4. CHUONG 4 VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU HÚT ÂM

Vật liệu cách âm • Trong đa số các trường hợp vật liệu cách âm là các vật liệu xây dựng thông thường như: tường gạch, bê tông, gỗ, kim loại… • Khả năng cách âm R dB của chúng phụ thuộc c

CHƯƠNG 4: VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU HÚT ÂM

4.2 Kết cấu hút âm

4.3 Các biện pháp cách âm kết cấu

4.1 Vật liệu âm học

4.1.1 Vật liệu cách âm

• Trong đa số các trường hợp vật liệu cách âm là các vật liệu xây dựng thông thường như: tường gạch, bê tông, gỗ, kim loại…

• Khả năng cách âm R (dB) của chúng phụ thuộc chủ yếu vào khối lượng riêng của vật liệu và bề dày của kết cấu Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào tần số sóng âm tới

• Trong việc xây dựng các công trình chống ồn thường giữ nguyên kết cấu bao che có sẵn của phòng đặt máy và lắp

4.1.2 Vật liệu hút âm

 Gồm có vật liệu hấp thụ tự nhiên và vật liệu ứng dụng Vật liệu hút âm gồm rất nhiều loại và phần lớn là các vật liệu xốp như bông khoáng, bông thủy tinh, sợi thực vật và các loại gỗ

Vật liệu hấp thụ âm tốt, âm thanh phải được phép đi vào bên trong chất liệu nên đây không phải vật liệu có hiệu quả chắn âm cao

 Là loại vật liệu có cấu trúc mạng cài với những lỗ hổng Trong những tế bào mở liên kết với nhau này mà năng lượng âm thanh được đổi thành nhiệt năng

 Thường được lắp đặt trên tường, trần và sàn nhà, trên những panen đặt quanh thiết bị gây ồn.

 Vật liệu hấp thụ âm thanh thường được dùng để làm giảm mức

âm do hiện diện của trường hồi âm trong phòng gây ra bằng cách ngăn cản việc phản xạ âm thanh từ các bề mặt cứng

Vật liệu xốp hút âm

Hệ số làm giảm tiếng ồn (NRC – noise reduction coefficient)

Được định nghĩa là trung bình cộng của các hệ số hấp thụ âm

thanh của vật liệu ở 250, 500, 1000, 4000Hz

Là chỉ số về hiệu suất hấp thụ âm thanh của vật liệu

NRC là giá trị trung bình nên trong một số trường hợp khả năng

hấp thụ tốt nhất của vật liệu không nằm trong khoảng tần số này

HỆ SỐ HẤP THỤ ÂM THANH LÀ GÌ?

Hệ số hấp thụ âm thanh là một hàm tần số, được định nghĩa như

là tỉ số của năng lượng âm thanh bị bề mặt hấp thụ chia cho năng lượng âm thanh của tia tới bề mặt khi âm trường tia tới hoàn toàn khuếch tán

Đặc tính hấp thụ của một chất liệu tùy thuộc vào bề dày, tỉ trọng, độ xốp, trở lượng, hướng sợi…

Đo hệ số hút âm Phương pháp sóng dừng Phương pháp phòng vang

Thời gian hồi âm (T)

Định nghĩa: Là thời gian cần thiết để âm thanh giảm đi 60dB Phụ thuộc vào kích thước của phòng và đặc tính hấp thụ của phòng

Khi quan tâm đến sự phân bố không đồng đều của sự hấp thụ

âm thanh trong phòng áp dụng công thức Fitzroy

Xác định hằng số phòng (Rc)

Khi trong phòng có đầy đủ vật liệu hấp thụ âm thanh

Khả năng làm giảm ồn của vật liệu hút âm

 Trong phòng, nếu lắp vật liệu hút âm  giảm 1 lượng NR là

Trong đó:

Lw = mức công suất âm của nguồn

Rc1 = hằng số phòng trước khi gắn vật liệu hấp thu âm

Dùng khi α <0.3

c2

Một phòng 15m x 30m x 6m với một nguồn âm 0,3 w đặt góc phòng có Q = 4 Các hệ số hấp thụ của phòng là: tường αt = 0,02, sàn α s = 0,1, trần α tr = 0,02

* Hãy tìm mức áp suất âm thanh ở cuối phòng và đánh giá mức âm thanh trực tiếp

* Nếu lắp thêm các chất liệu có hệ số α 1 = 0,8 (vào tường L=30) và α 2 = 0,45 vào tường (L=15), xác định mức giảm ồn tương ứng

Bài tập

LR =?

XÁC ĐỊNH MỨC ÂM THEO NR

Bài tập về ứng dụng vật liệu xử lý ồn

Tên vật liệu Hệ số hút âm (dB) Tần số (Hz)

125 250 500 1000 2000 4000

Gạch, không láng 0,03 0,03 0,03 0,04 0,05 0,07

Gạch, không láng, sơn 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03

Thảm trên cao su 0,08 0,24 0,57 0,69 0,71 0,73

Thảm trên bê tông 0,02 0,06 0,14 0,37 0,60 0,65

Khối bê tông, thô 0,36 0,44 0,31 0,29 0,39 0,25

Khốí bê tông, sơn 0,10 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09

Tên vật liệu Hệ số hút âm (dB)Tần số (Hz)

Gỗ cứng dày 2 inch 0,01 0,05 0,05 0,04 0,04 0,04

Nguyên tắc chọn vật liệu hấp thụ âm thanh

Mỗi vật liệu có những điểm mạnh, điểm yếu và thường được

áp dụng riêng biệt cho từng trường hợp cụ thể.

+ Mĩ quan môi trường thường là yếu tố chính cho việc lựa chọn vật liệu hấp thụ âm

+ Hiệu năng âm học của vật liệu

+ Giá cả, việc lắp đặt, bảo trì, khả năng hao mòn và các yếu tố môi trường khác

Trong các vật liệu nói trên, bông thủy tinh được chọn làm vật

liệu hút âm chủ yếu do khả năng hút âm cao, dễ tìm, giá cả

Một số loại vật liệu hấp thụ âm thanh trên thị trường

Bông thủy tinh

được làm từ sợi thủy tinh tổng hợp chế xuất

từ đá, xỉ, đất sét Thành phần chủ yếu của

bông thủy tinh chứa aluminum, silicat canxi,

oxit kim loại, không chứa amiang Bông thủy

tinh có tính năng cách nhiệt, cách âm, cách

điện cao, không cháy, mềm mại và có tính

Bông thủy tinh được dùng cách nhiệt chống nóng cho các công trình nhà, xưởng; Cách nhiệt, cách âm, bảo ôn chống nóng cho đường ống trong ngành

Một số loại vật liệu hấp thụ âm thanh trên thị trường

Tấm tấm thạch cao đục lỗ tiêu âm là sản phẩm

đặc biệt cung cấp giải pháp trang âm cho nội

thất, thường được dùng cho hệ trần tiêu âm và

hệ ốp tường tiêu âm Các hệ thống này được

thiết kế dựa trên các chỉ số NRC và RT60, để

đưa ra giải pháp thiết kê trang âm phù hợp

nhất cho từng dạng công trình.

NRC= 0 cho biết vật liệu đó có khả năng phản xạ âm toàn phần, NRC=1 tương đương với vật liệu có khả năng hấp thụ âm (tiêu âm) toàn phần Ví dụ: 1 bề mặt với vật liệu có NRC=0.7 nghĩa là khi có 1 nguồn

âm tác động vào bề mặt này, 70% âm lượng sẽ bị hút đi và 30% sẽ phản xạ.

