声学标准解读：1 现场隔声测量标准ISO140和 ISO16283的对比

隔声测量标准的概况

大家比较熟悉的隔声测量标准为ISO140系列的共18个标准(对应于国标GB/T 19889系列)，其后国际标准化组织(ISO)将隔声测量的相关标准整合成了实验室测量的ISO10140系列的5个标准，以及现场测量的ISO16238系列的3个标准，将测量不确定度相关内容统一到ISO12999系列中(包含1. 隔声，2.吸声两部分)。采用声强法进行隔声测量由ISO15186的3个部分组成。

2014年起，国际标准化组织(ISO)逐步颁布的现场隔声测量系列标准ISO16238包含3个部分：ISO16238-1(现场空气声隔声，包括2017年的修订Amd1)、ISO16238-2(现场撞击声隔声)和ISO16238-3(现场外墙隔声)，分别与ISO140-4(现场空气声隔声) 、ISO140-5(现场外墙隔声)和ISO140-7(现场撞击声隔声)以及ISO140-14(测量导则)对应。

随着ISO10140和16238系列标准的颁布，原来的ISO140系列相应被废止。2020年底，全国声学标准化委员会在对ISO标准采标时，仍沿用了原对应ISO140系列的GB/T19889标准号和标准名称，例如：

ISO16238-2(声学 建筑和建筑构件现场隔声测量 第2部分: 撞击声隔声)对应的国标将为GB/T19889.7(声学 建筑和建筑构件隔声测量 第7部分:撞击声隔声的现场测量)；

ISO12999.1(声学 建筑声学中测量不确定度的评定和应用 第1部分:隔声)对应的国标将为GB/T19889.2(声学 建筑和建筑构件隔声测量 第2部分: 测量不确定度的评定和应用)。

因此，在新的国标颁布后，大家使用时要注意他们和ISO标准之间混乱复杂的对应关系。

隔声测量标准修订的背景

2.1 标准体系的因素

从标准体系方面，修订形成新的现场隔声测量的ISO16238体系有以下几个因素：

● 有了实验室测量的ISO10140系列以后，给原来的ISO140系列的编号体系造成了一些空缺(ISO140系列的实验室测量部分被取代)；

● ISO140-4、ISO140-7以及ISO140-14已经到了5年的复审期；

● 需要对原文本中的表述、模糊的部分进行调整，以和ISO10140体系的表述一致。

2.2 技术方面的因素

● 可重复性、可再现性测量方法的要求。在嘈杂的建筑环境中的测量，更加偏好于简便的手动扫描法，而在ISO140系列中没有明确测量时操作者是否可位于室内，需要在标准中加以明确。

● 住宅房间中大多空间较小，例如在房间容积<25m³时，存在显著的模态响应，往往在100Hz以下的模态数小于5个。

● 既有ISO140标准中的测量方法很容易出现低频测量结果的重复性和再现性比较差的情况。即使按照ISO140-4和ISO140-7的资料性附录中给出的“低频测量指南”来操作，在小空间中也很难满足要求。

● 一些研究和跨区域行动计划中提出了对轻质框架建筑在低频隔声测量准确性更高的要求(如欧盟的科技合作COST计划)。

ISO140系列和ISO16283的主要差异

在ISO16283的引言中，简述了ISO16283和ISO140-4~7的区别有以下几方面：

●在ISO140现场测量规范中认为1）测量环境可看作是扩散声场；2) 没有明确规定测试过程中操作者是否可在被测房间内；

●在ISO16283中明确了1）测量环境可以不一定是近似的扩散声场；2) 明确了操作者用手持传声器或者声级计进行测试的要求；3) 将原来ISO140-14中的测量指南的内容纳入该标准中；

