am hoc CLC sv

4/27/2020 ÂM HỌC Lớp CLC Giảng viên: Ths Nguyễn Thị Hoa E-mail: hoant@nuce.edu.vn Điện thoại: 0984556156 Tài liệu tham khảo 4/27/2020 NỘI DUNG  Sóng âm mơi trường Âm trở  Âm hình học:Tia âm, nhiễu xạ âm, phản xạ âm  Nghiên cứu âm mặt lượng Đo lường âm  Khả cách âm kết cấu ngăn che SÓNG ÂM (sóng – sóng đàn hồi) lan truyền dao động (các phần tử môi trường dao động quanh vị trí cân nó) mơi trường đàn hồi (mơi trường chất khí, chất lỏng chất rắn) ÂM THANH sóng âm có biên độ dao động thính giác nhận biết (16Hz -sóng hạ âm < f < 20.000Hz - sóng siêu âm) ÂM HỌC môn khoa học âm Hệ thống âm đơn giản bao gồm: Môi trường lan truyền Nguồn âm Bộ thu nhận Nguồn âm vật thể có khả chuyển đổi dạng lượng khác thành dao động: va đập học lên vật thể rắn, áp suất cơng khí lên cột khơng khí (ống sáo), lượng điện tác động lên màng thép tinh thể … Dao động nguồn âm gây áp lực làm nén dãn luân phiên phần tử mơi trường hai phía làm phần tử dao động truyền dao động cho phần tử bên cạnh làm âm đưa xa; 4/27/2020 Các loại sóng âm Theo phương truyền sóng Sóng ngang (CR)  Sóng dọc  Sóng uốn Theo nguồn sóng Sóng cầu  Sóng phẳng  Sóng trụ Trong chất rắn (sóng dọc, sóng ngang) Trong khơng khí, chất lỏng (sóng dọc) Sóng cầu Sóng phẳng Sóng trụ Sóng dọc Sóng ngang Sóng uốn Các đặc trưng sóng âm: bước sóng  (m) tần số f (Hz) - Vận tốc truyền sóng: quãng đường lan truyền sóng đv thời gian (phụ thuộc vào tính đàn hồi nhiệt độ môi trường) ; (m/s) - Bước sóng : khoảng cách gần phần tử có pha dao động ; m (bước sóng âm 17 m – 17 mm) - Chu kỳ dao động Ta: thời gian cần thiết để sóng truyền bước sóng ;s - Tần số f: số chu giây ; Hz - Biên độ dao động: độ dời lớn phần tử so với vị trí cân Các dải sóng nén theo chiều dọc biểu thị đường hình sin Vật gây rung Bước sóng =  Biên độ 4/27/2020 -Trong mơi trường đồng đẳng hướng âm truyền với vận tốc không đổi -Vận tốc lan truyền sóng âm mơi trường khơng khí: c0 = 331,5 + 0,61 t (m/s) 340 (m/s) t =14oC   = 340/f  f = 340/ -Những vật có tính đàn hồi bơng, nhung, xốp…… truyền âm > vật liệu cách âm Mơi trường Vận tốc âm, m/s Chất khí: - Khơng khí (00 C) - Khơng khí (200 C) - Hydrogen - Oxygen - Cacbon dioxide 331 344 1284 316 340 Chất lỏng: - Nước (250 C) - Nước biển (170 C) - Dầu hỏa (340 C) 1498 1510 – 1550 1295 Chất rắn (sóng dọc): -Thép - Nhơm - Gỗ thơng - Kính - Gạch - Beetong cốt thép - Đá granit 6100 6400 5260 5660 3650 4500 6000 Trở kháng âm (Âm trở) - Là đại lượng đặc trưng cho mức độ cản trở truyền sóng âm môi trường Z= ρ.c (kg/m2.s) ρ [kg/m3 ]: Mật độ môi trường c[m/s]: Vận tốc truyền âm mơi trường Khơng khí điều kiện tiêu chuẩn nhiệt độ 20oC: Z=41,5 g/cm2.s Áp suất âm v-vận tốc dao động phần tử môi trường, cm/s 4/27/2020 Âm hình học - Nghiên cứu tính chất âm phương pháp tia âm -Coi sóng âm truyền không gian tia xạ, tương tự tia sáng Các véc tơ âm hướng truyền âm vng góc với mặt sóng điểm -Áp dụng nhiều thiết kế có độ xác cao phạm vi tần số cao Sự phản xạ âm Định luật quang hình học Các tia âm dạng vector âm hướng truyền âm vuông góc với mặt sóng điểm nó: - Góc tới = góc phản xạ - Tia tới tia phản xạ nằm mặt phẳng vng góc với phản xạ -Áp dụng: dựng vẽ tia âm để hình dung trường âm phản xạ phòng khán giả 4/27/2020 Sự phản xạ âm phụ thuộc kích thước bề mặt phản xạ Khi âm tới bề mặt có kích thước a, xảy tượng sau: + Khi a >> λ (1,5 – 2) lần xảy tượng phản xạ định hướng Đây tượng tốt trường âm Người ta lợi dụng tượng để thiết kế âm phản xạ bổ sung cho điểm xa nguồn âm + Khi a ≈ λ, xảy tượng phản xạ khuếch tán Đây tượng tốt trường âm + Khi a > λ Kết luận: Bề mặt phòng cho phản xạ định hướng sóng âm có bước sóng nhỏ nhiều lần so với kích thước kết cấu (2-4 lần – nguồn Ministere de I’environnement et du cadre de vie Moins de bruit dans la ville 1979) Vì lý thuyết âm hình học lý thuyết âm tần số cao Phương pháp vẽ tia âm phản xạ Đối với bề mặt phản xạ phẳng Dựng tia phản xạ nguồn âm ảo qua bề mặt phản xạ Cách dựng mặt phẳng phản xạ âm tới vị trí khán giả A biết vị trí nguồn âm S điểm B thuộc mặt phẳng phản xạ cần dựng 4/27/2020 Phương pháp vẽ tia âm phản xạ Đối với bề mặt phản xạ cong lõm, cong lồi Nhiễu xạ âm NL âm giảm đáng kể -> giảm chất lượng âm 4/27/2020 Nghiên cứu âm mặt lượng Cường độ âm I - Cường độ âm nhỏ sóng âm đủ để tai người nghe thấy gọi “Ngưỡng nghe” Âm có tần số khác  cảm giác mạnh yếu khác - Tai người nhạy với âm có tần số khoảng 1000 – 3000Hz (5000Hz) Với tần số khác, tai người nhạy  Cường độ âm Ngưỡng nghe nhỏ khoảng tần số 1000 – 3000 Hz (5000Hz) Đối với âm chuẩn  Cường độ áp suất Ngưỡng nghe: Io = 10-12 W/m2 ; po = 2.10-5 N/m2  Cường độ âm lớn tai người chịu gọi “Ngưỡng đau” Đối với âm chuẩn  Cường độ áp suất Ngưỡng đau: Io = W/m2 ; po = 2.10 N/m2 Mức âm Cảm giác nghe to âm không tỷ lệ thuận với cường độ áp suất âm - Khi cường độ âm tăng từ Io tới I cảm giác nghe to tăng tỷ lệ với Dựa thep phép gần bậc phản ứng thính giác  lập thang logarit để đo mức mạnh yếu âm thanh: MỨC ÂM  Mức âm (L): đơn vị đánh giá âm theo thang logarit (cơ số 10) tỷ số áp suất cường độ âm cần đo với áp suất cường độ âm lấy làm chuẩn  Logarit tỉ số I/Io đặt tên Ben (B) đơn vị lớn nên 1/10 , tức đề-xi-ben (dB) sử dụng (Ben: tên nhà KH người Xcotlen: Alexander Graham Bell, 1847-1922) 4/27/2020 MỨC ÂM: Đối với âm chuẩn  Cường độ áp suất Ngưỡng nghe: Io = 10-12 W/m2 ; po = 2.10-5 N/m2  Mức cường độ âm (LI ): Từ công thức  Mức áp suất âm (Lp ): ;dB (khi lượng âm tăng gấp 10 lần cảm nhận âm tăng 1Ben); Mức âm số nguồn thường gặp Møc âm (dB) Ví dụ - Giới hạn cực hạn mà ngời chịu đợc tiếng ồn 140 - au chói tai, nguyên nhân gây bệnh trí, điên 130 - 135 - Gây bệnh thần kinh nôn mửa, làm yếu xúc giác bắp 120 -Ngi au tai Động máy bay 110 -Tiếng còi tầu, tàu hỏa chạy qua ga 100 -Trong toa tàu điện ngầm, ga tàu hỏa 90 - Xưởng khí, phịng máy quạt gió phịng kỹ thuật 80 - Xưởng in Giao thông đông đúc Siêu thị 70 - Nhà hát Trụ sở ồn 60 -Tiếng nói bình thường Trong nhà hàng, quan, hành lang 40 - Radio mở nhỏ Vùng nhà n tính 30 - Vùng nơng thơn 10 - Gió nhẹ - Ngìng nghe thÊy, nhiên tần số 4.000 Hz 145 Mc ỏp sut âm Mức cường độ âm 4/27/2020 Năng lượng âm âm lan truyền trời  Đặc điểm chung  Phép cộng mức âm – Mức âm tổng cộng  Tính tốn độ suy giảm mức âm theo khoảng cách Năng lượng âm âm lan truyền phòng kín  Hiện tượng phản xạ, xuyên qua hút âm Trường âm phịng kín  Hệ số hút âm lượng hút âm, thời gian âm vang Năng lượng âm ngồi trời Đặc điểm: -Sóng truyền ngồi trời sóng chạy: lan truyền mà khơng quay trở lại khơng gian ngồi trời trống trải; - Truyền âm trời chịu ảnh hưởng thời tiết: gió, phân bố nhiệt độ theo chiều cao từ mặt đất; - Chịu ảnh hưởng hút âm bề mặt đất; - Truyền âm gặp chướng ngại vật nhà cửa, tường chắn, hàng cây; 10 4/27/2020 CHƯƠNG Môi trường âm 2.4 Đo âm Để chuyển đổi cách gần kết đo khách quan máy cảm giác chủ quan tai người, cần thêm vào máy mạch hiệu chỉnh tương ứng với đường đồng mức to gần mức tham khảo Tuy nhiên công việc phức tạp Để đơn giản người ta chia đường đồng mức to thành ba vùng xác định đường trung bình cho vùng •Vùng A: đường đồng mức to từ - 40 dB (tần số 1000 Hz) •Vùng B: đường đồng mức to từ 40 - 70 dB (tần số 1000 Hz) •Vùng C: đường đồng mức to 70 dB (tần số 1000 Hz) Trong thực tế người ta sử dụng đo mức âm tương đương theo đặc tính A ký hiệu dB,A mức hiệu chỉnh cao để có kết gần với cảm giác tai người CHƯƠNG Môi trường âm 2.4 Đo âm Mức âm hiệu chỉnh A, B, C Biểu đồ đường đồng mức to Robinson Dadson MAF – đường cong cảm giác nhỏ tai người Biểu đồ thang hiệu chỉnh mức âm (thang A,B,C,D) 24 4/27/2020 BT tai lop Tìm mức âm điểm gần ray đoàn tàu gây biết mức âm chưa có tàu chạy qua 70 dBA mức âm tàu chạy qua 95 dBA ? Giải Áp dụng CT định nghĩa mức âm Li = 10lg(Ii/I0 ) Mức âm chưa có tàu chạy qua L1 = 70 dBA → 10lgI1 /I0 = 70 lgI1 /I0 = I1 /I0 = 107 Mức âm tổng hợp tàu chạy qua L∑ = 95 dBA → 10lgI∑ /I0 = 95 lgI∑ /I0 = 9,5 I∑ /I0 = 109,5 Mức âm gần đường ray tàu chạy gây ra: L2 = 10lg(I∑ /I0 - I1 /I0 ) = 10lg(109,5 - 107) = 94,98 dBA 25 4/27/2020 Khả cách âm KC ngăn che cơng trình Các loại âm / tiếng ồn nhà: Âm khơng khí, Âm va chạm, Âm vật liệu (impact sound): âm sinh có tác động trực tiếp lên kết cấu, thường lượng phân bố diện tích nhỏ nên âm va chạm có cường độ lớn nhiều so với âm khơng khí (airborne sound): âm sinh lan truyền không khí trước tới kết cấu Âm va chạm Âm khơng khí Đánh giá cách âm khơng khí: Hệ số truyền âm :  = (W4 /W1 ) = t/i t: lg âm truyền qua, i: lượng âm tới Khả cách âm:(airborne sound reduction index R) R = 10lg(1/) VD: R = 40,  =? W4 : lượng âm truyền qua W1 : lượng âm tới R , khả cách âm tốt R xác định tần số trung tâm dải 1/3 octave phạm vi 100 – 3200 Hz 26 4/27/2020 Đánh giá cách âm khơng khí: Khả cách âm xác định công thức thực nghiệm: R = L1 - L2 -10.lg(A/S)T A: lượng hút âm phòng cách âm, m2 S: diện tích kết cấu khảo sát, m2 L1 L2 Phòng 1: nguồn âm tiếng ồn trắng hồng Phòng 2: phòng đo cách âm Đánh giá cách âm va chạm: tiếng ồn va chạm ( 264) - Phịng có nguồn ồn: sử dụng máy búa, giây cho 10 va chạm tiêu chuẩn (standard tapping machine theo ISO 140) - Mức âm đo phòng cách âm hiệu chỉnh phịng có lượng hút âm chuẩn 10m2 gọi mức âm va chạm chuẩn sàn (normalized impact sound level) Lc = Lv + 10lg(A/10), dB Lv : mức âm va chạm trung bình đo đo A: lượng hút âm phòng đo 27 4/27/2020 Phương pháp tiêu chuẩn cách âm (TCXDVN277: 2002) - Quy định đường tiêu chuẩn cách âm đường đặc tính tần số R Lc phạm vi tần số 100-3200 theo dải 1/3 octave - Sử dụng đường tiêu chuẩn để tính số cách âm khơng khí CK số cách âm va chạm CV Đánh giá cách âm khơng khí: R = 10lg(1/) Đánh giá cách âm va chạm: Lc = Lv + 10lg(A/10), dB Xác định phép đo thực nghiệm: R = L1 - L2 -10.lg(A/S) Kết cấu cách âm tốt có CK lớn CV nhỏ Quy định đường tiêu chuẩn cách âm đường đặc tính tần số R Lc phạm vi f = 100~3200 Hz theo dải 1/3 octave Sử dụng đường tiêu chuẩn để tính số cách âm khơng khí CK số cách âm va chạm CV đường tiêu chuẩn cách âm Miền xấu Miền xấu ▲ Đường đặc tính tần số khả cách âm khơng khí tiêu chuẩn Rtc Đường đặc tính tần số mức âm va chạm tiêu chuẩn Ltc ▼ 28 4/27/2020 Tiêu chuẩn cách âm TCXDVN 277:2002 PP tiêu chuẩn xác định số cách âm số cách âm khơng khí CK số cách âm va chạm CV - - So sánh đường đặc tính tần số R kết cấu với đường tiêu chuẩn Rtc Xác định sai số xấu đường R kết cấu đường tiêu chuẩn Rtc (chỉ tính sai số thuộc miền xấu: sai số nằm đường tiêu chuẩn) - So sánh đường đặc tính tần số Lc kết cấu với đường tiêu chuẩn Lctc Xác định sai số xấu đường Lc kết cấu đường tiêu chuẩn Lctc (chỉ tính sai số thuộc miền xấu: sai số nằm đường tiêu chuẩn) - Tính tổng sai số xấu ∑ ϭi - Tính tổng sai số xấu ∑ ϭi - Xem bảng số tr 334 SGK Phương pháp tiêu chuẩn xác định số cách âm Miền xấu Miền xấu Tính số cách âm khơng khí Tính số cách âm va chạm 29 4/27/2020 Chương 4: Cách âm cho KC ngăn che cơng trình 4.2 Đánh giá chất lượng cách âm khơng khí, cách âm va chạm Xác định số cách âm CK / CV kết cấu  Nếu ∑ IϭiI ≤ 32 gần 32 dB CK = 52 dB (Rtc f = 500Hz) CV = 65 dB (Lctc f = 500Hz)  Nếu ∑ IϭiI > 32 Tịnh tiến số nguyên lần dB đường R’ (hoặc L’c) cho tổng sai số xấu IϭiI lớn gần với 32 dB Khi CK = giá trị Rtc tịnh tiến f=500Hz CV = giá trị Lctc tịnh tiến f=500Hz Kết cấu cách âm tốt có CK lớn CV nhỏ Tiêu chuẩn cách âm Việt Nam • Chất lượng cách âm kết cấu đánh giá số cách âm CK, CV đánh giá CAKK sàn tường → CK, dB; đánh giá CAVC sàn → CV, dB Nhóm cách âm Loại nhà loại kc Chỉ số CKtc ,dB Chỉ số CVtc ,dB Kết cấu có yêu cầu cách âm cao : tường, sàn nhà văn hóa, hành chính, văn phịng, bệnh viện, nhà ở, khách sạn … 55 58 Kết cấu có u cầu cách âm trung bình: tường, sàn hộ chung cư, phòng làm việc nhà hành chính, bệnh viện, trường học ( tường)… 50 62 Kết cấu có yêu cầu cách âm thấp: tường, sàn phòng hộ, phịng giao dịch nhà cơng cộng, sàn phòng học giảng đường … 45 66 30 4/27/2020 Miền xấu Miền xấu Tính số cách âm khơng khí Tính số cách âm va chạm Đường R tiêu chuẩn Đường R tiêu chuẩn tịnh tiến CK=33 Đường R kết cấu 31 4/27/2020 Khả cách âm kết cấu lớp đồng phạm vi tần số chịu ảnh hưởng khác nghiên cứu truyền âm qua kết cấu: - Phạm vi tần số thứ 1: khả cách âm phụ thuộc vào độ cứng kết cấu thường xảy tượng cộng hưởng Với kết cấu có S > 10m2: tần số cộng hưởng thường