Giáo trình ô nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý

KHOA CÔNG NGHỆ TRUNG TÂM KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG & NĂNG LƯỢNG MỚIGIÁO TRÌNH Ô NHIỄM TIẾNG ỒN VÀ KỸ THUẬT XỬ LÝ Biên soạn NGUYỄN VÕ CHÂU NGÂN MSc... Ngoài ra nh ng ng i càng già c ng th ng

KHOA CÔNG NGHỆ TRUNG TÂM KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG & NĂNG LƯỢNG MỚI

GIÁO TRÌNH

Ô NHIỄM TIẾNG ỒN VÀ KỸ THUẬT XỬ LÝ

Biên soạn

NGUYỄN VÕ CHÂU NGÂN (MSc WRE)

Cần Thơ, tháng 11 năm 2003

L I NÓI Ð U

Trong cu c s ng hàng ngày m i ng i luôn ph i đ ng đ u v i nh ng ti ng n xung quanh Ti ng n là m t trong s nh ng lo i hình gây ô nhi m ph bi n Ti ng n phát ra trong giao thông, tr t tuy t t c đ , xe đ rác, thi t b xây d ng, các quá trình s n xu t, máy c t c , máy quét đ ng và nhi u th khác n a đ u là nh ng âm thanh không mong

mu n đ c lan truy n trong không gian

Quy n bài gi ng này nh m cung c p nh ng ki n th c v nh h ng c a ti ng n đ i v i

s c kh e và nh ng h ng d n đ b o v ng i dân tránh kh i nguy hi m t ti ng n

Ch ng 1 s cung c p m t cách khái quát v ti ng n - lo i ô nhi m vô hình Nh ng khái

ni m c b n c a âm thanh s đ c trình bày trong ch ng 2 Ch ng 3 s gi i thi u v

s truy n âm trong phòng, truy n âm ngoài tr i và âm h c phòng Nh ng lo i hình c a

ti ng n s đ c trình bày trong ch ng 4 v i s phân tích khá chi ti t v các ngu n s n sinh ra ti ng n Ch ng 5 t p trung phân tích m c đ ô nhi m ti ng n t i thành ph và

nh ng gi i pháp k thu t ch ng ti ng n Ch ng 6 gi i thi u nh ng lo i v t li u và k t

c u hút âm Kh n ng ng d ng các v t li u và k t c u hút âm trong vi c cách âm cho nhà c a, b o đ m s riêng t trong sinh ho t cá nhân đ c trình bày trong ch ng 7 Và

cu i cùng gi i thi u nh ng ph ng pháp ch ng ti ng n cho nhà công nghi p, ch y u

t p trung vào các gi i pháp ch ng ti ng n do h th ng đi u hòa không khí gây ra và gia công âm h c cho các phân x ng s n xu t

M c dù đã c g ng tham kh o nhi u tài li u, đ ng th i truy c p nhi u trang tin đ tìm

ki m thông tin ph c v cho vi c biên so n Tuy nhiên do ki n th c và th i gian có h n, giáo trình ch c ch n không th tránh kh i nh ng sai sót Tác gi r t mong nh n đ c nhi u ý ki n đóng góp t b n đ c giúp tác gi hoàn thi n h n giáo trình c a mình

Trân tr ng

3.1 TRUY N ÂM NGOÀI TR I 22

3.1.2 Xác đ nh m c âm t ng c ng c a nhi u ngu n 263.1.3 nh h ng c a gió và phân b nhi t đ đ n s truy n âm 30

3.3.1 Quá trình thu nh n âm thanh trong phòng 36

4.1.2 Phân lo i theo ngu n g c phát sinh và các đ c đi m lan truy n 42

4.3.4 Ti ng n do máy bay 52

4.3.6 Ti ng n trong xây d ng, th c hi n công vi c công c ng, ti ng n quân s 554.3.7 Ti ng n t h th ng ti n ích nhà 55

5.3 LAN TRUY N TI NG N GIAO THÔNG TRONG THÀNH PH 645.3.1 Lan truy n ti ng n trên đ a bàn b ng ph ng 645.3.2 Lan truy n ti ng n trên đ a hình có nhà c a 66

5.4 CÁC BI N PHÁP CH NG TI NG N TRONG THÀNH PH 735.4.1 Bi n pháp quy ho ch ki n trúc, giao thông 735.4.2 Gi i pháp k thu t: cây xanh, t ng ch n ch ng ti ng n 76

Hình 3.10 Tr ng âm trong phòng kín 33Hình 3.11 Tr ng âm tr c ti p và tr ng âm ph n x 35

Hình 4.1 S đ đo m c n c a ph ng ti n giao thông 44Hình 4.2 Bi u đ xác su t phân b m c n 48Hình 4.3 M c n do ô tô và xe t i (v n t c 70 km/gi ) gây ra kho ng cách

