II. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ
2.1.3. Tiếng ồn
Tiếng ồn là dạng ô nhiễm rất phổ biến ở đô thị, khu công nghiệp và khu vực giao thông vận tải. Có thể hiểu đơn giản: Tiếng ồn là âm thanh không có giá trị, không phù hợp với mong muốn của người nghe.
Tai người chỉ có thể cảm thụ âm thanh trong một khoảng giới hạn nhất định (ngưỡng nghe và ngưỡng đau). Âm thanh quá to hoặc quá nhỏ, tức thời hay lâu dài đều ảnh hưởng đến khả năng cảm thụ âm thanh của tai người. Ví dụ: làm việc tại khu vực thi công công trường có mức ồn quá lớn, trong thời gian dài làm ảnh hưởng đến khả năng nghe của người lao động.
Thước đo cường độ âm thanh: Có thể dùng nhiều hệ thống đơn vị vật lý khác nhau để đo cường độ âm thanh, nhưng được dùng phổ biến nhất là hệ thống đơn vị dexiben, do ông Alfred Bell thiết lập. Bội số 10 của dexiben (dB) là Bel.
Trong cuộc sống hàng ngày, mọi nguồn phát sinh âm thanh đều có thể trở thành nguồn gây ồn, có thể kể đến một số nguồn gây ồn sau:
a. Một số loại tiếng ồn
(1) Tiếng ồn giao thông
*)Tiếng ồn của từng xe : Tiếng ồn của mỗi xe có thể tổng hợp từ các tiếng ồn như sau:
- Tiếng ồn từ động cơ và do sự rung động của các bộ phận của xe: phụ thuộc trình độ thiết kế
và công nghệ sản xuất. Động cơ xe càng chính xác, bộ giảm xóc của xe càng tốt thì tiếng ồn truyền đến vỏ xe, và sau đó truyền ra ngoài càng nhỏ.
- Tiếng ồn của ống xả khói: tiếng ồn từ ống xả khói được giảm lắp đặt thêm hệ thống tiêu âm.
Tuy nhiên, hệ thống tiêu âm càng tốt thì giá thành càng cao, và đòi hỏi chi phí năng lượng nhiều hơn. Vì vậy trong thực tế đã có một số người đã lắp ống xả khói không có ống tiêu âm để tiết kiệm xăng dầu và để đỡ hại máy nên khi xe chạy gây ra tiếng ồn lớn trên đường phố.
- Tiếng ồn do đóng cửa xe: gây ra cảm giác rất khó chịu, đặc biệt là vào giờ đêm khuya, bởi vì
nó là tiếng ồn gián đoạn, làm giật mình khi đang ngủ. Vấn đề này chỉ giải quyết được từ giai đoạn thiết kế và bằng cách chỉ cho phép các nhà máy được đăng ký sản xuất các loại xe không gây tiếng ồn khi đóng cửa xe.
- Tiếng rít phanh: tiếng rít hãm phanh cũng rất khó chịu. Ngày nay người ta giải quyết vấn đề này bằng các đĩa hãm hiện đại, bao gồm cả việc làm giảm tiếng phanh gõ đập.
*) Tiếng ồn của một số loại xe:
Không phải tất cả các loại xe đều gây ra tiếng ồn như nhau. Ví dụ: Xe thể thao có tiếng ồn lớn hơn xe ôtô con khoảng 12 lần (độ chênh lệch giữa mức ồn của xe ca chở khách nhỏ và xe thể thao là không ít hơn 12dB). Môtô 2 xilanh 4 kỳ sản sinh ra tiếng ồn lớn hơn xe ôtô con khoảng 30 lần, xe môtô 1 xilanh 2 kỳ sản sinh ra tiếng ồn tương tự xe con.
*) Tiếng ồn từ dòng xe liên tục: Xe phát sinh ra tiếng ồn lớn nhất khi chạy ở số thấp. Như vậy phải
giảm bớt số lần xe dừng chạy và khởi động thì sẽ làm giảm tiếng ồn giao thông. Và để giảm bớt tiếng ồn từ dòng xe liên tục thì phải giảm tiếng ồn của mỗi xe riêng biệt.
*) Tiếng ồn từ động cơ máy bay
Loại nguồn ô nhiễm tiếng ồn này trong mấy năm gần đây tăng lên nhanh, đặc biệt là tiếng ồn gần các sân bay quốc tế. Tiếng ồn do máy bay phản lực gây ra vượt xa các loại máy bay cánh quạt, bởi nó tạo ra sự xáo trộn rất mãnh liệt giữa hơi phụt phản lực và không khí xung quanh. Nó phát ra lớn nhất khi máy bay cất cánh, khi tăng tốc hoặc lên cao trong quá trình bay. Khi máy bay hạ cánh thường gây ra sự khó chịu cho con người hơn là tiếng ồn mạnh sinh ra trong thời gian cất cánh. Ngoài các sân bay dân dụng, hoạt động máy bay ở các sân bay quân sự cũng gây ra tiếng ồn, ảnh hưởng đến sự thoải mái dễ chịu của người dân xung quanh.
