2. CHUONG 2 LAN TRUYỀN ÂM THANH TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG

CHƯƠNG 2: LAN TRUYỀN ÂM THANH TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG 2.1 Lan truyền âm trời Khi phân tích lan truyền âm trời, có ba vùng khí nên lưu ý:  Lớp biên bề mặt từ mặt đất đến độ cao từ 30 – 60m  Vùng chuyển tiếp kéo dài từ 30 – 60m  500 – 600m  Tầng khí tự độ cao từ 500 – 600m Hình: loại sóng âm khí * Vùng tự Viễn trường  Vùng tự vùng sóng lan truyền thoải mái không gặp vật cản  Tính chất để nhận dạng viễn trường khoảng cách nguồn âm nguồn tiếp nhận phải lớn nhiều kích thước lớn nguồn âm bước sóng  Một đặc tính chung vùng tự viễn trường mức áp suất âm giảm 6dB khoảng cách nguồn tăng gấp đôi * Đặc điểm lan truyền âm trời  Không gian trời trống trải, sóng âm lan truyền mà sóng trở lại Sóng âm gọi sóng chạy  Sự truyền âm chịu ảnh hưởng thời tiết gió, phân bố nhiệt độ theo chiều cao từ mặt đất  Sự truyền âm chịu ảnh hưởng hút âm vật liệu bề mặt  Trên đường truyền âm gặp chướng ngại vật nhà cửa, cối * Vì đặc điểm trên, âm lan truyền không khí, lượng âm giảm dần theo khoảng cách xa dần nguồn âm * Sự tắt dần âm không khí Khi âm truyền không khí, lượng âm giảm dần theo khoảng cách xa dần nguồn âm xảy tượng tắt dần âm Hiện tượng nguyên nhân sau:  Sự giảm lượng âm theo khoảng cách: xa nguồn âm, lượng âm phải chia sẻ cho khối lượng phần tử môi trường lớn  Sự hút âm không khí (sự hút âm nguyên tử): giảm lượng âm ma sát phần tử môi trường thực dao động * Sự định hướng âm Một nguồn âm phát áp suất âm tất hướng Âm hướng thay đổi theo không gian ba chiều theo tần số Hình: Sơ đồ lan truyền âm thành trời nguồn gần mặt đất SỰ GIẢM NĂNG LƯỢNG THEO KHOẢNG CÁCH  Trường hợp nguồn âm nguồn điểm Nếu nguồn âm điểm có công suất P (W) xạ sóng cầu, điểm cách nguồn âm khoảng r (m), cường độ âm tính theo công thức: P Ir = 4π r Theo công thức trên, khoảng cách r tăng lên ấp đôi, cường độ âm giảm bốn lần Sự giảm lượng sóng cầu theo khoảng cách gọi quy luật giảm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách Mức âm tương ứng khoảng cách r nguồn gây ra: ???? Độ chênh lệch mức âm (Delta L )tại điểm cách nguồn âm khoảng cách r1 r2 (với r2 > r1) xác định theo công thức r ∆L = L1 − L2 = 20.lg r1 (dB ) khoảng cách tăng lần mức âm giảm dB Ví dụ vị trí cách nguồn âm khoảng 50 m, mức âm có độ lớn 95 dB, vị trí cách nguồn âm 100 m, mức âm 89 dB vị trí cách nguồn âm 200 m, mức âm 83 dB  Trường hợp nguồn âm nguồn đường Với nguồn âm đường (bức xạ sóng trụ), độ giảm cường độ âm từ khoảng cách r1 (I1) đến khoảng cách r2 (I2) theo quan hệ I1 r2 = I r1 r2 ∆L = 10.lg r1 Công thức cho thấy nguồn âm đường, khoảng cách tăng lên gấp đôi mức âm giảm dB Chẳng hạn có mức âm 95 dBA khoảng cách 50m Như khoảng cách gấp đôi mức âm 92 dBA, 200m mức âm 89 dBA  Đặt tường chắn nguồn âm đáng kể  Sự giảm âm tường chắn cho nguồn đường nguồn điểm phụ thuộc vào hàm số Fresnel Xác định khả làm giảm tiếng ồn chắn cách tra đồ thị dựa vào N Áp dụng Một xa lộ nằm cách 18m đặt trước tường cao 2,5m Xác định mức âm giảm tần số trung tâm 1500Hz nguồn tiếp nhận cách tường 10m, 20m cho trường hợp xe đoàn xe Chiều cao nguồn phát 0,5m, nguồn tiếp nhận 1,5m Một tường chắn bê tông dày 100mm, xây xung quanh trạm biến Chiều cao tường chắn 2,5m đặt cách máy biến 10m, nguồn tiếp nhận đặt cách máy 30m Hệ số định hướng trạm biến Q=1 Mức công suất âm tổn thất âm qua tường chắn phổ tần số cho bảng sau: Tần số, Hz 125 250 500 