Hình 5.12 Ch ng ti ng n đ i v i đ ng trên c u c n và đ ng u n khúc 78

Hình 5.13 Ch ng ti ng n b ng nhà làm t ng ch n 78

Hình 6.1 Thi t b đo h s hút âm b ng ph ng pháp sóng đ ng 81

Hình 6.2 Sóng đ ng trong ng giao thoa 81

Hình 6.3 nh h ng c a chi u dày v t li u đ n kh n ng hút âm 83

Hình 6.5 Ð c tính hút âm c a t m ép đ t sát tr n và treo cách tr n 50 mm 84Hình 6.6 M t s c u t o hút âm s d ng v t li u x p trong th c t 84

Hình 7.2 Ti ng n xâm nh p vào phòng cách âm qua c a đi m 91 Hình 7.3 Truy n âm tr c ti p qua k t c u phân cách hai phòng 92

Hình 7.4 Sóng âm t i k t c u 92 Hình 7.5 Phân lo i k t c u 95

Hình 7.6 Ba ph m vi làm vi c cách âm c a k t c u 96

Hình 7.7 K t c u cách âm hai l p 97 Hình 7.8 C u t o l p gi m ch n đ ng 97

Hình 7.10 C a cách âm hai cánh trong studio truy n hình 100Hình 7.11 K t c u không đ ng nh t 101

Hình 7.12 Lan truy n âm va ch m trong thanh 104Hình 7.13 Lan truy n âm va ch m trong sàn 104Hình 7.14 S lan truy n va ch m trong nhà 105Hình 7.15 K t c u gi m s lan truy n âm va ch m 105Hình 7.16 C u t o sàn n i 106

Hình 7.19 C u t o sàn có l p tr i m t 108Hình 8.1 N m d ng gi m m c n trên đ ng ng 111

B ng 5.1 Tr s m c âm theo h đ ng cong NR 60

B ng 5.2 Gi i h n t i đa cho phép ti ng n khu v c công c ng và dân c 62

B ng 5.10 Hi u qu gi m ti ng n c a dãy cây xanh 76

B ng 8.1 Ð gi m m c n ∆L1 theo đ ng ng kim lo i ti t di n ch nh t 112

Ch ng 1

TI NG N - LO I Ô NHI M VÔ HÌNH

K t khi chào đ i t t c chúng ta đ u tràn ng p trong không gian c a ti ng n Ai c ng

bi t r ng âm thanh r t c n thi t cho s giao ti p c a con ng i, ph c v nhu c u gi i trí -

ca nh c, k ch, hòa nh c, và vô s nh ng âm thanh khác mà con ng i mu n nghe Bên

c nh đó c ng có m t s âm thanh m khi n cho chúng ta ph i đ phòng, nh ti ng m t đoàn tàu h a ch y ngang qua, ti ng n xe c trong m t công tr ng xây d ng Th t thi t thòi cho nh ng ai b khi m khuy t v h thính giác (dù là t m th i hay v nh vi n) không

th nghe đ c nh ng âm thanh tuy t di u xung quanh mình

M c dù r t c n thi t cho cu c s ng con ng i nh v y, nh ng âm thanh xung quanh chúng ta đôi khi c ng gây c n tr cho vi c giao ti p Nó có th ng n c n chúng ta c m

nh n nh ng âm thanh mong mu n, nó qu y r y không cho chúng ta t p trung th c hi n

m t công vi c nào đó ho c h c t p M t s âm thanh có th khi n chúng ta gi t mình, phá

gi c ng , gây c ng th ng tâm lý, t o ra nh ng c n tr m c m kéo dài; và n u nh ng âm thanh đó đ l n s gây ra b nh đi c t m th i ho c v nh vi n Ng i ta g i đó là nh ng âm thanh không mong mu n, ho c đ n gi n là ti ng n

Ti ng n không mong mu n gây ra nh ng nh h ng b t l i đ n s c kh e c a con ng i

Nh ng v n đ gây ra b i ti ng n nh gi m thính l c, stress, cao huy t áp, m t ng , đãng trí và m t kh n ng làm vi c, và nói chung làm gi m ch t l ng cu c s ng và nh ng c

c a n n v n minh N n công nghi p phát tri n cùng v i s xu t hi n c a xe l a vào th

k 19 đã nhanh chóng làm gia t ng ngu n n n th k 20 m c đ n càng gia t ng v i

vi c ra đ i c a máy bay Ch vào cu i th p niên ’50 và đ u th p niên ’60, nh ng b c

ti n trong khoa h c và công ngh m i góp ph n làm gi m đáng k ti ng n do máy bay gây ra

G n 25% dân s châu Âu ph i s ng trong môi tr ng v i m c ô nhi m ti ng n trên 65 dBA Gi c ng c a ng i dân b qu y r y m c n 65 dBA, và h s tr nên khó ch u;