除此之外， ISO16283中明确规定了：

●测量频带宽度为1/3倍频程，删除了原ISO140中规定的可选择1/1倍频程的测量频带宽度；

●采用标准化(standardised)参量代替原规范化(normalised)参量。

●引入了低频测量程序：

1) 在100Hz以下的低频段，房间容积<25m³时，用墙角的测点进行空间平均声级测量；

2) 混响时间测量时，在63Hz采用1/1倍频程测量，而不进行1/3倍频程测量；

ISO16283特别技术内容

4.1 声压级测量

ISO16283中规定了声压级的两种测量过程，分别称为1) 默认测量程序和2）低频测量程序，其适用条件由房间的尺寸决定：

—— 房间容积≥25m³：默认测量程序

—— 房间容积<25m³：默认测量程序+低频测量程序

4.2 混响时间测量

对于混响时间测量，ISO16283中规定，当需要获得低频段混响时间，并且房间容积小于25m³时，需要采用低频测量程序。

4.3 激励源的特殊要求

在采用低频测量程序时，冲击声隔声测量中不能使用橡胶球作为声源，外墙隔声中不能采用交通噪声作为声源。

4.4 适用范围

适用的房间体积范围：10m³~250m³(250m³的上限在ISO140-14中已作规定，ISO16283中新增加了 10m³的下限范围。)

测量频率范围：50Hz~5000Hz

测量房间声场条件：适用于毛坯或装修过的房间，不一定是近似的扩散声场

手动扫描测量

5.1 操作者位于室内的优缺点

手动扫描是指操作者位于室内，手持传声器或声级计进行扫描测量。那么，操作者位于室内的测量对测量结果是否有影响呢？

在ISO16238修订中，对采用固定传声器以及操作者手持传声器在室内测量对结果的影响进行了比较。下图中给出了在同一个房间，采用固定传声器3次测量结果的比较，以及由操作者手持传声器在室内的3次测量结果的对比，结果中显示操作者在室内具有更加好的测量重复性。

图1固定传声器测量重复性

图2手持传声器测量重复性

采用手动扫描的优点是：1. 减少了测量设备和测量电缆；2. 节省了测量时间；3. 操作者可在房间内。采用手动扫描带来的缺点是：行走速度不均匀，行走带来的外加噪声。

图3 行走速度不均匀和行走噪声带来的不利因素

5.2 手动扫描法的具体要求

在ISO16238中对手动扫描的具体测量方法进行了详细的规定。标准中规定了两种扫描路径：

1. 站立路径：适合于家具较少的空间；

2. 在固定位置旋转路径：适用于声压场的相关系数可知条件。

图4 固定位置旋转路径示意图

对于声压场的相关系数可知的条件，这时可以通过计算不相关位置的等效离散数Neq来判断手动方法的有效性。

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图5 不同旋转路径的等效离散数判断

常用的扫描路径可以归结为以下几条：

图6 常用的旋转路径示意图

低频测量程序

6.1 低频声场特征

在一般房间中，声压级空间分布在越是低的频率其不均匀性越大，并且在越小的房间越大。大多数起居空间(尤其是卧室)的容积较小，在这样小的房间里，房间的模态特征明显(如在<25m³的房间，100Hz以下的模态数<5。相关知识见：“室内声学设计-2 房间简正模式”)，房间中间测量的声压级与靠近壁面的测点的声压级相差可达17~28dB。

图7 某18m³的接收室在80Hz的1/3倍频程声级分布

下图中给出了在现场测量的声源室为29m³ ，接收室为34m³ 时，采用多测点测量发得到的室内声压级的标准偏差以及相应的预测计算值的对比。可以看到声源室的体积较小，最低简正频率为39Hz，平均混响时间只有0.5s，在施罗德截止频率315Hz以下的频段，标准偏差大于2dB(计算结果为200Hz以下大于2dB)。接收室的体积稍大些，差不多在315Hz以下的频段，标准偏差大于1dB(计算结果相近)。

图8 不同频率的标准偏差

6.2 中心区域的声级测量

在房间中间区域测量时，测点中包含了房间中间高度的模态节点平面，测量结果将偏大或者偏小。标准中规定了在100~5000Hz距离房间壁面的最小距离为0.5m(如下图左图)，而这在原来ISO140-4中给出的是在100Hz以下频段的最小距离为1.0~1.2m(如下图右图)。