Đây là dạng tiếng ồn khó kiểm soát do hoạt động xây dựng diễn ra ở rất nhiều quy mô khác nhau, từ sửa chữa, xây mới nhà cửa cá nhân đến xây dựng các công trình lớn, tiếng ồn từ các hoạt động xây dựng, chuyên chở vật liệu, máy móc (máy ủi, máy súc, máy bê tông…); đóng cọc là một hoạt động gây tiếng ồn lớn trong thi công xây dựng, chỉ tính riêng phần búa đập đã gây mức ồn ở khoảng cách 15 m là 70 dB.
(3) Tiếng ồn công nghiệp
Tiếng ồn công nghiệp được sinh ra từ quá trình va chạm, chấn động hoặc chuyển động qua lại do sự ma sát của các thiết bị và hiện tượng chảy rối của các dòng không khí và hơi. Để giảm tiếng ồn công nghiệp ngoài việc lắp các thiết bị cách âm, giảm âm ở những nơi vận hành máy móc cần chú ý ngay từ khâu xây dựng nền móng, tường nhà xưởng, nơi đặt và vận hành máy móc. Xung quanh nhà máy, trong các khu công nghiệp cũng cần thiết kế hệ thống cây xanh để giảm tiếng ồn sang khu vực dân cư lân cận.
(4) Tiếng ồn trong nhà
Có hai dạng tiếng ồn trong nhà: tiếng ồn không khí và tiếng ồn va chạm (như tiếng giày, tiếng guốc đi trên sàn nhà) được phát sinh và lan truyền trong vật rắn và chỉ có một cách làm giảm nó là tạo ra các cầu mềm xốp giữa nơi phát sinh tiếng ồn và nơi cần cách tiếng ồn. Tiếng ồn không khí từ ngoài truyền vào nhà chủ yếu qua các lỗ trống ở tường như cửa sổ, cửa đi, lỗ thông gió và các lỗ thoáng tương tự, còn qua tường rất ít. Do đó, cách giảm ồn phổ biến hiện nay mà nhiều hộ gia đình hay sử dụng là lắp cửa kính để cách âm. Một cửa kính đơn có khả năng cách âm khoảng 15 – 18 dB. Nếu tăng lên 2 lần kính thì cách âm được 18 – 21 dB. Cửa kép bằng 2 lớp kính nặng, xung quanh cánh cửa có bọc vật liệu hút âm thì có thể tăng khả năng cách âm của cửa lên tới 40 dB.
b. Các đặc trưng của tiếng ồn
Bản chất của tiếng ồn là những âm thanh mà người nghe không mong muốn, do vậy tiếng ồn mang đầy đủ những đặc trưng vật lý và sinh lý của âm thanh như tần số âm thanh, cường độ âm thanh, mức âm thanh, độ to, độ cao....
(1) Các đặc trưng vật lý của âm thanh *) Sóng âm
Về mặt vật lý âm thanh chính là dao động của sóng âm trong môi trường đàn hồi sinh ra khi có các vật thể dao động được gọi là nguồn âm. Bản chất của nguồn âm là kích thích sự dao động của các phần tử kế cận nó nên âm thanh chỉ lan truyền trong môi trường đàn hồi. Môi trường đàn hồi có thể coi là những môi trường liên tục gồm những phần tử liên kết chặt chẽ với nhau, lúc bình thường mỗi phần tử có 1 vị trí cân bằng bền (môi trường chất khí, chất lỏng, chất rắn là những môi trường đàn hồi). Trong quá trình truyền âm thì dao động giảm dần & tắt hẳn.
Sóng dao động được đặc trưng bởi tần số (f), bước sóng (λ), chu kỳ dao động (T) và vận tốc truyền sóng âm (C)
+ Tần số f, đơn vị đo Hertz (Hz) là số dao động của các phân tử thực hiện trong một giây f = C/λ. Tai người có thể cảm thụ được những âm thanh có tần số từ 16 đến 20.000Hz. Những sóng âm có λ< 16 Hz là sóng hạ âm, λ > 20.000Hz là sóng siêu âm.
+ Chu kỳ (T, s) là thời gian tính bằng giây để hoàn thành một dao động, T = 1/f
+ Bước sóng (λ), đơn vị tính là m hoặc cm: là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm có cùng pha dao động. λ = C/f = C.T
+ Vận tốc truyền sóng (C), đơn vị tính là m/s hoặc cm/s: là đặc trưng quan trọng của quá trình truyền âm. Khi môi trường khác nhau thì tốc độ truyền âm cũng khác nhau.