1000 2000 4000 Mức công suất âm, Lw dB 115 110 105 100 95 90 a Xác định áp suất âm (L) tương ứng nguồn tiếp nhận – R với dãy tần số cho có tường tường chắn b Xác định mức áp suất âm theo thang A nguồn tiếp nhận LR = Lw – ΔLkc – ΔLtc Chiều dày tường = 100mm  không đáng kể - Có tường: LR (ΔLtc  tra bảng), Tính N =? - Không tường: Lw-ΔLkc Tần số, Hz 125 250 500 1000 2000 4000 Mức công suất âm, Lw dB 115 110 105 100 95 90 |ΔLkc| ? ? ? ? ? ? N ? ? ? ? ? ? ΔLtc Tra λ Áp suất âm có tường,dB LR Áp suất âm không tường, dB LR, dBA Độ giảm mức âm xanh gây xác định công thức Meister F Ruhrberg W (Đức) Hệ số hút âm xanh, dB/m  ***Ảnh hưởng xanh đến truyền âm Khi đường lan truyền sóng âm gặp dãy xanh phần lượng âm giảm khoảng cách hút âm không khí lượng âm bị tiêu hao do:  Một phần lượng bị phản xạ trở lại từ hàng Một phần lượng bị hút khuếch tán đám Tác dụng phản xạ tường chắn làm giảm mức âm 1,5dB gặp dãy xanh  Khả hút âm khuếch tán âm xanh phụ thuộc vào loại với mức độ rậm rạp lá, khoảng 0,12 – 0,17dB/m 2.2 Lan truyền âm môi trường kín Chú ý:  Hình dạng khu vực bên  Đặc tính phản xạ hấp thụ âm bề mặt  Trong trường hợp khu vực rộng lớn tác dụng hấp thụ âm tương tác sóng âm với không khí tạo nên  ***Hệ số hút âm Khi âm lan truyền phòng kín tới gặp bề mặt kết cấu xảy tương  Một phần lượng âm phản xạ trở lại vào phòng  Một phần lượng âm truyền qua kết cấu  Một phần bị tiêu tán vật liệu kết cấu Ei = Et + Ef + Eh Xét phạm vi phòng kín, bỏ qua  âm bị S Ei Et i Ef Eh α = Ett/Ei  hệ số hút âm vật liệu Ei = Ef + Ett Khi α  âm truyền qua Năng lượng âm truyền qua +  ***Lượng âm bị hút  Khảnănghútâmcủamộtbềmặtcódiệntích S bằnglượngâmhúttươngđương  Khitrongphòngkhôngcóvậtdụng, có i bềmặtkhácnhau, mỗibềmặtcóhệsốαkhácnhauứngvới S tươngứng, A ()– lượngâmhútđượcxácđịnh  Khi phòng có vật dụng + Của vật dụng  *** Trường âm trực tiếp  Lệ thuộc vào nguồn âm khoảng cách, không chịu ảnh hưởng kích thước đặc tính phản dội phòng  Năng lượng âm trực tiếp xác định truyền âm trời Tính định hướng  *** Trường âm phản xạ Phụ thuộc vào kích thước tính phản xạ bề mặt phòng ốc Năng lượng sau lần phản xạ tới A xác định theo công thức Với NL âm tổng cộng A Trong trường vang dội Trong trường trực tiếp Khi xét tính định hướng Một phòng 4,6m x 9,2m x 3m với nguồn âm 10µw đặt góc tường 4,6m Các hệ số hấp thụ phòng là: + tường at = 0,02, + sàn as = 0,1, + trần atr = 0,02 Hãy tìm mức áp suất âm phòng đánh giá mức âm trực tiếp LR =? LR –TT =? Áp dụng Hãy tính hệ số truyền qua phản dội sóng phẳng không khí thẳng góc đến mặt nước Trở kháng đặc trưng không khí Z1 = 415kg/m2.s nước Z2 = 1,48.106 kg/m2.s 2.3 Các tượng truyền âm Truyền âm hai môi trường - Hệ số âm truyền qua - Hệ số âm phản dội Trường hợp tia tới lệch góc với bề mặt phân giới Hệ số âm phản dội TH1: TH1: Khi [...]... 0, 12 – 0,17dB/m 2. 2 Lan truyền âm thanh trong môi trường kín Chú ý:  Hình dạng của khu vực bên trong  Đặc tính phản xạ và hấp thụ âm thanh của các bề mặt  Trong trường hợp của những khu vực rộng lớn thì tác dụng của sự hấp thụ âm thanh do sự tương tác của sóng âm với không khí tạo nên  ***Hệ số hút âm Khi âm thanh lan truyền trong phòng kín tới gặp một bề mặt kết cấu sẽ xảy ra các hiện tương ... như vậy L 12 = L1 + ∆L Trị số ∆L phụ thuộc chênh lệch các mức âm thành phần (L1 - L2) Mức âm phụ thuộc vào hiệu L1 – L2 1 0,8 0,7 L­1 ­ L2 = ­10.lga (dB) 0 1,0 1,6 ∆L = 10.lg (1+a) (dB) 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 a L3 Ví dụ: Xác định mức âm tổng cộng tại điểm A do bốn nguồn âm L2 cùng truyền đến có mức âm là L1 = 85 dB, L2 = 80 dB, L3 = 82 dB, L4... mức âm đo sự hút âm của không khí (ở nhiệt độ 20 0C và độ ẩm 80%): Tần số 1000 Hz: ∆L2 = 0,0014 50 = 0,07 dB Tần số 20 00 Hz: ∆L2 = 0,0055 50 = 0 ,27 5 dB Độ giảm mức âm tổng cộng ở khoảng cách 50m so với khoảng cách 1m Tần số 1000 Hz: ∆L = ∆L1 + ∆L2 = 34,07 dB Tần số 20 00 Hz: ∆L = ∆L1 + ∆L2 = 34 ,27 5 dB * Xác định mức âm của nhiều nguồn Mức âm tại một điểm trong không gian có thể do nhiều nguồn âm truyền. ..SỰ HÚT ÂM CỦA KHÔNG KHÍ Sự hút âm của KK ở 20 oC và độ ẩm tuyệt đối KS Nguyễn Trần Ngọc Sự hút âm của không khí phụ thuộc vào:  Tần số âm  Nhiệt độ và độ ẩm của không khí Ví dụ: Xác định độ giảm mức âm của một nguồn điểm phát sóng cầu từ khoảng cách nguồn âm đến khoảng cách 50m ở ngoài trời có độ ẩm là 80% tại các tần số 1000Hz và 20 00Hz Hướng dẫn: Độ giảm mức âm theo khoảng cách ∆L1 = 20 .lg50 =... Tần số, Hz 125 25 0 500 1000 20 00 4000 Mức công suất âm, Lw dB 115 110 105 100 95 90 |ΔLkc| ? ? ? ? ? ? N ? ? ? ? ? ? ΔLtc Tra λ Áp suất âm có tường,dB LR Áp suất âm không tường, dB LR, dBA Độ giảm mức âm do cây xanh gây ra được xác định bằng công thức Meister F và Ruhrberg W (Đức) Hệ số hút âm của cây xanh, dB/m  ***Ảnh hưởng của cây xanh đến truyền âm Khi trên đường lan truyền sóng âm gặp các dãy cây... Khi đó, mức âm tại điểm khảo sát là mức âm tổng cộng của các mức thành phần (không xét đến sự lệch pha của các mức truyền tới) Như vậy nếu hai mức âm truyền đến bằng nhau, mức âm tổng cộng sẽ bằng trị số của một mức cộng thêm 3 dB + Nếu L1 > L2, nghĩa là I1 > I2 Chọn a (a < 1) là hệ số biểu thị độ chênh lệch giữa I1 và I2 khi đó I2 = aI1 Do đó: Mức âm tổng cộng Gọi ∆L = 10.lg (1 + a) là mức âm gia tăng,... phần năng lượng âm sẽ phản xạ trở lại vào phòng  Một phần năng lượng âm sẽ truyền qua kết cấu  Một phần bị tiêu tán trong vật liệu kết cấu Ei = Et + Ef + Eh Xét trong phạm vi phòng kín, bỏ qua  âm bị mất đi S Ei Et i Ef Eh α = Ett/Ei  hệ số hút âm của vật liệu Ei = Ef + Ett Khi α min  không có âm thanh truyền qua Năng lượng âm truyền qua + mất đi  ***Lượng âm bị hút  Khảnănghútâmcủamộtbềmặtcódiệntích... mức âm từ cao đến thấp L1- L3 = 85 - 82 = 3 dB → ∆L13 = 1,8 dB → L13 = 85 + 1,8 = 86,8 dB L13 - L2 = 86,8 - 80 = 6,8 dB → ∆L 123 = 0,8 dB → L 123 = 86,8 + 0,8 = 87,6 dB L 123 - L4 = 87,6 - 78 = 9,4 dB → ∆L 123 4 = 0,4 dB → LΣ = 87,6 + 0,4 = 88 dB  ***Ảnh hưởng của các điều kiện khí tượng đến truyền âm  Ảnh hưởng của gió Gió làm ảnh hưởng đến gradien vận tốc của sóng âm, do đó làm thay đổi mặt sóng âm thanh. .. lượng âm giảm do khoảng cách và hút âm của không khí năng lượng âm thanh còn bị tiêu hao do:  Một phần năng lượng bị phản xạ trở lại từ hàng cây Một phần năng lượng bị hút và khuếch tán trong đám cây Tác dụng phản xạ như tường chắn có thể làm giảm mức âm 1,5dB mỗi khi gặp một dãy cây xanh  Khả năng hút âm và khuếch tán âm thanh của cây xanh phụ thuộc vào loại cây với mức độ rậm rạp của lá, khoảng 0, 12. . . nguồn tiếp nhận đặt cách máy là 30m Hệ số định hướng của trạm biến thế là Q=1 Mức công suất âm và tổn thất âm thanh qua tường chắn ở phổ tần số cho trong bảng sau: Tần số, Hz 125 25 0 500 1000 20 00 4000 Mức công suất âm, Lw dB 115 110 105 100 95 90 a Xác định áp suất âm (L) tương ứng tại nguồn tiếp nhận – R với dãy tần số đã cho khi có tường và không có tường chắn b Xác định mức áp suất âm theo thang A