BÀI GIẢNG ÂM HỌC KIẾN TRÚC

ÂM HỌC KIẾN TRÚC CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ÂM THANH 1.1 Bản chất vật lý âm 1.2 Tai người đặc điểm cảm thụ âm 1.3 Đo âm 1.4 Truyền âm trời 1.5 Truyền âm phòng kín 1.1 Bản chất vật lý âm 1.1.1 Sóng âm - Sóng âm: sóng dao động xuất mơi trường vật chất: rắn, lỏng, khí – (gọi chung mơi trường đàn hồi) chịu lực kích thích; Sóng âm không truyền môi trường chân không; - Vận tốc sóng âm – vận tốc truyền âm: phụ thuộc vào tính đàn hồi nhiệt độ mơi trường; Vận tốc truyền âm chất rắn > chất lỏng > chất khí; VL bơng, nhung, xốp – VL cách âm: truyền âm tính đàn hồi chúng - Nguồn âm: dao động nguồn âm ( dây đàn, màng trống…) dây áp lực làm nén dãn luân phiên phần tử môi trường hai phía làm phần tử dao động truyền dao động cho phần tử bên cạnh làm âm đưa xa; - Trường âm: mơi trường có sóng âm lan truyền; Film 1.1 Bản chất vật lý âm 1.1 Sóng âm - Đặc điểm sóng âm: mang theo lượng âm, lượng giảm dần trường âm; - Phân loại sóng âm: theo phương dao động phần tử mơi trường: + Sóng dọc: phần tử dao động dọc theo phương truyền sóng; + Sóng ngang: phần tử dao động vng góc với phương truyền sóng; + Sóng uốn: sóng lan truyền kết cấu mỏng: tường, sàn nhà; theo mặt sóng: + Sóng cầu: mặt sóng mặt cầu – nguồn âm điểm phát ra; + Sóng phẳng: mặt sóng mặt phẳng; + Sóng trụ: mặt sóng mặt trụ - nguồn âm đường phát ra; 1.1 Bản chất vật lý âm 1.1 Sóng âm -Phân loại sóng âm: Các đặc trưng sóng âm + Tần số âm, f ( Hz): số dao động tồn phần mà phần tử mơi trường thực giây, tai người cảm thụ sóng âm có tần số từ 20 – 20.000 Hz; + Bước sóng âm, λ (m): khoảng cách gần hai phần tử có pha dao động, tỉ lệ nghịch với tần số âm; + Chu kỳ dao đông, Ta (s): thời gian để phần tử thực dao động toàn phần; + Biên độ dao động: độ dời lớn phần tử so với vị trí cân bằng; + Vận tốc âm: vận tốc lan truyền sóng âm mơi trường khơng khí: c0 = 331,5 + 0,61 t (m/s) c0: vận tốc âm (m/s); t: nhiệt độ khơng khí; 331,5: vận tốc âm nhiệt độ 0o C; + Quan hệ số, bước sóng, chu kỳ,vận tốc âm: λ = co / f = co x Ta - λ: bước sóng (m) - c0: vận tốc âm khơng khí (340 m/s); - Ta: chu kỳ (s); - f: tần số (Hz); + Vận tốc âm: vận tốc lan truyền sóng âm mơi trường: c0 = 331,5 + 0,61 t (m/s) 1.1 Bản chất vật lý âm 1.1.2 Công suất, cường độ, áp suất mật độ lượng âm - Công suất, P (W): lượng âm nguồn xạ giây - Cường độ âm, I (W/m2): số lượng trung bình qua đơn vị diện tích vng góc với phương truyền âm giây; - Mật độ lượng âm, E ( J/m3): lượng âm chứa đơn vị thể tích môi trường giây; - Áp suất âm, p (N/m2, Pa): áp suất dư (áp suất có thêm so với áp suất khí tĩnh) có trường âm Tại điểm trường âm, áp suất thay đổi từ chu kỳ dương (nén) sang âm (dãn); 1.1 Bản chất vật lý âm 1.1.3 Mức âm – Đơn vị dB - Đối với tai người, giá trị tuyệt đối cường độ âm không quan trọng giá trị tỉ đối I so với giá trị I0 chọn làm chuẩn; -Theo quy ước quốc tế, trị số chuẩn lấy tương