đi u này ch ng t r ng ti ng n là nguyên nhân gây ra nh ng v n đ v s c kh e Theo

th ng kê 4 n c châu Âu (Pháp, Ð c, Anh và Hà Lan), 20 ÷ 25% dân s b nh h ng

b i ti ng n gây ra do giao thông đ ng b , 2 ÷ 4% dân s nh h ng b i ti ng n gây ra

do giao thông đ ng s t (Lambert & Vallet, 1994) N u không có nh ng bi n pháp ng n

ch n, ô nhi m ti ng n s ti p t c gây ra nh ng phi n toái cho con ng i

b o v s c kh e c a ng i dân tránh kh i tác h i do ti ng n gây ra, nhi u n l c t phía cá nhân và c ng đ ng đã đ c th c hi n Theo T ch c Y t Th gi i (WHO), đ nh ngh a v s c kh e c a m t ng i không ch vi c ng i đó không mang b nh, mà chúng

ta còn ph i xét đ n c tr ng thái tâm sinh lý c a ng i đó Qu c h i Hoa K c ng đã ban hành Lu t b o v Môi tr ng (1969), và Lu t Ki m soát ti ng n (1972) đ a ra nh ng tiêu chu n và chính sách nh m b o đ m các v n đ v s c kh e c a ng i dân và các

m c tiêu môi tr ng C quan B o v Môi tr ng Hoa K (EPA) - n i đ ngh Lu t b o

v Môi tr ng vào n m 1969 - đã kêu g i s h p tác trách nhi m gi a nhi u c quan c p liên bang v các v n đ chính sách, tiêu chu n đ ki m soát ti ng n Nh ng c quan c p liên bang đ c đ c bao g m C quan Hàng không Liên bang (FAA), C quan ng

b Liên bang (FHWA), B Phát tri n Nhà và ô th (HUD), nhi u c p có th m quy n

ho c các c quan đánh giá v ti ng n

Ngày nay, vi c ki m soát ti ng n đã tr thành m t v n đ thu hút m i quan tâm c a toàn

xã h i Nhi u lo i t ng ch n ti ng n đ c xây d ng d c theo các đ ng cao t c xuyên liên bang và các đ ng ph l n là nh ng b ng ch ng hi n nhiên cho th y s thành công

c a chính sách môi tr ng t nhi u th p k tr c Hàng tr m c ng đ ng dân c sinh s ng

d c theo nh ng tuy n giao thông chính đã c m th y ti ng n đ c gi m nh h n Nh ng

k s và ki n trúc s v đ ng cao t c đã nghiên c u thi t k m t cách th m m nh ng

b c t ng và nh ng hàng cây c n âm nh m ng n ch n ti ng n do xe c gây ra trên

đ ng nh h ng đ n c ng đ ng dân c sinh s ng d c tuy n đ ng và ng c l i i v i

nh ng lo i ti ng n có c ng đ l n h n do máy bay gây ra, chính ph đang có nh ng n

l c tích c c nh m h n ch ngu n ti ng n, tuy nhiên không có ngh a là chính ph s gi m

s l ng chuy n bay đ đ t yêu c u đó mà h khuy n khích nh ng gi i pháp k thu t cao

đ h n ch ngu n n Chúng ta có th nh n bi t đi u này qua vi c ti ng n do máy bay gây ra đ i v i c ng đ ng dân c xung quanh khu v c sân bay đã gi m xu ng trong kho ng 10 n m g n đây, nh ng ki u máy bay ít gây n h n đã tr nên th nh hành trong

s c kho c a chúng ta, và chúng phát ra t nh ng ngu n chúng ta không mong mu n

Nh ng mô hình đ đánh giá nh h ng gián ti p ho c th c p c a ti ng n thông th ng khó đ c xác đ nh Nh ng kh o sát xã h i ho c nghiên c u d ch t h c th ng t p trung đánh giá m c đ nguy h i c a ô nhi m ti ng n, gi m n ng l c làm vi c và nhi u m i liên quan khác

Hình 1.1 Nh ng m c n đo đ c t i m t vùng ngo i ô yên t nh

(Ngu n: EPA)

1.2 M C TIÊU NGHIÊN C U

Trong cu c s ng hàng ngày m i ng i trong chúng ta đ u ph i gánh ch u nh ng phi n

ph c t vi c ô nhi m ti ng n T p bài gi ng này nh m đánh giá tác đ ng c a ti ng n

đ i v i s c kh e, cung c p nh ng thông tin b o v ng i dân tránh kh i nh ng nh

h ng nguy h i c a ti ng n Nh ng nh h ng gây ra b i ti ng n t vi c gây gi m thính l c đ n vi c gây khó ch u Ð i v i nh ng chính sách nh m gi m thi u ti ng n, c n chú ý đ n nh h ng c a ti ng n đ i v i các ho t đ ng khác nhau c a con ng i Ði u này có ngh a là nhi u giá tr phân tích khác nhau s đ c đ ngh và m i qu c gia s d a vào tình hình phát tri n th c t c a đ t n c mình đ t xác đ nh m c đ ki m soát ô nhi m ti ng n

Bài gi ng này c ng đ a ra nh ng mô t v môi tr ng n và nh ng chính sách làm gi m

nh ti ng n t phía c ng đ ng nghiên c u khoa h c, các c quan chính ph , các nhóm ngành công nghi p và d ch v có quan tâm T ng t nh v y, nh ng nhà ho ch đ nh, các ki n trúc s , k s và t t c nh ng ng i tham gia thi t k , xây d ng c ng c n nh ng

ki n th c này nh m giúp cho công vi c c a h th c hi n đ c t t h n Nh ng ki n th c này trong vài th p k g n đây đã phát huy đ c u đi m c a nó trong vi c làm gi m nh

ti ng n, c i thi n đi u ki n s ng c a ng i dân

Vi c xác đ nh và gi i quy t các ngu n n g m hai b c c b n:

• Xác đ nh m c n b ng các ph ng pháp đo đ c ho c phân tích ti ng n

• Tìm hi u nh ng tiêu chu n cho phép, nh ng m c tiêu, ho c gi i h n ngu n n

B c xác đ nh m c n có th ti n hành d dàng nh vào các thi t b đo đ c, b c tìm

hi u các tiêu chu n cho phép c ng có th d dàng đi u tra n u khu v c c n đi u tra đã

đ c ban hành đ y đ nh ng quy ch ho c nh ng quy đ nh v ti ng n i v i nh ng ngu n n ph thông nh ngu n n trên đ ng b , đ ng s t, đ ng hàng không, trách nhi m đ u tiên s thu c v c quan ch qu n nh ng lo i hình gây n đó B ch qu n

ph i đ ra đ c nh ng quy đ nh h ng d n vi c h n ch ngu n n M i qu c gia s có

nh ng kinh nghi m riêng trong vi c đo đ c và ki m soát ngu n n H u h t nh ng nhà t

v n âm h c, các ki n trúc s , các k s … đã và đang tìm m i cách đ bi n th gi i tr nên ít n h n

Vi c ki m soát ti ng n s có hi u qu h n và gi m chi phí x lý n u t ban đ u chúng ta

có đ nh h ng quy ho ch t t S r t t n kém đ x lý m t ngu n n sau khi nó đã phát sinh ra C ng qua t p bài gi ng này, sinh viên có th tìm ra nh ng h ng d n đ ki m soát các lo i ti ng n khác nhau Sinh viên có th có nh ng g i ý đ gi i h n ti ng n t ngu n phát sinh, đ ng th i đ c cung c p nh ng tiêu chu n nh m tri t tiêu ti ng n trong môi tr ng xung quanh

và đ c xác đ nh b i các đ n v n ng l ng Âm thanh t ngu n phát s t o nên n ng

l ng và c ng đ c a âm thanh t i m t đi m trong không gian đ c xác đ nh b i m c

đ lan truy n âm l ng trên m t đ n v không gian

i v i m t ng i tr tu i và kho m nh, ng ng nghe c a tai có t n s t 20 Hz đ n kho ng 20.000 Hz Tuy nhiên tai ng i ch th c s nh y c m v i nh ng âm thanh có t n

s trong kho ng 500 đ n 8.000 Hz i v i nh ng âm thanh có t n s trên ho c d i

ng ng này, tai ng i tr nên kém nh y c m Ngoài ra nh ng ng i càng già c ng

th ng hay b lãng tai Nh ng ng i ph i ti p xúc v i ngu n ti ng n l n trong m t th i gian dài s không c m nh n đ c nh ng âm thanh có t n s t trung bình đ n cao

M t đ c tr ng quan tr ng khác v m c đ c m nh n âm thanh c a tai ng i là kh n ng

ch u đ ng âm thanh có c ng đ t ng ng b t đ u nghe đ c đ n ng ng đau đ n, có

th cao h n 1.000.000 l n so v i ng ng nghe i v i v n đ thay đ i m c âm, vi c

t ng hay gi m t 3 dB tr xu ng có th b qua, t ng hay gi m m c âm 5 dB là c m nh n

đ c, và vi c t ng hay gi m 10 dB s làm t ng g p đôi hay gi m đi m t n a m c âm đó

Ch ng h n, n u chúng ta ch n m c n tham kh o là 60 dB, nh v y m c n 70 dB s gây

ra ti ng n l n g p đôi Tuy nhiên m t m c n l n hay nh h n 15 dB l i gây ra ti ng n

l n g p đôi hay nh h n m t n a, ch không ph i do m c n l n hay nh h n 20 dB theo

nh quy lu t đã đ c p trên T ng ng v i đi u đó, s gia t ng m c n t 60 dB lên

80 dB s gây ra ti ng n t ng g p 4 l n

M c đ nh n bi t c a âm thanh đ c xác đ nh d a vào ti ng n Ti ng n là m t hàm s

c p c a nh ng thông s nh c ng đ , t n s , và th i gian Có nhi u ph ng th c đ c

l ng m c đ n b ng nh ng đo l ng v t lý

2.1.1 Ð nh ngh a sóng âm

V m t v t lý, âm thanh là nh ng sóng dao đ ng xu t hi n trong các môi tr ng v t ch t (ch t khí, ch t l ng, ch t r n - g i chung là môi tr ng đàn h i) khi ch u các l c kích thích Nh ng l c kích thích là ngu n âm, sóng dao đ ng đ c g i là sóng âm, và môi

tr ng trong đó có sóng âm lan truy n g i là tr ng âm

Dao đ ng c a các ngu n âm gây ra áp l c làm nén ho c dãn luân phiên các ph n t môi

tr ng hai phía c a nó Khi b kích thích nh v y, các ph n t c a môi tr ng s dao

đ ng quanh m t v trí cân b ng và truy n các dao đ ng đó cho ph n t bên c nh nh vào liên k t đàn h i gi a chúng Ð n l t các ph n t này s truy n nh ng dao đ ng m i

nh n cho nh ng ph n t ti p theo C nh th dao đ ng s đ c truy n đi xa d n ngu n

âm Nh v y sóng âm th c ch t là sóng áp su t c a môi tr ng Khi các dao đ ng âm truy n đ n tai ng i, chúng s tác đ ng lên c quan thính giác và cho ta c m giác âm thanh S xu t hi n và lan truy n c a sóng âm trong môi tr ng đàn h i đ c minh h a trong hình 2.1

