群聚集越多、越熱鬧的地方越不適宜休息，道路交通中的車輛往來主要表現在道路交通、高速公路、高速鐵路和飛機場中飛機升降所導致的噪音污染，聲波的振動不止會通過空氣進行介質進行傳播，還會通過摩擦震動連接的其他介質，尤其是在深夜低背景聲的狀態里則表現的更加顯著，所以需要對引起的噪聲產生的影響影響重視起來，并且需要重新定義和思考，同時更需要采取相應的技術措施和辦法來解決是當務之急。
人們居住小區的臥室、書房、客廳及辦公室、醫院等公共場所，通常都會聽到從外部傳入的說話聲、喊叫聲、汽車喇叭聲、警笛聲、鋤草機聲等，嚴重影響人們的生活、學習、休息、睡眠，也包括影響工作效率，會使人心情煩躁、心神不寧，長此以往下去，將導致對人體的神經系統產生巨大傷害，從而會使人的健康水平下降，甚至會導致心腦血管疾病的發生等疾病，因此對于阻斷外界聲音的傳遞是解決人居工作生活環境舒適、健康的一個重要條件。
隔聲性能的定義，隔聲目的是為了改善居室的舒適，健康的環境，同時也可以防止噪聲污染，所以要求建筑外門窗具有阻擋聲音傳遞的能力，而室外噪聲用分貝(dB)單位來表示，而當聲音每增加6dB時，聲壓就會增加一倍。
建筑外立面窗戶+墻體隔音目的就是通過窗戶和墻體阻斷由外面向室內傳遞進來的空氣音產生的振動和振波，因此我們需要重新認識一下“音”和隔音在建筑物理學中應用的特性。
1.聲音為建筑物理學中的力學的振動和振波的應用，音在氣體形態、液體形態或固體形態物質中的波傳播，人的聽覺范圍10Hz[(赫茲) =振動/秒]至20000Hz而形成聲音。
2.又分為：
3.空氣音，如說話、交通或機器的聲音
4.固體音，聲音通過屋頂、墻壁傳播，通過機器、電梯等產生的聲波振動，以及行走腳步聲引起的振動。
5.音的程度、壓力決定一個聲音的音響程度，音響程度單位為dB(分貝)。通過確定音響的標準，來劃分不同的音響強度。
聲波振動主要是在各類介質中傳播，而其會因為距離和不同的障礙物而產生衰減和反射。比如巖石這類材料，大部分聲波的能量會被反射，如果是海綿，石棉，各類發泡保溫材料，三合板（詞條“三合板”由行業大百科提供），多孔輕質水泥和發泡聚氨酯材料（詞條“聚氨酯材料”由行業大百科提供）就會出現吸收聲波的效果。也就是說哪怕美國那種沒有為隔音做任何特殊處理的住宅建筑（詞條“住宅建筑”由行業大百科提供），也能具有能力減少至少30db的噪聲，如果建筑本身離高速路和高流量的的公路擁有一定距離的話，前向沒有樹木遮擋也是能達到優秀的效果的。因為這是各類木質材料和保溫材料的特性決定的。但如果為了達到更好的隔音效果，僅僅只是做成這樣是完全不夠的，因為對于墻體的隔音處理是一個非常精密且復雜的技術難題，需要同時處理外部對內部傳播的聲音，以及內部對外部傳播的聲音，因為雖然聲波是以全向傳播的，對指向型的聲音的其他方向可能會有相對來講更小的聲波振動，但不代表其他方向完全接收不到。
但建筑并不是一個單獨存在的個體，各類建筑是城市存在的有機組成元素，需要符合城市建筑規劃和街區的設計要求，以及比如單一住宅建筑的遮蔽率標準。而單純以隔音效果來講，在一個完美的世界中，最好的方式就是使用各種類型的手段都同時使用，比如距離，降噪隔音墻體，樹木，以及其他各種形式的對建筑本身的吸音和隔音處理，比如在模塊化設計過程中把隔音材料和減少震動的浮動滑塊直接做到建筑內部，進行預埋，為業主提供最好的生活體驗。當然，世界并不是完美的，經費空間和技術水平都有限，不同地區的方式和解決方案都不同，歐洲，日本，美國，日本，都采取了非常不同的解決方案，但不可避免的來說，對于開發商來講，對相對平均的單一家庭住宅建設，很多時候采取符合要求和標準的且最便宜的材料是不可避免的，因為作為一個以盈利為目的的企業，將本增效永遠是一個繞不過的話題。