ứng với trị số trung bình nhỏ mà tai người cảm thụ – ngưỡng quy ước: I0 = 10 -12 W/m2 p0 = 10-5 N/m2 - Mức âm đơn vị đánh giá âm theo thang logarit (cơ số 10) tỷ số áp suát cường độ âm cần đo với áp suất cường độ âm lấy làm chuẩn so sánh; - Mức cường độ âm: LI = 10 lg I/I0 (dB) - Mức áp suất âm: Lp = 10 lg (p/p0)2 = 20 lg p/p0 (dB) 7.3 CÁCH ÂM KHƠNG KHÍ CỦA CÁC KẾT CẤU 7.3.2 Kết cấu nhiều lớp Kết cấu lớp - Cộng hưởng hệ thống hai + Ở tần số fch: lò xo khơng có tác dụng – trở thành liên kết cứng hai tấm, khả cách âm kết cấu lớp; + Ở tần số lớn fch: tính đàn hồi lò xo truyền dao động từ sang làm âm bị tiêu hao, khả cách âm cao so với kết cấu lớp có khối lượng 7.3 CÁCH ÂM KHƠNG KHÍ CỦA CÁC KẾT CẤU 7.3.2 Kết cấu nhiều lớp Kết cấu lớp - Cộng hưởng khe khơng khí + Lớp khơng khí cộng hưởng tác dụng sóng âm tần số sóng âm tới nco/2d, đó, n số nguyên dương; + Các tần số cộng hưởng thường nằm tần số cao gây suy giảm cách âm tần số này; + Nâng cao khả cách âm phải đưa tần số cộng hưởng vượt qua phạm vi 3200 Hz – mâu thuẫn với việc hạ thấp tần số cộng hưởng (fch) toàn hệ thống; + Giải quyết: nhét vào khe khơng khí VLHA để VLHA tiêu hao phần lượng âm triệt tiêu cộng hưởng lớp khơng khí 7.3 CÁCH ÂM KHƠNG KHÍ CỦA CÁC KẾT CẤU 7.3.2 Kết cấu nhiều lớp Kết cấu lớp - Đường đặc tính tần số cách âm + Đường nghiêng có độ dốc từ – 8dB/octa; + Khả cách âm giảm tần số cộng hưởng 7.3 CÁCH ÂM KHƠNG KHÍ CỦA CÁC KẾT CẤU 7.3.2 Kết cấu nhiều lớp Kết cấu lớp - Độ dốc đường đặc tính tần số cách âm R khoảng 10 dB/octa độ nâng cao khả cách âm tần số trung bình khoảng 5dB so với kết cấu lớp; - Ở tần số thấp, khả cách âm kết cấu 1, 2, lớp xấp xỉ nhau; 7.3 CÁCH ÂM KHƠNG KHÍ CỦA CÁC KẾT CẤU 7.3.3 Các kết cấu không đồng cách âm Ảnh hưởng khe lỗ hở đến cách âm - Truyền âm qua khe lỗ hở phụ thuộc vào kích thước nó: kích thước lớn giảm cách âm nhiều nhiều lỗ nhỏ có tổng diện tích lỗ lớn; - NL âm truyền qua khe hở ln lớn lỗ hở có diện tích: sóng âm truyền qua khe hở sóng trụ có trở sóng nhỏ sóng cấu truyền qua lỗ hở; - Lỗ hở kết cấu có khả cách âm lớn làm giảm khả cách âm kết cấu nhiều kết cấu có khả cách âm nhỏ Kết luận: kết cấu có khả cách âm cao phải xử lý thật kín khe, lỗ hở; 7.3 CÁCH ÂM KHƠNG KHÍ CỦA CÁC KẾT CẤU 7.3.4 Các kết cấu khơng đồng cách âm Khả cách âm cửa cửa sổ - Cửa đi: + Cửa nhẹ: có chớp để hở, thơng thống: cách âm – hồn tồn khơng có khả cách âm; + Cửa nặng: dùng lối vào phòng chính: cách âm đạt tới 20 – 30 dB tần số; + Cửa cách âm đặc biệt: dùng cho studio âm thanh, phòng hòa nhạc…: có cấu tạo đặc biệt, có khối lượng lớn; + Khe hở làm giảm khả cách âm cửa từ – 10 dB; 7.3 CÁCH ÂM KHƠNG KHÍ CỦA CÁC KẾT CẤU 7.3.3 Các kết cấu không đồng cách âm Khả cách âm cửa cửa sổ - Cửa sổ: + Cửa chớp: cách âm kém, khả cách âm khơng đáng kể; + Cửa kính 3- 5mm, đóng kín, chèn kỹ khe hở: cách âm đạt tới 10 – 20 dB; + Loại 30 dB A: kính dày lớp 8mm hai lớp 4mm, khe khơng