BÀI GIẢNG Ô NHIỄM TIẾNG ỒN VÀ KIỂM SOÁT TIẾNG ỒN

BÀI GIẢNG Ô NHIỄM TIẾNG ỒN VÀ KIỂM SOÁT TIẾNG ỒN

ĐẠI HỌC HUẾ PHÂN HIỆU ĐHH TẠI QUẢNG TRỊ TH.S. NGUYỄN XUÂN CƯỜNG BÀI GIẢNG Ô NHIỄM TIẾNG ỒN VÀ KIỂM SOÁT (NOISE POLLUTION AND CONTROL) Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật môi trường ĐÔNG HÀ, 2012 MỤC LỤC Chương 1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA ÂM THANH 3 1.1. Sóng âm 3 1.2. Tần số, bước sóng, biên độ 3 1.3. Mức áp suất âm, mức cường độ âm 5 1.3.1. Mức áp suất âm 5 1.3.2. Mức cường độ âm (I) và công suất âm (W) 7 1.4. Mức to, độ to 7 1.4.1. Mức to ( đơn vị: Fôn) 7 1.4.2. Độ to (Đơn vị: Sôn) 8 1.4.3. Dải tần số âm 9 Chương 2. Ô NHIỄM TIẾNG ỒN 12 2.1. Khái niệm tiếng ồn 12 2.2. Các tiêu chuẩn về tiếng ồn 12 2.3. Các loại tiếng ồn 12 2.4. Tác hại của tiếng ồn 15 2.5. Quan trắc và đánh giá tiếng ồn 16 2.5.1. Quan trắc tiếng ồn 16 2.5.2. Đánh giá tiếng ồn 20 Chương 3. SỰ LAN TRUYỀN TIẾNG ỒN 26 3.1.Truyền âm ngoài trời 26 3.2. Truyền âm qua dải cây xanh 29 3.3. Truyền âm qua màn chắn và định luật khối lượng 30 3.3.1. Các giai đoạn tổn thất âm qua màn chắn 30 3.3.2. Định luật khối lượng 31 3.4. Tổn thất tiếng ồn thực tế 34 3.5. Tổng mức âm của nhiều nguồn điểm 35 Chương 4. CẤU TRÚC VÀ VẬT LIỆU ÂM HỌC 37 4.1. Vật liệu hút âm 37 4.2. Cơ chế hút âm của các vật liệu dạng sợi 39 4.3. Vật liệu cách âm 39 Chương 5. KIỂM SOÁT TIẾNG ỒN 41 5.1. Kiểm soát tiếng ồn trong nhà 41 5.2. Kiểm soát tiếng ồn ngoài trời 42 5.2.1. Quy hoạch kiến trúc 42 5.2.2. Biện pháp công trình 42 5.2.3. Biện pháp quản lý và giáo dục 43 5.3. Tiếng ồn các thiết bị 43 5.4. Kiểm soát tiếng ồn công nghiệp 43 Chương 1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA ÂM THANH Âm thanh (Sound, Acoutics) là sự giao động áp lực di chuyển xuyên qua môi trường (vật liệu) mà tai người có thể cảm nhận được. Âm thanh được tao ra từ sự rung động bề mặt hoặc chuyển động hỗn loạn của dòng lưu. Con người có thể nghe thấy âm có tần số từ 16 đến 20.000 Hz. Trên mức đó gọi là sóng siêu âm, dưới gọi là hạ âm, hai sóng này tai người không nghe được. Đơn vị âm thanh phổ biến là Decibel (đề xi ben) (dB), là bội số 10 của Bel (lấy tên nhà bác học Amfed Bel (1dB = B/10). Mức dB = 0 là ngưỡng tai người nghe được, tăng 10dB thì âm thanh (cảm giác) tăng gấp đôi. Âm thanh có hai đặc trưng cơ bản, đó là: vật lý và sinh học. 1.1. Sóng âm Sóng âm là một loại sóng cơ có biên độ dao động nhỏ (tạo ra âm) mà thính giác nhận biết được. Một áp suất âm đơn giản nhất (tần số nhất định) tạo ra một sóng hình sin như sau: Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào môi trường truyền. Trong điều kiện chất khí lý tưởng, hàm tốc độ phụ thuộc vào nhiệt độ của khí. 2/1 ) ( RTgcc γ = Trong đó: gc là hệ số chuyển đổi, 1gc = 1kg.m/N.s 2 γ : tỉ số nhiệt riêng R: hằng số khí, R= 287J/kg.K (K là độ Kevin) T: Nhiệt độ tuyệt đối, K hoặc 0 R Tốc độ truyền âm trong không khí ở 20 0 C khoảng 340 m/s; nước 1.450m/s. 1.2. Tần số, bước sóng, biên độ - Bước sóng (Wavelenght, λ) là khoảng cách giữa 2 đỉnh sóng đơn (hoặc hai cấu trúc lặp lại của sóng). λ = c/f = c.T - Tần số (Frequency, f) là số lần lặp lại sóng điều hòa - simple harmonic wave (sóng hình sin) trong 1s. Đơn vị tần số là Hz – số lần lặp lại trong 1s (1Hz = 1/s, 1 lần trong 1 giây). f = 1/T; f = c/ λ ; k = λ π 2 Trong đó: c: vận tốc truyền sóng (m/s); F: tần số (1/s); λ : bước sóng (m); k là số lượng sóng trong một khoảng cách nhất định. - Biên độ (Amplitude): là biên độ áp suất lớn nhất (P M ), biên độ áp suất căn bậc hai trung bình (Root Mean Square: rms) P rms , có đơn vị là Pascal (Pa). P rms = 0,707 P M Biên độ dao động là độ dời lớn nhất của các phần tử so với vị trí cân bằng. Biên độ dao động thể hiện độ mạnh, yếu của âm thanh. Biên độ càng lớn, âm thanh càng mạnh. - Chu kì (Period, T): thời gian cần thiết truyền được một khoảng cách = 1 bước sóng (chu kì sóng), T = 1/f. Hình 1.1: Biểu đồ thể hiện biên độ và bước sóng [9] Ví dụ tính toán: Sóng có tần số 250 Hz truyền trong môi trường không khí tại 25 độ C. Hằng số riêng không khí là 287 J/kg.K; tỉ số nhiệt riêng là 1,4. Xác định tốc độ truyền âm, bước sóng và số bước sóng? 1.3. Mức áp suất âm, mức cường độ âm 1.3.1. Mức áp suất âm - Áp suất âm (Acoustic Pressure) là chênh lệch giữa áp suất âm và áp suất khí quyển. Hình 1.2: Biểu đồ áp suất âm 1. yên tĩnh, 2. âm thanh nghe thấy, 3. áp suất khí quyển, 4. áp suất âm tức thời Áp suất âm thường được dùng là rms (root mean square: căn bậc hai của bình quân tổ hợp số, hay gọi là áp suất trung bình) và P rms tức là P . Ta có max 2 2 PP = (Pmax chính là biên độ của sóng) Công thức tính áp suất: P = ρ .c.u (u là vận tốc tức thời – vận tốc giao động các phần tử) Trong đó: P = Zs.u (Zs là trở kháng âm riêng – Pa.s/m; u là vận tốc tức thời – vận tốc giao động của các phần tử) Zs = gcc/ ρ ( ρ là mật độ hạt hay mật độ môi trường; c là vận tốc truyền âm; gc là đơn vị chuyển đổi, 1gc = 1kg.m/N.s 2 ; Zs là kháng trở điển hình) - Mức áp suất âm (dB): Weber Fechner phát hiện rằng cảm giác âm thanh của tai không tỷ lệ bậc nhất với năng lượng kích thích mà đúng hơn với Logarit của nó. Đó chính là cơ sở của một đơn vị đánh giá âm thanh mới theo thang Logarit gọi là mức âm. Lp =10lg(P rms /P ref ) 2 = 20lg(P rms /P ref ) = 20lgP rms – 20lgP ref . Trong đó: P rms là áp suất toàn phương trung bình (Pa); P ref (Po) là áp suất âm đối chiếu (áp suất âm nhỏ nhất mà tai người có thể nghe được), P ref = 2.10 -5 N/m 2 = 2.10 -5 Pa [9, trang 29] Lp cũng có thể được tính theo công thức thực nghiệm sau [9]: Lp = 20lgP rms + 94 (dB) - Mức áp suất âm theo đặc tính A (A – weighted sound pressure level): LpA = 10lg(P A /P ref ) 2 (dBA) Trong đó: pA là áp suất toàn phương trung bình theo đặc tính A, Pa; - Mức áp suất âm theo %: Là mức áp suất âm theo đặc tính A được đo khi dùng đặc tính thời gian “F” khi vượt N% của khoảng thời gian đo đạc. Ký hiệu là L AN,T . Ví dụ: L N95,1h là mức âm theo đặc tính A vượt 95% trong 1 giờ. - Mức áp suất âm tương đương liên tục theo đặc tính A (dB): Là giá trị mức áp suất âm theo đặc tính A của âm thanh liên tục, ổn định trong khoảng thời gian T (mức áp suất trung bình trong khoảng thời gian, L Aeq,T ): Trong đó: + L Aeq,T là mức áp suất âm tương đương liên tục theo đặc tính A (dBA) được xác định trong khoảng thời gian T, bắt đầu từ t1 và kết thúc ở t2 (T = t2 – t1). + P A (t) là mức áp suất âm tức thời theo đặc tính A của một tín hiệu âm thanh. + P 0 (P rms ) là áp suất âm đối chiếu. L Aeq,T được dùng để đánh giá tiếng ồn môi trường hoặc tiếp xúc nghề nghiệp. 1.3.2. Mức cường độ âm và công suất âm a. Cường độ âm (Acoustic Intensity) Cường độ âm ở một điểm nào đó trên phương đã cho trong trường âm là tổng năng lượng âm thanh đi qua một đơn vị diện tích bề mặt S vuông góc với phương truyền âm, tại điểm đó trong một đơn vị thời gian. - Đối với sóng phẳng: C P I ρ = )( 2 C rmsP I ρ = W/m2(J/m2.s) (C là vận tốc truyền sóng) - Đối với sóng cầu: I = W/4πr 2 (W/m2) (W là công suất âm) Sóng truyền qua qua không gian chủ yếu là sóng hình cầu b. Công suất âm (Sound Power, Acoustic Power, P) Công suất âm là tổng năng lượng âm thanh phát ra từ một nguồn trong một khoảng thời gian, đơn vị Watts. P = I.A (A là diện tích) 1.4. Mức to, độ to Mức to, độ to của âm thanh là sức mạnh cảm giác do âm thanh gây nên trong tai người, nó phụ thuộc vào áp suất & tần số của âm. Tần số càng thấp thì tai người càng khó nghe thấy. 1.4.1. Mức to (Fôn) Cảm giác to nhỏ khi nghe âm thanh của tai người được đánh giá mức to & xác định theo phương pháp so sánh giữa âm cần đo với âm tiêu chuẩn. Fon có giá trị bằng mức áp suất âm của âm chuẩn có cùng mức to với âm đó. Dùng tai người để nghe và so sánh mức to. Âm chuẩn là âm anh dao động hình sin sóng phẳng và tần số 1.000Hz. Ví dụ, âm thanh A có tần số 200Hz có mức âm thanh là 50dB và nghe tương đương âm thanh (mức to – cảm giác tai người) có tần số 1000Hz và mức âm là 60dB, lúc đó độ to (Fôn) của âm thanh A là 60. - Với âm tiêu chuẩn: Mức to ở ngưỡng nghe là 0 Fôn, ngưỡng chói tai là 120 Fôn. - Cùng 1 giá trị áp suất âm, âm tần số càng cao => mức to càng lớn. Bằng phương pháp thực nghiệm người ta vẽ được biểu đồ đường mức to (Fôn) Hình 1.3: Biểu đồ các đường đồng mức to (Nguồn: ISO 226, 1987a; D.W. Robinson & Dadson, 1956) 1.4.2. Độ to (Sôn) Khi so sánh âm này to hơn âm kia bao nhiêu lần ta dùng khái niệm "độ to". Đó là một đơn vị chủ quan do cảm nhận cường độ âm. Độ to là 1 thuộc tính của thính giác, cho phép phán đoán tính chất mạnh yếu của âm thanh. Giá trị 1 Son = Âm tần số là 1.000Hz và mức âm là 40 dB. Âm 5.000 Hz có mức âm cũng là 40 dB nhưng tai nghe thấy to gấp đôi âm trên thì nó được đánh giá là âm có độ to 2 Son. Mối liên hệ giữa Sôn & Fôn như sau: S = )40(1,0 2 −F (Từ CT Log 10 S = 0.03 (F - 40) Như vậy, nếu mức to của 1 âm = 40F => độ to của âm đó S = 1 Sôn. Khi mức to tăng 10F (hoặc 10dB tại 1 kHz) thì độ to tăng gấp 2. 1 Son = 40 Fon, tương ứng tần số 1 kHz và 40dB. 1.4.3. Dải tần số âm Thông thường, để đánh giá âm, người ta chỉ sử dụng mức âm tổng cộng mà không phân tích chúng theo các tần số. Thực tế thì việc phân tích âm thanh trên mỗi tần số trong phạm vi 20hz – 20.000 hz là rất phức tạp và nhiều khi không cần thiết. Vì vậy, để thống nhất, ISO đề nghị sử dụng các dãy tần số âm tiêu chuẩn khi nghiên cứu âm thanh cũng như khi chế tạo các thiết bị đo. Mỗi dãy tần số được xác định bởi tần số giới hạn dưới f1 và tần số giới hạn trên f2. Khi đó bề rộng của dãy tần số được xác định: ∆ f = f2 – f1 Khi chọn một dãy tần số nghiên cứu, bộ lọc tần số chỉ cho năng lượng âm thanh của các tần số nằm giữa phạm vi của hai tần số giới hạn xác định của dãy này đi qua. Có ba dãy tần số âm chính: Dãy tần số 1 octave thường được sử dụng trong nghiên cứu tiếng ồn các khu dân cư, trong thành phố và trong phòng. Dãy tần số 1/3 octave thường được sử dụng trong nghiên cứu cách âm của các kết cấu nhà cửa. Dãy tần số 1/2 octave ít được sử dụng. Tai người không phản ứng đồng thời với độ tăng tuyệt đối của tần số âm thanh mà theo mức tăng tương đối của nó. Khi tần số tăng gấp đôi thì độ cao của âm tăng lên 1 tông , gọi là 1 octave tần số. Người ta chia tần số âm thanh ra thành nhiều dải, trong đó giới hạn trên (f2) của lớn gấp đôi giới hạn dưới (f1) hay 1 octave tương ứng f2/f1 = 2. Dải nửa octave f2/f1 = 2 ; dải 1/3 = 3 2 Hình 1.4: Các dải 1 octave và 1/3 octave Toàn bộ dải tần số âm thanh mà tai người nghe được chia ra làm 11 octave tần số và có giá trị trung bình là 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16.000. Tiêu chuẩn cho phép của tiếng ồn được quy định ở 8 octave : 63; 125; 250; 500; 100; 200; 400; 800. Bảng 1.1: 8 octave cho phép Các máy đo độ ồn, mức to của âm (đơn vị là dBA) là mức cường độ âm chung của tất cả các dải octave tần số đã qui định về tần số 1000Hz. Ta gọi âm thanh đó là dBA là âm thanh tương đương. Đọc thêm: Âm thanh và cảm giác nghe của tai người Tần số âm thanh mà con người nghe được không nguy hại: 16Hz – 16.000Hz [Randall F. Barron] và mức âm nghe được là 16Hz – 20.000Hz (0 – 120dB). Mức thấp (sóng hạ âm - infrasound) hoặc cao hơn (sóng siêu âm - ulfrasound) khoảng đó, con người không nghe được. Mức âm thanh chuẩn thường (âm nhạc) là 440Hz. Áp suất âm, mức âm của một số nguồn ồn [WHO] [...]... Quan trắc tiếng ồn (28/2011/TT-BTNMT) a Các mục tiêu cơ bản trong quan trắc tiếng ồn - Xác định mức độ ồn ảnh hưởng đến sức khoẻ cộng đồng theo các tiêu chuẩn cho phép hiện hành; - Xác định ảnh hưởng của các nguồn gây tiếng ồn riêng biệt hay nhóm các nguồn gây tiếng ồn; - Cung cấp thông tin giúp cho việc lập kế hoạch kiểm soát tiếng ồn; - Đánh giá diễn biến ô nhiễm ồn theo thời gian và không gian;... Nguồn ồn sinh hoạt: bao gồm kinh doanh, công cộng… Các loại tiếng ồn: - Tiếng ồn cơ khí: tiếng ồn phát sinh do rung ở máy, thiết bị hoặc do va đập các chi tiết của chúng Công thức xác định mức công suất ồn: W = ρcS (v 2 )σ rad W: Mức công suất âm (watt) ρ : Mật độ không khí (kg/m3) c: Tốc độ âm thanh (m/s) σ rad : Hiệu ứng bức xạ S: Diện tích bề mặt rung v: vận tốc rung - Tiếng ồn khí động: tiếng ồn. .. báo về ô nhiễm tiếng ồn; - Đáp ứng các yêu cầu của công tác quản lý môi trường của Trung ương và địa phương b Thông số quan trắc - LAeq mức âm tương đương; - LAmax mức âm tương đương cực đại; - LAN,T mức phần trăm; - Phân tích tiếng ồn ở các dải tần số 1 ôcta (tại các khu công nghiệp); - Cường độ dòng xe (đối với tiếng ồn giao thông) c Thời gian và tần suất quan trắc: - Tần suất quan trắc tiếng ồn, tối... nhà thờ, đình, chùa và các khu vực có quy định đặc biệt khác Khu vực thông thường: Gồm: khu chung cư, các nhà ở riêng lẻ nằm cách biệt hoặc liền kề, khách sạn, nhà nghỉ, cơ quan hành chính 2.3 Các loại tiếng ồn Các nguồn ồn chính bao gồm: - Nguồn ồn công nghiệp, xây dựng: tiếng ồn từ hoạt động các nhà máy, nhà xưởng, xây dựng… - Nguồn ồn giao thông: tổng hợp tiếng ồn do các chi tiết và vận động của phương... giá tiếng ồn nơi công cộng theo 02 cách: Leq (dBA) đối với phòng thông thường; Theo đường NR (noise rating) - Phòng được xem là đạt yêu cầu khi: Leq nhỏ tiêu chuẩn và đường NR thực tế không có điểm nào nằm cao hơn đường NR tiêu chuẩn Hình 1.5: Họ đường cong NR (I.S.O R 1996, 1971) b Đánh giá tiếng ồn giao thông Có nhiều mô hình dự báo tiếng ồn giao thông, tuy nhiên không có mô hình dự báo tiếng ồn. .. do tiếng ồn gây ra 2.5.2 Đánh giá tiếng ồn a Đánh giá tiếng ồn môi trường QCVN 26:2010/BTNMT quy định tiếng ồn hạn tối đa các mức tiếng ồn tại các khu vực có con người sinh sống, hoạt động và làm việc (theo mức âm tương đương), dBA TT Khu vực Từ 6 giờ đến 21 giờ Từ 21 giờ đến 6 giờ 1 Khu vực đặc biệt 55 45 2 Khu vực thông thường 70 55 Theo TCXDVN 175:2005 “Mức ồn tối đa cho phép trong công trình công...Chương 2 Ô NHIỄM TIẾNG ỒN 2.1 Khái niệm tiếng ồn Tiếng ồn là âm thanh khó chịu hoặc có hại cho con người Tiếng ồn có tính chủ quan nhất định 2.2 Các tiêu chuẩn về tiếng ồn Giới hạn tối đa cho phép về tiếng ồn môi trường (QCVN 26:2010/BTNMT) (theo mức âm tương đương), dBA Từ 6 giờ đến 21 giờ Từ 21 giờ đến 6 giờ TT Khu vực 1 Khu vực đặc biệt 55 45 2 Khu vực thông thường 70 55 Khu vực... đều có công suất ồn lớn Độ ồn mỗi lần nén (đóng, đập) có thể lên đến 105 dBA - Mô tơ điện (Electric Motors): Bộ phận phát sinh nguồn ồn chủ yếu từ cánh quạt, tùy theo công suất máy sẽ phát sinh độ ồn khác nhau Độ ồn mô tơ điện có thể đạt 106dBA - Máy cưa xẻ gỗ (Woodworking Machines): Độ ồn phát sinh, độ rung ở các thiết bị cắt, nghiền; độ ồn do nguyên nhân khí động lực (ở các thiết bị quạt); độ ồn ở... thấp và gây ra sự giảm tổn thất âm thanh - Bức tường đôi: Các bức tường đôi là cách tốt để tăng tổn thất truyền tải mà không cần tăng khối lượng Xây hai bức tường để cách âm là phương pháp rẻ tiền và được sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là tốn không gian và khó xây dựng 3.4 Tổn thất tiếng ồn thực tế Tổn thất của tiếng ồn (Sound Transmission Loss) từ các thiết bị thi công hoặc giao thông... rào, mà ở đó tiếng ồn được quan tâm Nếu không có chỉ định khác, các vị trí đo cách các tường hoặc bề mặt phản xạ khác ít nhất 1 mét, cách mặt sàn từ 1,2-1,5 mét và cách các cửa sổ khoảng 1,5 mét; cách nguồn gây ồn khoảng 7,5 mét; Phòng kinh doanh karaoke thì đo tại cửa sổ, cửa phòng + Khi đo tiếng ồn tại nơi làm việc do các máy công nghiệp gây ra phải đo tiếng ồn theo tần số ở dải 1:1 ôcta (theo tiêu . nguồn gây tiếng ồn; - Cung cấp thông tin giúp cho việc lập kế hoạch kiểm soát tiếng ồn; - Đánh giá diễn biến ô nhiễm ồn theo thời gian và không gian; - Cảnh báo về ô nhiễm tiếng ồn; - Đáp ứng. 5. KIỂM SOÁT TIẾNG ỒN 41 5.1. Kiểm soát tiếng ồn trong nhà 41 5.2. Kiểm soát tiếng ồn ngoài trời 42 5.2.1. Quy hoạch kiến trúc 42 5.2.2. Biện pháp công trình 42 5.2.3. Biện pháp quản lý và. TH.S. NGUYỄN XUÂN CƯỜNG BÀI GIẢNG Ô NHIỄM TIẾNG ỒN VÀ KIỂM SOÁT (NOISE POLLUTION AND CONTROL) Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật môi trường ĐÔNG HÀ, 2012 MỤC LỤC Chương