以日本為例，日本的一戶建平均的保值年齡只有30年，因為日本的房價非常穩定，此棟一戶建哪怕在一個相對完好的修繕，在一個相對優秀的地段，最后建筑本身也是沒有什么紙面上的價值的，購買者購買的只有土地，地面上的建筑自己重建可能還更劃算一些，哪怕此棟建筑在當時建造的年代用的可能是當時最優秀的木梁和框架，也沒有什么顯著的腐朽和發霉。
舉例來講，對于噪音源頭的控制，其中一個重要的元素就是對于集裝箱重卡和卡車公交車的噪音控制。不同國家對于皮卡和重型集裝箱卡車的規定的非常不同的，因為重卡產生的噪聲對居民區造成了影響是非常嚴重的，無論是高速穿過空氣的摩擦聲，輪胎和地面的摩擦聲和震動，發動機低速運轉的震動，低頻噪聲和高頻的剎車聲，和汽笛聲都是一個很大的問題，所以在歐洲和美國的城市和居民區附近基本上是見不到重型卡車的，卡車基本上停在專用的休息站和停車場內,不會出現在城市中心。這些低中高頻的震動實際上就是造成人們感受到極大的令人煩躁的噪音的源頭。而且因為建筑的密度不同，影響范圍也不同。
電影院則是一個相反的例子，是在室內保證聲音不過被反射和泄露出電影院的影廳。這就要歸功于電影院的特殊聲學設計和揚聲器設計了。電影最好的聲學效果首先是利用聲道，分出低中高音，然后在全向都放置揚聲器，而且需要為了吸收多余的聲波能量擁有一面可以吸收大部分能量的墻體和天花板，避免重復反射現象造成的回聲，從而削弱用戶對電影音效和配樂的體驗，是對電影本身是極為不利的。這也是為什么克里斯托弗諾蘭導演堅持認為自己的電影需要在音效最優秀的影院欣賞才能達到最好的效果。這也是一種隔音性能要求，所以對于建筑和房間的隔音設計來說是非常多樣化的，在各種層面上，也是會因為需求不同和條件的限制采取不同的應對措施。無論對室內還是室外，只要有間隔和空間，就有隔音存在的必要性，因為獨立的休息和隱私空間是人類的必要需求。
2、窗戶的隔音設計等級劃分
當前零售家裝/工程市場門窗在企業大幅度、大規模地推廣隔音門窗（詞條“隔音門窗”由行業大百科提供），其實在這方面存在很大程度上的包含過度營銷的成分，其中的技術含金量提高到什么程度，需要相關的技術數據和相關理論來支撐，因此具體到關于窗戶的隔音效果經常會產生極大的誤區，隔聲也不僅僅是采用玻璃上的配置來解決方案這么簡單的事情，更需要專業技術和匹配的相關產品提供解決方案才是最好的方法。
目前使用的窗戶類的產品在客戶居室應用隔音效果真正如何?真正關注這方面焦點的業內專業人士(包括企業老板)并不多，因為目前市場營銷層面占主導，同時企業對市場營銷更多的是注重銷量業績增長，不一定是利潤的增長。
企業做為建筑外立面門窗結構設計、產品制造商應該必須要知道窗戶和相關組件材料的隔音數據，作為市場流通的產品是否在以“客戶為中心”的前提下，滿足客戶的“真實需求”為目的才是根本。
建筑外門窗是以“計權隔聲量和交通噪聲頻譜修正量之和(Rw+Ctr)”作為隔聲的分級指標，同時內門、內窗以“計權隔聲量和粉紅噪聲頻譜修正量之和(Rw+c)”也作為分級指標，并且應用于對建筑物內的機器，設備噪聲源隔聲的建筑內門窗，對中低頻噪聲應用外門窗的指標值進行分級，對中高頻仍可采用內門窗的指標值進行分級。
聲音產生的建筑物理學上振動和振波，可以通過氣體、液體和固體的介質進行傳遞，窗戶+墻體的隔音主要是隔斷和吸收內室外向室內傳遞的聲音。
聲音的壓力決定著一個聲音的音響程序，隔音的單位分貝(dB)。為便于理解，從下表一些普通聲音中判斷其音響程度大小。
