Âm học kiến trúc: Sách giáo trình cho sinh viên các trường đào tạo ngành Kiến trúc sư công trình và Quy hoạch đô thị

Các đơn vị đánh giá âm thanh (1) Công suất âm

Cường độ âm, ký hiệu I, là số năng lượng trung binh đi qua một đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền âm trong một giây. Mật độ năng lượng âm thường được đề cập đến trong các phòng kín, khi âm thanh tới một điểm từ nhiều phía, lúc đó không xét đến hướng truyền âm.

Mức âm - đơn vị đê-xi-ben (decibel, ký hiệu dB)

Thực tế cho thấy, sự thay đổi mức âm nhỏ nhất mà tai người có thể phát hiện được là 1 dB, nhưng thay đổi 3 dB mới được coi là thay đổi nhỏ nhất có ý nghĩa. 50 Phòng khán giả rạp chiếu bóng 40 Radio mở nhỏ, vùng nhà ở yên tĩnh 30 Vùng nông thôn, studio phát thanh 20 Tiếng lá rơi khi gió nhẹ.

Cảm thụ âm thanh của tai người 1. Cấu tạo của tai người

Tuy nhiên sự khác nhau cơ bản giữa máy đo và tai người là ở chỗ: máy đo, hay microphone lý tưởng, cảm nhận âm thanh đồng đều (có độ nhạy đổng đều) ở mọi tần số; ngược lại tai người thu nhận áp suất âm và chuyển đổi thành tác động thần kinh mạnh hay yếu còn phụ thuộc vào tần số của âm đó, tức là tai người có cảm nhận khác nhau theo các tần số khác nhau. Để biểu diễn phổ âm theo các kết quả đo và tính toán ở trên ta lập hệ trục tọa độ theo tỷ lệ nửa loogarit, theo đó trên trục tung đặt mức âm (dB) theo tỷ lệ đường thẳng, còn trục hoành đặt tần số âm theo thang loogarit (mỗi dải tần số 1/3 octave lấy một khoảng bằng nhau).

Các phép tính khi truyền âm ngoài trời

Tính toán độ suy giảm mức âm khi lan truyền ngoài trời

Nếu một nguồn âm điểm (treo lơ lửng), bức xạ sóng cầu, thì độ giảm năng lượng của sóng cầu theo khoảng cách sẽ tuân theo định luật bình phương khoảng cách (Hình 1.33). Sự hút âm của không khí phụ thuộc rất lớn vào tần số âm, đồng thời phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của không khí, thường xác định theo độ giảm mức âm trên mỗi mét chiều dài truyền âm (dB/m).

Truyền âm trong phòng kín 1. Hút âm, hệ số hút âm và NRC

Các tài liệu Âu – Mỹ còn hay sử dụng một đại lượng đánh giá khả năng hút âm trung bình một bề mặt trong phòng, gọi là “hệ số giảm tiếng ồn / Noise Reduction Coefficient”, ký hiệu NRC. Sóng âm - sóng áp suất - tới bề mặt vật liệu, kích thích không khí trong các lỗ rỗng dao động, do đó tạo ra ma sát giữa không khí và thành lỗ, vì vậy năng lượng âm bị tổn thất do biến thành năng lượng nhiệt.

Các loại vật liệu và kết cấu hút âm

Ảnh hưởng của chiều dày (d) tấm bông khoáng đến khả năng hút âm Các loại bông xốp còn được chế tạo thành các tấm ép nửa cứng (từ bông khoáng, bông thủy tinh, sợi gỗ, vỏ bào, bã mía, rơm rạ, xơ dừa …) kích thước có thể 40 x 40 cm hoặc đến 60 x 120 cm, bề mặt có thể để trần hoặc phủ thêm một lớp sơn hoa văn trang trí (nhưng không đóng kín các lỗ hở). Nội dung chủ yếu của Âm học kiến trúc (còn được gọi là Âm học phòng) là nghiên cứu sự hình thành trường âm trong các phòng lớn để nghe âm thanh, như các giảng đường, phòng họp, nhà hát, phòng biểu diễn ca nhạc, … nhằm tìm kiếm các phương pháp thiết kế và xây dựng các phòng đó có chất lượng âm thanh tốt nhất để nghe tiếng nói, cảm thụ tiếng hát và âm nhạc.

Thiết kế phòng theo lý thuyết âm hình học

Lý thuyết âm hình học và áp dụng cho trường âm trong phòng

Điều kiện xảy ra phản xạ định hướng của âm thanh có bản chất sóng, phải được tuân theo khi thiết kế hình dạng nội thất các phòng: các bề mặt chỉ cho phản xạ định hướng khi các sóng âm có bước sóng nhỏ hơn kích thước của nó nhiều lần (2 - 4 lần). Nếu trong kiến trúc có một “tỷ lệ vàng” cho hình dạng phòng, thì các nghiên cứu âm học phòng chỉ coi đó là một tỷ lệ hợp lý, khuyến nghị, bởi vì trường âm tốt nhất tạo thành trong các phòng được quyết định chủ yếu bởi hình dạng các bề mặt nội thất của phòng đó.