Hình 2.1 Sóng âm lan truy n trong môi tr ng đàn h i

Sóng âm mang theo n ng l ng g i là n ng l ng âm, ngu n n ng l ng này s gi m

d n trong tr ng âm Khi càng đi xa kh i ngu n âm, n ng l ng âm càng b chia s cho

m t l ng nhi u h n các ph n t cho đ n khi t t h n

Xét theo ph ng dao đ ng c a các ph n t môi tr ng, sóng đ c chia thành các d ng:

- Sóng d c: khi các ph n t dao đ ng d c theo ph ng truy n sóng

- Sóng ngang: khi các ph n t dao đ ng vuông góc v i ph ng truy n sóng

Trong các ch t khí và ch t l ng ch có sóng d c lan truy n, trong ch t r n có th lan truy n đ c c sóng d c và sóng ngang Trong môi tr ng chân không sóng âm không

th lan truy n đ c

Hình 2.2 Các lo i sóng âm a) sóng d c, b) sóng ngang, c) sóng u n

Ð c bi t trong các t m m ng nh sàn ho c t ng nhà có th lan truy n lo i sóng u n Sóng u n r t có ý ngh a khi nghiên c u ph ng pháp cách âm cho các k t c u nhà c a

Do kích th c hình h c c a ngu n âm mà sóng âm lan truy n trong môi tr ng có d ng

m t sóng không gi ng nhau Chúng ta phân bi t ba d ng sóng:

- Sóng c u: khi m t sóng là nh ng m t c u Các ngu n đi m phát n ng l ng đ ng

đ u trong m t môi tr ng t nh đ ng nh t s t o ra sóng c u

- Sóng ph ng: n u m t sóng là nh ng m t ph ng Trong th c t không có nh ng ngu n phát ra sóng ph ng, nh ng đ i v i nh ng đi m khá xa ngu n âm ta có th xem sóng c u là sóng ph ng

- Sóng tr : tr ng h p m t sóng là nh ng m t tr Hãy t ng t ng có m t dòng xe

ô tô cùng lo i ch y n i đuôi nhau trên đ ng, khi đó ta có th xem chúng nh m t ngu n âm đ ng phát ra sóng tr

Ð c đi m lan truy n âm thanh c a sóng c u, sóng ph ng hay sóng tr không gi ng nhau,

đ c bi t khác nhau s suy gi m n ng l ng xa d n ngu n âm

- V n t c âm: v n t c lan truy n c a sóng âm trong môi tr ng, nó hoàn toàn khác

v i v n t c dao đ ng c a các ph n t V n t c âm ph thu c vào đ c đi m, nhi t

đ c a môi tr ng và d ng sóng lan truy n

Hình 2.4 Bi u di n dao đ ng c a các ph n t theo th i gian

Trong không khí, v n t c âm đ c xác đ nh theo công th c:

trong đó co: v n t c âm (m/s)

t: nhi t đ không khí (o

C) 331,5: v n t c âm 0oC

B ng 2.1 V n t c âm trong m t s môi tr ng

Trong không khí, v n t c âm t ng thêm 0,61 m/s ng v i nhi t đ t ng lên 1o

C Nh v y

v n t c âm trong không khí là 344 m/s s ng v i nhi t đ không khí 20o

C Trong các tính toán th ng l y v n t c âm là 340 m/s t ng ng 14oC

Quan h gi a t n s , b c sóng, chu k và v n t c âm th hi n theo bi u th c:

a o o

T.cf

c =

=

trong đó co: v n t c âm trong không khí (340 m/s)

2.1.2 Các thông s đ c tr ng c a âm thanh

M t đ n ng l ng âm, ký hi u E là n ng l ng âm ch a trong m t đ n v th tích môi

tr ng trong m t giây, đ n v J/m³ M t đ n ng l ng âm th ng đ c đ c p đ n khi tính toán các phòng kín (trong đó âm thanh t i m t đi m t nhi u phía), khi đó không xét

đ n h ng truy n âm

Áp su t âm, ký hi u p, đ n v N/m² (hay Pa) là áp su t d (áp su t có thêm so v i áp su t khí quy n t nh) có trong tr ng âm T i m i đi m c a tr ng âm áp su t thay đ i theo chu k t d ng (pha nén) sang âm (pha dãn) Tuy nhiên áp su t tác đ ng lên c quan thính giác c ng nh các thi t b đo l ng âm thanh là áp su t hi u qu p, đ c tính theo công th c:

Trong sóng âm ph ng, quan h gi a c ng đ , áp su t và m t đ n ng l ng âm đ c th

hi n theo các bi u th c:

o

² p I ρ

o o

² p c

I E

ρ

=

trong đó ρo: kh i l ng riêng c a không khí (kg/m³)

Giá tr ρoco g i là tr âm c a không khí Trong đi u ki n áp su t khí quy n bình th ng, nhi t đ 20o

âm thanh thay đ i đ n 1012 l n S thay đ i quá l n này gây b t ti n và tr ng i cho vi c

đo l ng và đánh giá âm thanh

M t v n đ đáng quan tâm khi so sánh m c đ c m nh n âm thanh c a tai ng i là tai

ng i phân bi t áp su t âm gi a 1 và 2 Pa c ng gi ng nh gi a 5 và 10 Pa Weber Fechner phát hi n r ng c m giác âm thanh c a tai không t l b c nh t v i n ng l ng kích thích mà t l v i logarit c a nó Ðó chính là c s c a m t đ n v đánh giá âm thanh m i theo thang logarit g i là m c âm

V y m c âm là đ n v đánh giá âm thanh theo thang logarit c a t s gi a áp su t ho c

c ng đ âm c n đo v i áp su t và c ng đ âm đ c l y làm tiêu chu n so sánh

Theo quy c qu c t , các tr s c a chu n so sánh đ c l y t ng ng v i các tr s trung bình nh nh t mà tai ng i c m th đ c, g i là ng ng quy c Nh v y các tr

s c ng đ và áp su t âm ng ng quy c t ng ng là:

Io = 10-12 W/m²

po = 2×10-5

N/m²

Hình 2.5 Quan h gi a c m giác và n ng l ng kích thích

(Ngu n: Âm h c ki n trúc - C s lý thuy t và các gi i pháp ng d ng, Ph m c Nguyên)

M c c ng đ âm đ c tính theo công th c:

o I

I

I lg 10

M c áp su t âm đ c tính nh sau:

o 2

o p

p

p lg 20 p

p lg 10

P

P lg 10

M c m t đ n ng l ng âm:

o E

E

E lg 10

trong đó P và E: công su t và m t đ n ng l ng âm c n đo

Po = 10-12 W: công su t ng ng quy c

Eo = 3×10-15 J/m³: m t đ n ng l ng âm ng ng quy c

M c c ng đ âm và m c áp su t âm c a cùng m t âm là nh nhau và g i chung là m c

âm Quan h gi a c ng đ , áp su t và m c âm đ c th hi n trên đ th 2.6

Hình 2.6 Quan h gi a c ng đ , áp su t và m c âm

(Ngu n: Âm h c ki n trúc - C s lý thuy t và các gi i pháp ng d ng, Ph m c Nguyên)

Th c t cho th y s thay đ i m c âm nh nh t mà tai ng i có th phát hi n đ c là 1

dB, nh ng thay đ i 3 dB m i đ c xem là thay đ i nh nh t có ý ngh a Các phép đo âm

h c thông th ng cho phép sai s 1 ÷ 2 dB

B ng 2.2 M c âm c a m t s ngu n th ng g p

120 Ng ng đau tai: đ ng c máy bay g n; sét đánh

g n; trong ga tàu đi n ng m

110 Ti ng còi tàu; tàu h a ch y qua ga Không th nói

80 X ng in; nút giao thông đông đúc; phòng đ i xe;

2.2 Ð C ÐI M C M TH ÂM THANH

2.2.1 C m giác to nh - m c to

C m giác to nh khi nghe âm thanh c a c quan thính giác ng i v a ph thu c vào m c

âm, v a ph thu c vào t n s âm Hai âm tuy có cùng m c, nh ng ta nghe to nh khác nhau vì chúng có t n s khác nhau C m giác to nh này c a tai đ c đánh giá b ng m c

to và đo b ng phon (phân bi t v i dB là đ n v v t lý) Thang đo phon đ c thành l p

b ng cách ch n âm t n s 1000 Hz làm chu n, và tr s m c to phon t n s này đúng

b ng tr s m c âm dB Ch ng h n âm t n s 1000 Hz có m c âm 60 dB thì có m c to là

60 phon

Hình 2.7 Bi u đ các đ ng đ ng m c to c a Robinson và Dadson

(Ngu n: ISO 226, 1987a; D.W Robinson & Dadson, 1956)

M c to c a các âm đ n khác xác đ nh b ng cách so sánh chúng v i âm chu n và tr s

c a nó l y b ng c a âm chu n n u chúng nghe to b ng nhau

M i đ ng cong trên bi u đ là t p h p t t c các âm đ n có t n s và m c âm khác nhau

nh ng đ u nghe to nh nhau, do đó có cùng tr s m c to theo phon

V y âm 1000 Hz nghe to g p 1,5 l n âm 60 Hz

Các máy đo và phân tích âm thanh hi n đ i nh t ngày nay có th th c hi n nhi u phép đo

và đánh giá âm thanh, nh ng ch a có m t máy đo nào có th b t ch c đ c cách c m

nh n âm thanh c a thính giác con ng i Vì v y các máy đo ch có th xác đ nh m c âm (theo dB), ngh a là m t giá tr mang tính v t lý