按下表音源和音響程度可知，聲音40dB以內的環境是安靜的范圍，因此需要根據室外環境的音響程度的具體情況來選擇合適外窗的隔音值，而密封做的不好的窗戶也會造成屋內噪音污染過強，并且直接影休息和睡眠質量，從而造成失眠以及長時間睡眠不足等負面結果，由于長時間生活在該種環境內，將會對工作和學習環境都有很強的負面影響。
3、建立隔音規劃的設計理念
建立隔音規劃的設計理念是很重要的，做好頂層設計規劃才能實現建筑外立面的整體解決方案。
隔音規劃設計只是建筑外立面設計中的一部分要求，而且隔音設計要求適用于已安裝狀態下的整個戶外建筑所有組件，除了窗戶之外，這還涉及配件，例如遮陽簾頂盒和⻛扇以及包括墻體連接在內的墻，隔音要求適用于建筑中所有單獨組件的總和。
建筑師或專業設計規劃人員的任務在于，根據對整個戶外建筑組件的要求來確定各個建筑組件的與聲音相關的規范，這適用于對墻、窗戶的結構設計、配件和建筑連接接縫的要求。
建筑外墻+窗戶結構設計隔聲性能的基本原則是外窗的結構設計以及縫隙密封密切相關，為了實現高隔聲等級的窗，必須采用專業設計理念，專業訂制結構設計體系的特種窗戶技術來完成，可以保證隔音效果達到55dB ～60dB以上。在聲壓和音響聲級達到100dB～150dB以上時，更需要針對這種情況的特殊規劃設計和做好整體的解決方案，更完整地阻斷低頻到中高頻聲波所產生的振動和振波，保持室內環境的安靜與舒適度指數，并且可以實現高性能的隔音節能窗體系，同時框架的斜角縫、玻璃間距與框架的縫隙、玻璃扣條的密封、五金配件要保證密封完整性，同時窗戶框架與墻體連接縫的設計，這樣才能實現被動的隔音性能，依靠密封性和優秀的框架設計結構保證聲波在通過墻體、玻璃、五金、框架結構體系、安裝固定結構體系進行吸收，同時也阻斷削弱了噪聲引起的振動和振波。
上海茵捷建筑科技有限公司自主研發的“高熱阻”建筑節能門窗體系實拍樣角示意圖
隔音等級見下表：
窗扇與框之間的縫隙，也同樣會對隔音產生嚴重影響，“高熱阻”節能外窗是釆用多孔復合膠條、多道密封，同時玻璃與框之間采取特殊密封措施用以阻隔聲波透過密封性差的接縫滲入進室內，“高熱阻”節能外窗的密封性能達到<0.3m[3]/(m.h)，較傳統窗的密封效果提高了數倍，大大減弱了通過空氣中聲音傳播的能力而窗與墻的連接的接縫，以及上墻的施工工藝也起到了較好的隔音效果。
由于這種“高熱阻”結構體系的窗戶的框架結構（詞條“框架結構”由行業大百科提供）體系具有高效的保溫效能，其框架結構體系中也同時帶來優秀的隔音能力，要提高綜合性能水平，需采用特制隔音玻璃（詞條“隔音玻璃”由行業大百科提供）配置結構設計，用來吸收以及阻隔聲波的傳遞，并且提高自身的窗體框架結構+墻體結構的隔音性能。
4、阻斷隔音需要采取的相關措施
戶外建筑組件的隔音設計方法包括:對整
個戶外建筑組件以每個房間為基礎設計隔音，同時還需要注意建筑組件之間的接縫降噪，以及考慮外墻和窗戶的安裝位置的隔聲要求，包括增益范圍在內的需要降低的(戶外)聲級，規劃的用途和需要隔音的房間平面（詞條“平面”由行業大百科提供）圖，以室內聲級的形式。
建筑組件之間的縫隙對隔音的影響見下表：
在獲得所需隔音的結果之后，基于其面積的比例來確定指定各部件(尤其是窗戶)所需的隔音。
為實現這一目標主要還是一切都要以相關的技術標準和規范為基礎， 如果有條件可以把隔音標準實現更嚴格化的要求，可以通過表格來劃分最低等級標準，實現建筑組件，當然也包括建筑外墻+⻔窗組件的接縫、窗戶的安裝位置等隔音要求，產品的設計及應用更加人性化，充分滿足人居安全、耐用、舒適和健康環境(至少歐洲國家，包括德國已經在這么規范的做了不少于70年)。