Ví dụ: ở t = 0oC => Vận tốc truyền âm trong không khí là 330 m/s, trong nước là 1440 m/s. Khi t =20oC, vận tốc truyền âm trong không khí là 343 m/s.
*) Công suất của nguồn âm P (W)
Công suất của nguồn âm là tổng số năng lượng âm do nguồn bức xạ vào không gian trong 1 đơn vị thời gian.
*) Áp suất âm p (W/m2), (N/m2)
Khi sóng âm truyền tới một bề mặt nào đó, do các phân tử của môi trường dao động tác dụng lên đó một lực gây ra áp suất âm - áp suất dư do sóng âm gây ra ngoài áp suất khí quyển. Áp suất âm được xác định theo công thức:
p = ρ.C.v
Trong đó: ρ (kg/m3): mật độ phân tử trong môi trường C (m/s) vận tốc truyền âm
v (m/s) vận tốc dao động của các phân tử
*) Cường độ âm: I(J/m2, W/m2): Là số năng lượng âm trong bình đi qua 1 đơn vị diện tích đặt vuông
góc với phương truyền trong đơn vị thời gian
I = p.v = p2/ρ.C
Trong không gian mở, cường độ âm giảm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách
Ir = 1/4πr2
Trong đó: Ir là cường độ âm tại điểm cách nguồn 1 khoảng cách r.
*) Mức âm L (dB)
L = 20 log10 p/p0 = 10 logI/I0 (dB)
Trong đó: p: áp lực âm thanh (N/m2) I: Cường độ âm thanh (W/m2)
p0, I0 là áp suất, cường độ của âm tiêu chuẩn; p0 = 2.10-5N/m2, I0 = 10-12W/m2
Mức âm của 1 số nguồn thường gặp:- Vườn yên tĩnh : 20 ÷ 30dB
- Tiếng nói thầm xì xào (cách 1m): 35dB - Tiếng nói to: (60 ÷ 70)dB
- Phòng hòa nhạc disco: 100dB
*) Phổ âm
Âm thanh chỉ có 1 tần số gọi là âm đơn, nhưng phần lớn các nguồn âm trong thực tế là âm hỗn hợp của nhiều âm với nhiều tần số khác nhau gọi là phổ âm. Vì vậy khi giải bài toán về âm thanh cần biết được đặc tính tần số của âm, nó cho biết sự phân bố của mức áp suất âm theo tần số. Để thuận tiện, trong âm học người ta chia phạm vi tần số âm nghe được thành các dải tần số. Mỗi dải tần số được đặc trưng bằng các tần số giới hạn (f1 là giới hạn dưới, f2 là giới hạn trên). Bề rộng dải: ∆f = f1 – f2 và
(2) Đặc trưng sinh lý của âm thanh *) Độ cao của âm thanh
Khi dao động trên toàn chiều dài, tần số dao động thấp nhất là âm trầm nhất hay còn gọi là âm cơ bản. Tần số f0 gọi là tần số cơ bản, quyết định độ cao của âm thanh. Tần số dao động 2f0, 3f0 ... đều gọi là bội số của tần số cơ bản, âm của họa âm. Họa âm càng nhiều, âm nghe càng du dương. Ta có:
+ f thấp : 16 ÷ 355Hz
+ f trung bình : (356 ÷ 1400) Hz + f cao : (1401 ÷ 20.000) Hz
*) Âm sắc
Âm sắc chỉ sắc thái của âm thanh, có thể du dương hay thô kệch, thanh hay rè, trong hay đục. Âm sắc phụ thuộc vào cấu tạo của sóng âm điều hòa. Cấu tạo của sóng âm điều hòa phụ thuộc số lượng các loại tần số, cường độ & sự phân bố xung quanh âm cơ bản. Cường độ và mật độ họa âm cho ta khái niệm về âm sắc khác nhau.
Âm điệu chỉ âm cao hay thấp, trầm hay bổng. Âm điệu chủ yếu phụ thuộc vào tần số của âm: f cao => âm cao, f thấp => âm càng trầm.
*) Mức to, độ to
+ Mức to, ký hiệu là F, đơn vị đo là Fon
Cảm giác to nhỏ khi nghe âm thanh của tai người được đánh giá bằng mức to và xác định theo phương pháp so sánh giữa âm cần đo với âm tiêu chuẩn. Đối với âm tiêu chuẩn, mức to có trị số bằng mức áp suất âm (đo bằng dB). Muốn biết mức to của 1 âm bất kỳ phải so sánh với âm tiêu chuẩn. Với âm tiêu chuẩn : Mức to ở ngưỡng nghe là 0 Fôn; ngưỡng chối tai là 120 Fôn.
Cùng 1 giá trị áp suất âm, âm tần số càng cao => mức to càng lớn.
+ Độ to, ký hiệu là S, đơn vị đo là Son
Khi so sánh âm này to hơn âm kia bao nhiêu lần ta dùng khái niệm "độ to". Độ to là 1 thuộc tính của thính giác, cho phép phán đoán tính chất mạnh yếu của âm thanh.
*) Phạm vi nghe thấy của âm thanh
- Về tần số: f = 16Hz ÷ 20.000 Hz - Về mức áp suất âm: L = 0 ÷ 140 dB
Trong đó: 0dB là ngưỡng nghe: Giới hạn đầu tiên mà tai người cảm thụ được âm thanh. 140 dB là ngưỡng chối tai
- Về mức to: F = 0 -120 Fon
Bảng 1.5: Một số mức cường độ âm (dB. của một số tiếng ồn thường thấy
STT Tiếng ồn Mức âm (dB. ở tần số 1000 Hz
1 Vườn yên tĩnh 30
2 Tiếng nói thầm nhẹ, xì xào, cách 1 m 35
3 Phòng trong nhà vào giữa đêm 32
4 Phòng trong nhà ở vào giờ ban ngày 45
5 Trong các cửa hàng nhỏ 55
6 Trong các của hàng tự động lớn 60
7 Trong phòng hòa nhạc khi biểu diễn 80
8 Trong phòng in 85
9 Trong phân xưởng đúc 100
10 Trong xưởng dệt 105
11 Trong xưởng nồi hơi 110
12 Trong máy bay loại nhỏ 110
13 Trong máy bay phản lực 85
14 Cách động cơ máy bay phản lực 10m 130
15 Cách động cơ máy bay phản lực 3m 140
(Nguồn: Môi trường không khí, Phạm Ngọc Đăng, tr 322)
c. Lan truyền âm thanh và các bài tập ứng dụng
(1) Xác định mức ồn giảm theo khoảng cách
Nếu mức âm đặc trưng của nguồn ồn, thường đo ở độ cao 1,5 m, ở điểm cách nguồn ồn một khoảng cách r1 đã biết (r1 thường bằng 1m đối với tiếng ồn từ máy móc, thiết bị công nghiệp và bằng 7,5m đối với nguồn ồn là dòng xe giao thông) thì mức ồn ở điểm cách nguồn ồn là r2 sẽ giảm
hơn mức ồn ở điểm có khoảng cách r1 là:
Đối với nguồn điểm: + Đối với nguồn đường: Trong đó:
a là hệ số kể đến ảnh hưởng hấp thụ tiếng ồn của địa hình mặt đất (1.1)
Đối với đường nhựa, bê tông a = - 0,1
Đối với mặt đất trống trải không có cây a = 0 Đối với mặt đất trồng cỏ a = 0,1
+ Đối với nguồn mặt: mức giảm ồn phụ thuộc cả vào khoảng cách và diện tích nguồn mặt
(2) Tổng mức âm (mức ồn) của nhiều nguồn điểm
Ở một địa điểm nào đó bất kỳ, có nhiều nguồn điểm gây ồn hoặc ở một điểm nào đó có nhiều nguồn điểm ồn truyền đến thì tổng mức ồn ở địa điểm đó được xác định như sau:
Trong đó: ΣL là mức ồn tổng cộng (dB) Li mức ồn của nguồn thứ i
n tổng nguồn ồn
Nếu n nguồn ồn có mức ồn và tính chất như nhau thì:
ΣL = Li + 10lg n (dB)
Nếu hai nguồn ồn có tính chất khác nhau ΣL = L1 + ΔL (dB)
Trong đó : L1: Mức âm của nguồn âm lớn nhất
∆L: gia số của nguồn âm,phụ thuộc vào hiệu số L1 và L2 , tra bảng ...
Bảng 1.6: Gia số mức ồn khi tính tổng mức ồn của hai nguồn ồn Hiệu số của hai
nguồn ồn
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
ΔL 3 2,5 2 1,6 1,5 1,2 1 0,8 0,6 0,5 0,4 0,2 0
(3) Truyền âm qua dải cây xanh
Độ giảm mức ồn do cây xanh gây ra ΔLcx (kể cả thành phần giảm tiếng ồn do khoảng cách trên đó trồng cây xanh) phụ thuộc vào nhiều cách trồng cây (mức độ rậm của cây, khe hở dưới tán cây), loại cây, bề rộng và số lượng dải cây và phụ thuộc vào cả tần số của tiếng ồn. Nói chung các dải cây xanh có thể nhìn xuyên qua được và không có bụi cây rậm che dưới tán cây đều ít có tác dụng hạ thấp tiếng ồn.
Hiệu quả hạ thấp tiếng ồn của cây xanh do hai tác dụng: - tác dụng phản âm thanh như một màn chắn
- tác dụng hút và khuếch tán sóng âm trong suốt bề rộng của dải cây