Thiết kế tạo trường âm khuếch tán trong phòng

• Vấn đề thể tích phòng thính giả

Phân tích âm học các nhà hát cổ, tuy có hình dạng mặt bằng bất lợi (hình tròn, bán nguyệt, oval, móng ngựa) nhưng với cách tổ chức các hàng ghế lô nhiều tầng (giống như các mặt hút âm luân phiên), không những đã tránh được các hiện tượng âm học xấu (hội tụ, âm đi ven phòng) mà còn tạo được trường âm khuếch tán trong phòng (giải pháp 3). Sự phức tạp của công việc là ở chỗ, không chỉ phải có đủ lượng hút âm cho cả sáu dải tần số yêu cầu mà còn phải có tỷ lệ và vị trí hợp lý giữa phần diện tích phản xạ và diện tích hút âm, tránh các hiện tượng âm thanh xấu có thể xảy ra và tạo được một trường âm khuếch tán cao trong phòng.

Thiết kế nõng cao độ rừ trong phũng

Mức ồn nền trong các phòng thính giả được quy định theo tiêu chuẩn thiết kế, có trị số cho phép khoảng 25 – 35 dB,A phụ thuộc chức năng của phòng. Mức âm tại mỗi chỗ ngồi là mức âm tổng cộng của âm trực tiếp và các phản xạ có ích (các phản xạ có thời gian trễ dưới 50 ms).

Đặc điểm và giải pháp âm học cho các loại phòng thính giả khác nhau

Rạp chiếu phim

Tuy nhiên trong thực tế khi phòng quá dài, âm thanh phải khuếch đại để đủ cường độ cho những chỗ ngồi cuối phòng thì ở những hàng ghế đầu mức âm sẽ quá lớn, làm giảm độ rừ và gõy khú chịu cho người nghe. Vì vậy một trường âm khếch tán cao trong phòng đa năng là rất cần thiết, nó có thể làm giảm vai trò quan trọng của các chỉ tiêu chưa được đáp ứng (ví dụ do thời gian âm vang phải chọn trung gian giữa tiếng nói và âm nhạc nhưng nhờ có trường khếch tán cao, chất lượng cảm thụ âm nhạc trong phòng vẫn đạt yêu cầu).

Hệ thống điện thanh trong các phòng thính giả (đọc thêm) 1. Phân loại các hệ thống điện thanh

Âm vang tái sinh được cảm thụ không giống âm vang của phòng do đặc tính tần số không đều tạo bởi hệ thống điện thanh (mỗi lần lặp lại có thể mất dần một vài tần số) , thậm chí có dạng răng cưa, làm xấu độ mỹ cảm của âm thanh. (4) Trường hợp bố trí loa theo kiểu phân tán và kiểu vùng có thể gây nhiễu và xẩy ra hiện tượng mất tính hướng của âm thanh do chênh lệch thời gian tới người nghe giữa các loa (âm phát từ nguồn, nhưng lại nghe từ loa gần nhất).

Sự lan truyền âm trong nhà cửa và phương pháp đánh giá cách âm Bài toán cách âm cho các kết cấu bao che (vỏ công trình) và phân cách (kết cấu

Tiêu chuẩn chất lượng cách âm

Cách âm không khí của các kết cấu

Kết cấu một lớp đồng chất

Trong phạm vi thứ ba, ở các tần số cao hơn, định luật khối lượng mất hiệu lực và khả năng cách âm chịu ảnh hưởng của một hiện tượng cộng hưởng độc đáo - gọi là hiện tượng trùng sóng - làm giảm đáng kể khả năng cách âm của nó. Tuy nhiên theo nhiều số liệu thực nghiệm [7], khả năng cách âm chỉ tăng thêm 4 dB mỗi khi khối lượng tăng gấp đôi và cũng tăng thêm 4 dB mỗi khi tần số tăng lên hai lần (đường nét đứt trên Hình 4.14 và Hình 4.15).

Kết cấu nhiều lớp

- Khi hai tần số giới hạn trùng nhau fgh1 = fgh2 (xảy ra khi hai tấm có cùng vật liệu và cùng chiều dày), hiện tượng cộng hưởng xảy ra trên cùng một tần số nên kết cấu sẽ dao động rất mạnh, khả năng cách âm sẽ giảm một cách đáng kể (Hình 4.24). Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, độ dốc của đường đặc tính tần số cách âm R của kết cấu ba lớp khoảng 10 dB/ octave và độ nâng cao khả năng cách âm của nó ở tần số trung bình khoảng 5 dB so với kết cấu hai lớp (Hình 4.32).

Ảnh hưởng của các đường truyền âm gián tiếp

Trường hợp có một lỗ hở và một khe hở diện tích bằng nhau, thì năng lượng âm truyền qua khe hở luôn lớn hơn năng lượng truyền qua lỗ hở, nguyên nhân là sóng âm truyền qua khe hở là sóng trụ, có trở sóng nhỏ hơn của sóng cầu truyền qua lỗ hở. Nghiên cứu thực nghiệm về sự giảm khả năng cách âm do có lỗ hở trong các kết cấu khác nhau cho phép rút ra một kết luận quan trọng sau đây: Lỗ hở trong các kết cấu có khả năng cách âm lớn, làm giảm khả năng cách âm của nó nhiều hơn trong các kết cấu có khả năng cách âm nhỏ hơn.

Tiếng ồn trong đô thị

Tính toán lan truyền tiếng ồn giao thông trong đô thị 1. Lan truyền tiếng ồn tại nơi có địa hình bằng phẳng