5、隔音與安裝的密切關系
隔音效果如何與安裝有很大的關系，為什么這么講?目前行業市場的細分領域已經開始凸顯，許多門窗專業安裝公司已經開始大幅度增加，但是專業技術和實力如何?門窗安裝的最終結果有待依靠使用的客戶、時間、極端氣候條件下來驗證。
1、建筑外門窗的專業安裝需要注意事項：
建筑外窗框架結構的安裝位置
建筑外窗框架結構與墻體的固定
外窗與墻體間縫隙的密封
建筑物相鄰的組件/構件之間縫隙的密封
外窗受氣候影響而產生的變形（詞條“變形”由行業大百科提供）
外窗與洞口間縫隙的密封保溫
外窗與洞口間產生的運動及公差
外窗結構性向外排水（詞條“排水”由行業大百科提供）
安裝過程中的各項應力的排除
以上的要求是現場安裝過程中必須要化解的問題，不是簡單的操作，因此窗戶的許多性能(見上圖)都是通過安裝設計來實現的。
2、安裝位置的確定
外窗的安裝位置主要有三種：
洞口中間
洞口邊部
洞口外側
不同的安裝位置，建筑外窗的密封和保溫工藝方法不同，要因地制宜，實現標準化施工。
門窗安裝一直是我們行業中的薄弱環節，上面關于安裝中需要解決的問題和安裝位置的兩個方面，作者在相關論文中已多次提到，就是希望大家引起重視。我們國內建筑外立面的外墻+門窗行業不像德國，包括歐洲、北美和日本等發達國家對于外墻+門窗安裝的技術研究的很深入，以及對外建筑外立面的結構設計的節能減排措施執行落實到位，同時對于建筑相關組件產品、安裝必須符合相關的建筑法、標準和規范要求，所做的一切要求都是“以人為本，以客戶為中心”的原則來完善各建筑組件的細節，這些也是我們行業所欠缺的，通過了解德國制造業的門窗設計規劃和安裝的基本理念和方法，同時也可以提升自身的專業素養，門窗行業發展確實也需要改變理念和安裝方式的技術創新。
6、密封與隔音的關系
建筑外窗結構密封設計是門窗安全、耐用、舒適、健康的體現，它直接關系到建筑外窗的抗風壓、氣密、保溫、隔音、水密、防撬、防火等性能，建筑外窗結構密封主要通過密封膠條、防水氣密性材料、保溫材料、密封膠、窗臺及窗套等密封系統來實現，建筑外窗密封系統包括：
玻內與玻外的密封
玻璃與框架結構的密封
框架與開啟扇的密封
外窗框架與墻體的密封
窗框與窗框的密封
外窗框架與室外的密封
外窗框架結構性外排水
外窗框架與室內的密封
室外與室內的密封
以上技術環節都需要認真思考并提出有效的解決方案。
總之，建筑外窗在密封結構設計時要充分考慮各種不利因素容易導致的各種問題，并通過頂層結構設計來提升產品的綜合性能，以滿足不同的建筑設計要求，并在實際操作中進行過程控制。
7、結束語
建筑外門窗產品是服務大眾的工業制品，保證產品的洞口解決方案，滿足人居的安全性、耐用性、可靠性、舒適和健康的環境，這才是建筑外門窗設計和應用的根本。
我們需要學習德國的先進、求真務實的技術理念，做好基礎材料上的提升與創新，并結合國內不同氣候變化區域實現落地實施，做符合國內的不同氣候區域的窗戶的結構設計、加工組裝、安裝工藝產品，實現“以客戶為中心，產品去品牌化、產品去中心化”，完成企業高品質發展為根本的目的，企業做好技術創新，并保證產品質量為根本，滿足客戶需求為目的。企業轉型發展是必由之路，建筑節能的提高對企業發展有提升，企業在變局中求生存求發展才是根本。
參考文獻：
1、《鋁窗制造》李之毅1990年10月1日
2、ift Rosenheim《窗及室外過道門的安裝導則》中文版 2017年11月
作者單位：上海茵捷建筑科技有限公司