图9 中心区域测量范围(左图：ISO 16283；右图：ISO 140)

6.3 墙角点的声级测量

在100Hz以下测量时，增加墙角的声压级测点，可改善测量的重复性，这在ISO10052中也采用了类似方法。至少在4个角进行测量(2个角在地面，2个角在顶面)，空气声隔声(ISO 16283-1)至少采用2个声源位置，撞击声(ISO 16283-2)测量至少两个打击器位置，外墙隔声只要2个声源位置。

角落声级由各位置/频率的最大声级构成：

图10 墙角点测量(左图：空气声测量；右图：撞击声测量)

图11 墙角点测量(左图：传声器位置；右图：实测图片)

6.4 房间总声级

测量的总声压级由房间中间区域的测量结果与角落点的测量结果叠加而成。可通过下面的经验公式计算获得：

6.5 测量精度

采用低频测量程序是，整个房间的声压级的平均值均值误差可达0dB。

对于频率低于100Hz，模式数N <5的频带，采用低频测量方法可以使均方根误差接近0 dB。达到与按照ISO 140-4规范在中心区域100Hz和500 Hz下采用固定传声器测量相似的95％的信区间。

图12 不同房间的测量精度实例

6.6 低频混响时间测量

由于房间模态数的不足，在100Hz以下频段的混响时间难以准确测量。另一方面，相对于重质结构的房间，轻质结构的房间在低频的混响时间相对较短(轻质结构的低频吸声)，在20~60m³的房间通常混响时间在0.3s~0.8s之间。

6.7 低频测量法结果与ISO140-4的对比

对37个现场轻质结构隔声测量，采用低频测量法和ISO140-4中规定的方法分别进行测量，对比分析DnT的差异，下图中分布给出了在低频段测量结果的差值结果以及标准化计权隔声量的差异，可以看到大多数测量结果的差异在1dB以内。

图13 低频测量法与ISO140-4的差异(低频段)

图14 低频测量法与ISO140-4的差异(隔声量)

参考文献

1、ISO 140-4, Acoustics   Measurement of Sound Insulation in Buildings and of Building Elements   Part 4: Field Measurements of Airborne Sound Insulation between Rooms, International Organisation for Standardisation,1998.

2、ISO 140-5, Acoustics   Measurement of Sound Insulation in Buildings and of Building Elements   Part 5: Field Measurements of Airborne Sound Insulation of Façade Elements and Facades, International Organisation for Standardisation, 1998.

3、ISO 140-7, Acoustics   Measurement of SoundInsulation in Buildings and of Building Elements   Part 7: Field Measurements of Impact Sound Insulation Between Rooms, International Organisation for Standardisation, 1998.

4、ISO 140-14, Acoustics Measurement of Sound Insulation in Buildings and of Building Elements   Part 14: Guidelines for Special Situations in the Field, International Organisation for Standardisation, 2004.

5、ISO 16283-1, Acoustics   Field Measurement of Sound Insulation in Buildings and of Building Elements   Part 1: AirborneSound Insulation, International Organisation for Standardisation, 2014.

6、ISO 10052:2004+A1, Acoustics   Field Measurements of Airborne and Impact Sound Insulation and of Service Equipment Sound   Survey Method, International Organisation for Standardisation, 2010.

7、C. Hopkins, P. Turner, Field measurement of airborne sound insulation between rooms with non-diffuse sound fields at low frequencies, Appl. Acoust. 66 (2005) 1339-1382.

8、ISO 12999-1, Acoustics   Determination and Application of Measurement Uncertainties in Building Acoustics   Part 1: SoundInsulation, International Organisation for Standardisation, 2014.

9、C Hopkins. Revision of international standards on field measurements of airborne, impact and facade sound insulation to form the ISO 16283 series, Building Environment. 92(2015):703–712.