一种无门槛防火隔声门的研制

刘德军，彭力，张伟

（天津航天瑞莱科技有限公司成都分部，四川 成都，610100）

0 引言

对于具有隔声要求以及通行功能的维护结构，其门构件的隔声效果往往较差，但却必不可少。隔声效果差的主要原因有:1）考虑到使用便利，门的面密度一般比墙小，且四周缝隙是传声的重要途径；2）门构件的低频共振与吻合效应[1]易发生在声频敏感区，从而形成隔声低谷。通行门会显著地影响维护结构整体的声学特性，是隔声、降噪工程中关注的重点。

为了满足通行门的防火需求，防火隔声门顺势而生。为了获得高隔声量，隔声门一般设有门槛，以方便密封，而在大、重型机器设备进出或有其他特殊要求的场合， “无门槛设计”又是必要的。

因此，本文简要地论述了一种无门槛防火隔声门的研制过程，实测其单层计权隔声量[2]Rw≥46 dB， 防火性能＞1 h。

1 基本原理

声波在空气中传播的过程中，遇到障碍物时，部分声波会被反射，部分声能波会被吸收，其余部分则通过障碍物透射出去，透射过去的声能越少，则表明障碍物的隔声效果越好。因此，加大反射、提高内耗有利于提高隔声效果。值得说明的是，认为仅使用高效吸声材料就能起到隔声作用的想法是不恰当的。即使某种构件能把入射声能吸收99.9%，余下的声能透射过去，其隔声量也只有30 dB，况且要达到0.999的吸声系数是很困难的；然而，砖、混凝土和钢板这类密实结构，要达到30 dB的隔声量比较容易。因此，从隔声角度来看，加强反射比加大内部吸收更有效、也更容易，设计应以反射为主，消耗为辅。

单层匀质结构的隔声，主要受质量定律支配，要想提高隔声量，则需增加其质量与厚度[1]，这在门体的设计上十分不利。多层复合结构利用声波在不同的界面上阻抗的突变使之减少声能透射，从而提高隔声能力；相邻界面的声阻抗相差越大，则 “反射声能/透射声能”越大[3]，故以 “软硬交替”为宜， “软材料”可选择多孔吸声材料，增强内部声衰减。为了减小共振和吻合效应引起的隔声低谷，在薄板处应涂抹阻尼材料，减弱受激振动。多层复合结构隔声量的理论计算十分复杂，目前只能靠样品试制、实测，结合声学知识、工程经验来确定。

2 样件测试

2.1 结构设计

笔者基于多年的实践经验，在遵循上述基本规律的基础上，兼顾成本、市场保有量、加工难度和施工便利等因素，设计了如图1所示的门扇样件。

图1 门扇样件结构图

图2 无门槛密封设计

图1中，B结构将A中的玻璃棉更换为60～80 K的岩棉，通过对比不同复合方式、填料规格的隔声量数据，择优选取。缝隙对隔声结构的影响极大，在中频有较大幅度的下降，高频下降更多，因此门扇与门框、门框与洞壁的密封尤为重要[1]。门扇与门框对应部分均设置防火橡胶条，形成双向密封；门框与洞壁之间填充环保吸声棉，框体与墙壁接缝处涂弹性结构密封胶。底部设置下沉门槛，微坡约4。，兼顾通行便利与密封效果，配合防火气密性锁具、优质铰链，形成完整的门体结构。

2.2 对比分析

门扇样件经过声学测试，其结果如表1和图3所示。

表1 门扇样件隔声量

图3 门扇样件隔声量对比

对比实测数据，可以看出:

a）3种结构隔声量的差别主要在315 Hz以下，这与低频较难隔绝的结论一致；

b）32 K玻璃棉作为填料时，结构的隔声性能几乎全面优于60～80 K岩棉填充的结构；

c）内部留有微小空腔能显著地提升低频隔声效果。

虽然使用32 K环保玻璃棉作为填料，同时内部留有微小空腔的结构，隔声性能更好，但内部预留微小空腔会使生产工序变得较为复杂，并且容易影响锁具的安装。

2.3 整体验证

考虑隔声性能和生产便利因素，门扇结构选A。在A结构的基础上加筋，称为 “AJ”，结构图如图4所示。

图4 AJ结构图

按照A、AJ门扇结构及上述门框设计，制造整套隔声门，代号为 “AM” “AJM”，测得的数据如表2和图5-6所示。

表2 隔声门隔声量

图5 A门与A扇隔声量对比

图6 A门与AJ门隔声量对比

分析图5发现:当频率在630 Hz以下时，门整体的隔声量高于门扇，并且隔声低谷有所偏移；当频率在630 Hz以上时，门整体的隔声量较低；二者单值计权隔声量相差2 dB。门框与门扇、门框与洞壁的密封设计是有效的。图6显示面板加筋后其隔声效果并没有明显地改善，可能与筋格的几何尺寸有关，同时其加工步骤较繁琐且门扇重量有一定的增加。

门整体耐火性能测试结果显示，其隔热性≥61 min，完整性≥61 min，耐火极限≥1.02 h。

3 结束语

通过上述分析，得到了以下几点结论:

a）低频声较难隔绝，但在隔声门内部预留微小空腔能显著地提升低频隔声性能；

b）32 K玻璃棉作隔声填料，优于60～80 K岩棉；

c）框扇、框壁和 “无门槛”的密封设计效果良好。

为了保证低频隔声效果，隔声门应具有一定的厚度，但是考虑到安装和使用便利等因素，隔声门又不能过厚[4-5]。可认为门的隔声量上限是其门扇结构本身的隔声量，该值随缝隙的增大而降低，在中高频段尤为明显，因此提高门体加工精度，保护其在运输和安装过程中不发生塑性形变，以及有效、全面地使用，是隔声门发挥高效作用的重要保证。