khí 6mm, khe hở bịt kín; + Loại 35 dB A: kính dày lớp 19mm Nếu kính dày lớp thi khe khơng khí tối thiểu 45mm; + Loại 42 dB A: Kính lớp, khoảng cách 100 mm; + Khi cửa sổ mở, tác dụng cách âm hoàn toàn khơng nữa; 7.3 CÁCH ÂM KHƠNG KHÍ CỦA CÁC KẾT CẤU 7.3.4 Các kết cấu không đồng cách âm Xác định khả cách âm trung bình kết cấu khơng đồng - Giả thiết: tường có diện tích S1 có khả cách âm R1 cửa sổ có diện tích S2 có khả cách âm R2; - Giải: R1 = 10 lg 1/ τ1 R2 = 10 lg 1/ τ2 R = 10 lg ( ∑ Si / ∑ τi Si ) Trong đó: R: khả cách âm trung bình kết cấu; τi: hệ số truyền âm phận; Ví dụ 7.9, 7.10 7.3 CÁCH ÂM KHƠNG KHÍ CỦA CÁC KẾT CẤU 7.3.5 Mức ồn tổng cộng truyền vào phòng - Định nghĩa: tổng lượng tiếng ồn truyền qua tất kết cấu vào phòng, khơng kể tiếng ồn sinh thân phòng đó; - Cơng thức: L = 10 lg ∑ (Si x 10 0,1 (Li – Ri) ) – 10 lg A Trong đó: Li: Mức ồn sau kết cấu thứ i có khả cách âm Ri có diện tích Si; A: lượng hút âm phòng cách âm (m2); n: số lượng kết cấu có phòng; 7.4 CÁCH ÂM VA CHẠM CHO SÀN NHÀ 7.4.1 Sự lan truyền âm va chạm - - Va chạm sàn: sóng lan truyền nhanh VL, tới mặt sàn phần lớn NL âm phản xạ trở lại mặt trên, phần nhỏ xạ vào phòng sàn thành âm khơng khí; Va chạm sàn tạo biến dạng cục sàn lan truyền dạng sóng uốn – BX âm vào phòng sàn; Có thể xảy tượng cộng hưởng sàn xảy tần số thấp, phạm vi nghiên cứu; Khác với lan truyền âm khơng khí NL âm va chạm có trị số lớn, tắt dần chậm nên lan truyền xa đến phòng khác nhà 7.4 CÁCH ÂM VA CHẠM CHO SÀN NHÀ 7.4.2 Các biện pháp giảm lan truyền âm va chạm Nguyên tắc chung -Nguyên tắc 1: Cắt rời kết cấu đưa vào chúng lớp vật liệuđàn hồi (Cắt đường truyền âm) - Nguyên tắc 2: sử dụng vật liệu mềm, đàn hồi đặt bề mặt sàn (Giảm bớt lượng âm) 7.4 CÁCH ÂM VA CHẠM CHO SÀN NHÀ 7.4.3 Độ giảm mức âm va chạm lớp mặt sàn cách âm: SGK 7.4.4 Các loại sàn cách âm Sàn nổi: - - Được thực theo nguyên tắc Gồm lớp sàn đặt chịu lực nhở lớp đệm đàn hồi; Đệm đàn hồi lớp cách âm va chạm: bơng khống, sợi gỗ mềm, thảm sơ đay, cao xu, gỗ bấc ( lie )… chiều dày từ 0,5 – 2cm; 7.4 CÁCH ÂM VA CHẠM CHO SÀN NHÀ 7.4.4 Các loại sàn cách âm Sàn ván ghép sàn packe - Khả cách âm va chạm nâng cao đơi chút nhờ sụ khác tính đàn hồi gỗ bê tông; Muốn nâng cao khả cách âm dầm gỗ đỡ mặt sàn phải đặt đệm đàn hồi; 7.4 CÁCH ÂM VA CHẠM CHO SÀN NHÀ 7.4.4 Các loại sàn cách âm Sàn có trần treo - Trần treo phải kín để tránh đường truyền âm trực tiếp xuống phòng; Kết cấu treo phải mềm để tránh tạo đường truyền âm mới; Vật liệu làm trần treo không nên cứng; Trần treo giảm tiếng ồn từ phòng tầng qua sàn xuống phòng tầng dưới, khơng giảm truyền âm va chạm sang phòng bên cạnh; 7.4 CÁCH ÂM VA CHẠM CHO SÀN NHÀ Sàn có lớp trải mặt sàn - - Tấm trải chất dẻo: hiệu kém; Tấm dải cách âm: có hai lớp: lớp làm mặt sàn chế tạo chất dẻo, phía lớp cách âm xơ thực vật cao su, chất lượng cách âm va chạm tốt; Tấm trải thảm: thảm len, thảm sợi thực vật, thảm cói…