Một số loại vật liệu hấp thụ âm thanh trên thị trường

Được sản xuất từ bọt polyurethane cấp âm thanh chuyên nghiệp, thiết kế hình “sọt trứng” với một diện tích bề mặt tăng lên, tạo một hiệu suất hấp thụ âm thanh tốt nhất Các Panels Foam Accoustic phức tạp hấp thụ âm thanh được tạo ra ở tần số thấp, trung và cao, làm cho chúng hoàn hảo

để ghi âm hoặc nghe ở môi trường bên ngoài

Mút gai tiêu âm

– Acoustic Foam

• Vải, đay: đây là vật liệu được dùng nhiều nhất trong văn phòng.

của vật liệu nhưng được dùng khá nhiều trong công

nghiệp

Thông thường các vật liệu hút âm phải được phủ bảo vệ và duy trì trạng thái tốt của vật liệu

Bài tập

Trong một xưởng sản xuất cơ khí kích thước: 15x30x5m có mức

ồn 95dB Tính toán và lựa chọn vật liệu hấp thụ âm để giảm mức

ồn đến tiêu chuẩn tiếng ồn cho phép trong nhà xưởng

Biết rằng:

• Tường bằng gạch xây - khối bê tông sơn phủ

• Sàn bằng bê tông

• Trần bằng tôn

4.2 Kết cấu hút âm

- Kết cấu đơn hút âm

- Tấm dao dộng cộng hưởng hút âm

- Ống cộng hưởng hút âm

- Kết cấu hút âm phối hợp

KẾT CẤU HÚT ÂM ĐƠN

Cấu tạo gồm các mặt đục lỗ (bằng gỗ, tôn, sắt,…) phía trong đặt một lớp vật liệu xốp dày 10 - 25mm

Nếu kích thước nhỏ hơn hoặc xấp xỉ với bước sóng âm thì khả năng hút âm sẽ tăng lên nhờ hiện tượng nhiễu xạ

TẤM DAO ĐỘNG CỘNG HƯỞNG HÚT ÂM

Là tấm mỏng bằng gỗ ván,

gỗ dán, chất dẻo, xi măng amiăng,… đóng lên hệ khung bằng gỗ hoặc kim loại

Khi tần số dao động

riêng của tấm = tần số

âm  cộng hưởng hút âm

cực đại

Tần số cộng hưởng fo tính bằng công thức – tương ứng

với tấn số âm max

Kết cấu càng cứng, càng nặng  hút âm càng yếuKết cấu càng nhẹ và dẻo  hút âm càng mạnh rõ rệt

Bền và vệ sinh hơn vật liệu xốp, có thể chịu được các va chạm cơ học và tạo được hình dạng bề mặt bất kỳ để làm phong phú nội thất và tăng tính khuếch tán của trường âm trong môi trường

ỐNG CỘNG HƯỞNG HÚT ÂM

Kết cấu dao động cộng hưởng hút âm chỉ hút âm mạnh trong một phạm vi tần số hẹp quanh tần số cộng hưởng

Bước sóng ứng với fo

V sóng âm ở OoC

KẾT CẤU HÚT ÂM PHỐI HỢP

Vật liệu xốp hút âm ở vùng tần số cao

Các tấm dao động cộng hưởng ở vùng tần số thấp

Các tấm đục lỗ hút âm ở vùng tần số trung bình

CÁC KIỂU PHỐI HỢP

không khí, khả năng hút âm ở tần số thấp tăng lên nhờ hiệu quả dao động của tấm

cách tấm đục lỗ một khe không khí Phía sau tấm mỏng đục lỗ

có thể dán thêm một lớp vải

1) Vật liệu xốp: Có bông thủy tinh, bông khoáng, mút trứng mút gai… Tóm lại là tất cả các vật liệu mềm xốp ứng dụng được

2) Các tấm dao động (cộng hưởng) hút âm: Muốn hút âm tốt thì phải làm lớp không khí thật dày, mà chúng ta ai cũng muốn tận dụng không gian nhiều nhất  hạn chế

3) Vật liệu xốp đặt sau tấm đục lỗâm thấp tần khó xử lí nhất Vậy nếu ta kết hợp sử dụng tấm đục lỗ và vật liệu xốp, ta có thể có được chỉ số hút

âm ở các dải tần rộng nhất Mà chỉ số hút âm này ta có thể tự điều chỉnh.

Kết cấu này có Gỗ tiêu âm đục lỗ hoặc soi rãnh và Trần vách thạch cao đục lỗ Mỗi loại đều có những ưu điểm riêng, gỗ tiêu âm thì bề mặt đẹp

và sang trọng, vách thạch cao thì giá rẻ và dễ phun sơn bề mặt

4) Vật liệu cộng hưởng

5) Kết cấu hút âm đơn: người, sô fa, gối, gấu bông, giá sách…

4.3 Các biện pháp cách âm kết cấu

Mức âm truyền vào phòng là bao nhiêu???

Mức ồn tổng cộng trong phòng là tổng

năng lượng truyền qua tất cả các kết cấu

văn phòng, không kể tiếng ồn gây ra do

bản thân phòng đó.

Cách âm không khí của các kết cấu

ứng như một khối đồng nhất

vật liệu hút âm, khi chịu tác động của sóng âm mỗi lớp có những phản ứng khác nhau

 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cách âm của kết cấu:

 Kích thước hình học của chúng

 Liên kết của kết cấu với chung quanh

 Khối lượng và độ cứng của kết cấu

Tường, vách, sàn nhà có thể khảo sát như một tấm mỏng có kích thước hữu hạn và liên kết chu vi, chịu tác động của sóng

âm và dao động uốn cưỡng bức để trở thành nguồn âm mới bức xạ âm thanh sang phòng bên cạnh

Khi sóng âm tới kết cấu khuếch tán,

khả năng cách âm xác định theo

công thức

Trường hợp thực tế kết cấu có kích

thước hữu hạn và liên kết theo chu

vi, khả năng cách âm tính bằng

công thức

ĐỊNH LUẬT KHỐI LƯỢNG

TRÙNG SÓNG

 Hiện tượng trùng sóng làm giảm đáng kể khả năng cách âm của kết cấu vì kết cấu bị dao động rất mạnh nên trở thành nguồn âm cung cấp bức xạ sóng âm

 Sóng âm tới kết cấu với góc θ và bước sóng λ, tần số f và tốc

độ trùng sóng c thì nó gây ra sự dao động cưỡng bức kết

cấu uốn cong của bản

 Bản có mức sóng uốn riêng Nếu

 Tần số nhỏ nhất (fgh) bắt đầu xảy ra hiện tượng trùng sóng

Do hiện tượng trùng sóng, trong phạm vi tần số giới hạn khả năng cách âm của kết cấu giảm một cách đáng kể (ΔR), độ R), độ giảm lớn nhất xảy ra tại fgh.

Kết quả nghiên cứu của Meisser:

Bài tập áp dụng:

(Máy tinh chế)

Lượng hút âm trung bình của kết cấu đồng nhất

Kết cấu không đồng nhất về cách âm

Kết cấu 2 lớp

 Kết cấu hai lớp có khe không khí ở giữa về mặt cơ học làm việc giống như một hệ thống hai khối lượng m1 và m2 liên kết với nhau bởi lò xo

 Khe không khí càng lớn, lực đan hồi của lò xo càng giảm

 Sóng âm tới đập vào tấm thứ nhất, gây ra dao động uốn của tấm này Dao động được truyền qua khe không khí sang tấm thứ 2 làm nó dao động theo và trở thành nguồn âm mới bức

xạ vào phòng cách âm

 Khả năng cách âm của kết cấu 2 lớp phụ thuộc khối lượng 2 tấm và các hiện tượng cộng hưởng của toàn hệ thống, của mỗi tấm và của khe không khí

Định luật khối lượng trong kết cấu 2 lớp

 Khả năng cách âm trung bình của kết cấu hai lớp trong phạm

vi tần số 100 – 3200Hz cao hơn khả năng cách âm trung bình của kết cấu một lớp từ 4 -9dB

 Độ dốc của đường R từ 6 – 8dB/ôcta Kết quả khảo sát cùa Meisser cho thấy:

 Chiều dày khe không khí nhỏ (2-4cm) không có vật liệu hút

âm độ nâng cao cách âm 4dB

 Chiều dày khe không khí từ 5 – 10cm có vật liệu hút âm độ nâng cao cách âm là 9dB

Cộng hưởng của mỗi tấm

Cộng hưởng của hệ thống hai tấm

Cộng của khe không khí:

Sóng âm truyền qua lại do phản xạ giữa hai tấm kết cấu có thể xảy ra cộng hưởng mỗi khi tần số của âm tới bằng

Đối với kết cấu đơn đồng nhất cần quan tâm hai phạm vi làm việc chủ yếu:

 Phạm vi tần số thấp và trung bình tuân theo quy luật khối lượng và quy luật tần số

 Ở phạm vi tần số trung bình và cao có thể xuất hiện hiện tượng trùng sóng làm giảm khả năng cách âm của kết cấu

 Muốn tăng khả năng cách âm của kết cấu đơn phải tăng chiều dày và khối lượng kết cấu

Kết luận về cách âm không khí của kết cấu

 Kết cấu nhiều lớp nâng cao được khả năng cách âm ở tần số trung bình từ 4 – 9dB so với kết cấu đơn cùng khối lượng.

 Cấu tạo kết cấu nhiều lớp cần giảm ảnh hưởng của tần số cộng hưởng đến khả năng cách âm bằng các biện pháp:

 Các tần số giới hạn của mỗi lớp kết cấu không được trùng nhau

 Hạ thấp tần số cộng hưởng chung của toàn bộ kết cấu xuống dưới tần số thấp nhất của phạm vi quan sát cách âm

 Tránh ảnh hưởng của khe không khí bằng cách cho vật liệu hút

Sử dụng các biện pháp cấu tạo kiến trúc để giảm đường truyền

âm gián tiếp vào phòng

Các khe và lỗ hở làm giảm đáng kể khả năng cách âm của kết cấu phải xử lý thật kín các khe và lỗ hở

Cửa sổ và của đi thường là các bộ phận cách âm yếu nhất do khối lượng nhỏ và có nhiều khe hở sử dụng của có các đệm đàn hồi bịt kín các khe hở xung quanh cửa

Trong mỗi kết cấu, khả năng cách âm của các bộ phận phải đồng đều, muốn nâng cao khả năng cách âm của toàn kết cấu trước hết cần nâng cao khả năng cách âm của các bộ phận cách âm yếu nhất

Cách âm va chạm

Tiếng ồn va chạm là sự va đập của các vật thể và kết cấu va chạm truyền vào bên trong kết cấu, có khả năng truyền âm nhiều hơn so với không khí Do vậy quá trình tắt dần của âm va chạm rất chậm, nên khả năng lan truyền của nó rất xa

Khi âm va chạm truyền theo kết cấu  việc tăng chiều dày của kết cấu thì không làm tăng đáng kể khả năng cách âm va chạm

 Làm giảm các đường truyền âm hoặc làm ↓ năng lượng âm trên đường truyền

 Làm giảm hoặc triệt tiêu âm và chạm ngay trên mặt sàn (sàn bêtông đặc hoặc rỗng trên có phủ lớp mặt mềm hoặc làm sàn nối)

Đo âm va chạm???

Đo âm va chạm  Giảm âm va chạm ???

Nguyên tắc cắt rời kết cấu và

đưa vào lớp đệm đàn hồi

Nguyên tắc đặt vật liệu đàn hồi trên mặt chịu va chạm