Nh ng ph ng pháp xác đ nh âm thanh chính:

- Ðo phân tích m c âm theo t n s

- Ðo m c âm t ng c ng v n ng l ng theo các thang hi u ch nh g n đúng v c m giác âm thanh c a h thính giác ng i

- Ðo tích l y theo t ng kho ng th i gian đ xác đ nh tr s trung bình n ng l ng

âm thanh (m c âm t ng đ ng)

- Ghi l i m c áp su t âm (trên b ng gi y) ho c ghi l i âm thanh trên b ng, đ a t và

hi n th âm thanh

- Ðo th i gian âm vang c a phòng và ch t l ng cách âm c a các k t c u

Các phép đo âm thanh đ u s d ng máy đo m c âm Các máy đo m c âm đ c chia ba

lo i theo h ng d n 179 c a IEC (International Electrotechnical Commission):

- Lo i r t chính xác: dùng khi l p các báo cáo chính th c, khi xây d ng các v n b n

lu t môi tr ng

- Lo i t ng đ i chính xác: dùng cho phép đo không ph i báo cáo chính th c

- Lo i ít chính xác (sai s trên 1 dB): dùng đ đánh giá g n đúng

Chú ý r ng m i máy đo m c âm đ u th c hi n phép đo theo hai đ c tính đ ng:

- Lo i nhanh: t ng ng v i m t th i gian đáp ng t ng t tai ng i (0,1s) áp

d ng khi đo âm thanh có m c thay đ i l n

- Lo i ch m: cho phép xác đ nh m c âm tích phân trong m t th i gian dài h n (kho ng 1s), đ c dùng khi đo âm thanh ít thay đ i ( n đ nh)

2.3.1 M c âm hi u ch nh A, B, C, D

Các máy đo âm thanh hi n nay đ u làm vi c theo nguyên t c tác đ ng c a áp su t âm thanh, t ng t tai ng i Tuy nhiên v n có s khác nhau c b n gi a máy đo và tai

ng i M t micophone có đ nh y đ ng đ u v i m i t n s âm thanh Ng c l i tai

ng i thu nh n áp su t âm và chuy n đ i thành tác đ ng th n kinh m nh hay y u còn ph thu c t n s c a nó Tai ng i là m t b máy ch quan, c m giác âm thanh mà tai ng i thu nh n đ c đánh giá theo đ n v phon

Ð chuy n đ i m t cách g n đúng các k t qu đo khách quan c a máy v c m giác ch quan c a tai ng i, c n đ a vào máy các m ch hi u ch nh t ng ng v i đ ng đ ng

m c to g n m c kh o sát nh t Tuy nhiên công vi c này r t ph c t p Ð đ n gi n công

vi c đó ng i ta chia các đ ng đ ng m c to thành ba vùng và xác đ nh m t đ ng trung bình cho nh ng vùng đó

- Vùng A: các đ ng đ ng m c to t 0 đ n 40 dB (t n s 1000 Hz)

- Vùng B: t 40 đ n 70 dB (t n s 1000 Hz)

- Vùng C: trên 70 dB (t n s 1000 Hz)

- N u m c âm v t quá 70 dB, ph i đo theo m ch hi u ch nh C (dBC)

Tuy nhiên ph ng pháp đo nh v y quá phi n ph c và đôi khi không th c hi n đ c Vì

v y hi n nay đ th c hi n các phép đo, đánh giá và tiêu chu n âm thanh, ng i ta quy

đ nh s d ng m ch hi u ch nh A (dBA) đ đánh giá t t c âm thanh, k c trong đ i s ng,

s n xu t công nghi p, giao thông ho c ti ng n máy bay

2.3.2 Dãy t n s âm

Trong th c t n u ch đánh giá âm thanh theo m t m c âm t ng c ng là ch a đ mà c n

ph i phân tích chúng theo các t n s Tuy nhiên vi c phân tích âm thanh trên m i t n s trong ph m vi 20 ÷ 20000 Hz là không th th c hi n đ c và c ng không th c s c n thi t Vì v y đ th ng nh t, ISO đ ngh s d ng các dãy t n s âm tiêu chu n khi nghiên

c u âm thanh c ng nh khi ch t o các thi t b đo

M i dãy t n s đ c xác đ nh b i t n s gi i h n d i f1 và t n s gi i h n trên f2 Khi đó

b r ng c a dãy t n s đ c xác đ nh:

Khi ch n m t dãy t n s nghiên c u, b l c t n s ch cho n ng l ng âm thanh c a các

t n s n m gi a ph m vi c a hai t n s gi i h n xác đ nh c a dãy này đi qua

c u cách âm c a các k t c u nhà c a Dãy t n s

2

1 octave ít đ c s d ng

Ch ng 3

TRUY N ÂM

3.1 TRUY N ÂM NGOÀI TR I

S truy n âm ngoài tr i có nh ng đ c đi m sau đây:

- Không gian ngoài tr i là tr ng tr i, vì v y sóng âm ch lan truy n đi mà không có sóng tr l i Sóng âm nh v y g i là sóng ch y

- S truy n âm ch u nh h ng c a th i ti t nh gió, phân b nhi t đ theo chi u cao t m t đ t

- S truy n âm ch u nh h ng hút âm c a v t li u b m t

- Trên đ ng truy n âm có th g p ch ng ng i nh nhà c a, cây c i

3.1.1 S t t d n âm thanh trong không khí

Khi âm thanh lan truy n trong không khí, n ng l ng âm s gi m d n theo kho ng cách

xa d n ngu n âm Ðó là hi n t ng t t d n c a ngu n âm, gây ra do hai nguyên nhân sau:

- S gi m n ng l ng âm theo kho ng cách: càng xa ngu n âm, n ng l ng âm ph i chia s cho m t kh i l ng các ph n t môi tr ng càng l n

- S hút âm c a không khí (s hút âm nguyên t ): gi m n ng l ng do ma sát c a các ph n t môi tr ng khi th c hi n dao đ ng

a1 Tr ng h p ngu n âm đi m

N u m t ngu n âm đi m có công su t P (W) b c x sóng c u, kho ng cách ngu n r (m)

c ng đ âm đ c tính:

2 r

r 4

P I π

Công th c trên cho th y m i khi kho ng cách r t ng lên g p đôi, c ng đ âm s gi m đi

b n l n S gi m n ng l ng c a sóng c u theo kho ng cách này g i là quy lu t gi m t

l ngh ch v i bình ph ng kho ng cách

Logarit hóa hai v c a công th c trên, ta xác đ nh m c âm t i r theo công th c:

2 P

r

r 4

1 lg 10 L L

π

× +

trong đó Lr: m c âm t i kho ng cách r (dB)

LP: m c công su t âm c a ngu n (dB)

Hình 3.1 N ng l ng âm gi m theo lu t bình ph ng kho ng cách

Hình 3.2 Gi m n ng l ng âm theo ngu n âm đi m

Bài toán th ng g p là xác đ nh đ chênh l ch m c âm t i các kho ng cách r1 (có m c

Theo công th c này m i khi kho ng cách t ng 2 l n m c âm s gi m 6 dB Ch ng h n có

m t m c âm 95 dBA kho ng cách 50m Nh v y kho ng cách g p đôi (t c 100m)

m c âm s là 89 dBA, và kho ng cách 200m m c âm s là 83 dBA

L =

Công th c trên cho th y đ i v i ngu n âm đ ng, m i khi kho ng cách t ng lên g p đôi

m c âm s gi m đi 3 dB Ch ng h n có m t m c âm 95 dBA kho ng cách 50 m Nh

v y kho ng cách g p đôi m c âm s là 92 dBA, và 200 m m c âm s là 89 dBA

Hình 3.4 Gi m n ng l ng âm theo ngu n âm đi m

b) S hút âm c a không khí

Hình 3.5 S hút âm c a không khí 20oC theo t n s âm và đ m t ng đ i ϕ

(Ngu n: Âm h c ki n trúc - C s lý thuy t và các gi i pháp ng d ng, Ph m c Nguyên)

S hút âm c a không khí ph thu c nhi u vào t n s âm, đ ng th i ph thu c vào nhi t

đ và đ m c a không khí Và đ c xác đ nh theo đ gi m m c âm trên m i mét chi u dài truy n âm

Ví d : Xác đ nh đ gi m m c âm c a m t ngu n đi m phát sóng c u t kho ng cách ngu n 1 m đ n kho ng cách 50 m ngoài tr i có đ m 80% t i các t n s 1000 Hz và

3.1.2 Xác đ nh m c âm t ng c ng c a nhi u ngu n

M c âm t i m t đi m trong không gian có th do nhi u ngu n âm truy n t i Khi đó m c

âm t i đ m kh o sát là m c âm t ng c ng c a các m c âm thành ph n (không xét đ n s

l ch pha c a các m c truy n t i)

Âm truy n t i đi m kh o sát g m hai m c thành ph n L1, L2 t hai h ng khác nhau:

o

1 1

I

I lg 10

và

o

2 2

I

I lg 10

M c âm t ng c ng t i đi m kh o sát đ c xác đ nh theo công th c:

0

2 1

I

I I lg 10

o

1 2

I

aI lg 10

M c âm t ng c ng LΣ:

0

2 1

I

I a I lg 10

G i ∆L = 10.lg(1 + a) là m c âm gia t ng, nh v y:

L∑ = L1 + ∆L

Tr s ∆L ph thu c chênh l ch các m c âm thành ph n (L1 - L2):

a lg 10 I

I a lg 10 I

I lg 10 L L

0 1 0

1 2

0 1,0 1,6

3,0 2,6 2,3 0,6

0,5 0,4

2,2 3,0 4,0

2,0 1,8 1,5 0,3

0,2 0,1

5,2 7,0 10,0

1,1 0,8 0,4

(Ngu n: Âm h c ki n trúc - C s lý thuy t và các gi i pháp ng d ng, Ph m c Nguyên)

Khi đó ta có: L1 = L2 = L3 = = Ln = L

M c âm t ng c ng đ c xác đ nh theo công th c: