3.1. Các giai đoạn tổn thất âm qua màn chắn
Tổn thất âm (Tranmission loss – TL) qua tấm chắn thông qua 4 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1, hạn chế âm khi chạm vào bề mặt rắn, tổn thất chủ yếu là tần số thấp (< 20 Hz), giai đoạn này không đáng kể.
+ Giai đoạn 2, thay đổi cộng hƣởng (dội tiếng), xảy ra với tần số thấp và trung bình, gây ra sự thăng trầm (tăng – giảm) trong tổn thất truyền tải.
+ Giai đoạn 3, thay đổi khối lƣợng, ảnh hƣởng đến tất cả các tần số âm thanh.
+ Giai đoạn 4, khu vực trùng hợp ngẫu nhiên (Coincidence Region), xảy ra với tần số cao, đặc biệt tấm gỗ và kính, làm suy giảm sự tổn thất đƣờng truyền.
Hình 3.5: Các giai đoạn truyền âm qua màn chắn[8]
Gọi k là hệ số tổn thất âm thanh: k = Wr/Ws, mức tổn thất âm thanh hoặc chỉ số suy giảm âm thanh (Sound Reduce Index (SRI) đƣợc xác định nhƣ sau[8]:
SRI = 10lg(1/k) = 10lg(Ws/Wr) Ws: Công suất âm nguồn; Wr: Công suất âm nhận.
3.2. Định luật khối lƣợng
Định luật khối lƣợng (Acoustic mass law): Tăng gấp đôi khối lƣợng của màn chắn trên một đơn vị diện tích sẽ làm tăng 6dB tổn thất (cách âm) âm.
Thực tế có tăng gấp đôi khối lƣợng bằng cách: tăng gấp đôi chiều dày hoặc mật độ. Định luật này còn cho rằng: nếu tần số âm tăng gấp đôi thì tổn thất truyền tải cũng tăng 6dB. Có nghĩa với âm có tần số thấp, tƣờng cách âm phải dày hơn. Âm có tần số cao thì tƣờng cách âm mỏng hơn.
Những vật liệu cách âm có khối lƣợng lớn nhƣ đá, sỏi, bê tông… đạt hiệu quả cách âm theo quy luật khối lƣợng cao. Còn vật liệu nhẹ, vì bị không khí xâm nhập và khối lƣợng thấp nên hiệu quả không cao.
Công thức xác định mức tổn thất âm qua màn chắn (1 màn đồng nhất): ∆ Lmc= 20log10(ms.f) – 48
∆Lmc = 20log10(ms.f) – 47
Trong đó: ms là mật độ khối lƣợng (kg/m3); f là tần số âm (Hz).
Bảng 3.2: Mật độ khối lƣợng của một số vật liệu cách âm[8]
Vật liệu ms(kg/m3)
Nhôm (1mm) 2,7
Bê tông, dày đặc (100mm) 235
Đá (30mm) 80
Thép (1mm) 7,7
Thủy tinh (1mm) 2,5
Nhựa Polycarbonate và nhựa acrylic (5mm) 6,5
Gỗ (15mm) 10 Tấm thạch cao (15mm) 12 Ván ép (15mm) 9 Ván nhựa (15mm) 10 MDF (15mm) 11 HDF (15mm) 12 Phiến gỗ ép (15mm) 15 Một số quy luật khác:
- Hiệu ứng trùng hợp ngẫu nhiên (The coincidence effect): Vật liệu cứng tạo ra một sự sụt giảm tổn thất truyền tải ở tần số cao, bình thƣờng hơn 1 kHz. Giảm đáng kể tổn thất truyền tải âm thông qua một phân vùng xảy ra ở tần số quan trọng (Critical frequency).
Các tần số quan trọng là tần số mà các bƣớc sóng của âm thanh trong không khí bằng các bƣớc sóng uốn cong trong các vách ngăn.
Công thức tính tần số quan trọng (Critical frequency): Fc= c²/(1,8. t.vl) (Hz)
trong đó: c: là vận tốc âm thanh (340 m/s ở 20°C), t: là độ dày của bảng điều khiển (m) và vl: là vận tốc theo chiều dọc của âm thanh trong vách ngăn (m/s).
Vd: một tấm bê tông dày 10cm, vl = 3.500 m/s; Fc = 183 Hz.
Tấm cách âm càng cứng, hiệu ứng trùng hợp càng cao, đặc biệt là gỗ. Tuy nhiên, với tấm thép, hiệu ứng trùng hợp thấp vì nó diễn ra ở tần số cao vƣợt quá ngƣỡng nghe của tai ngƣời.
Hình 3.7: Mô phỏng sự sụt giảm cách âm ở tần số quan trọng[8]
(Nguồn: http://www.phaseto.com/acoustical_windows.htm)
Chiều rộng và sâu của mức giảm trùng hợp (coincidence dip) phụ thuộc vào sự tổn thất năng lƣợng âm thanh trong vật liệu. Sự tổn thất này lớn thì mức giảm trùng hợp nông và rộng hơn, ít ảnh hƣởng đến tổn thất truyền tải.
- Quy luật về sự cộng hƣởng trong cách âm: Các tấm cách âm cộng hƣởng âm ở tần số thấp và gây ra sự giảm tổn thất âm thanh.
- Bức tƣờng đôi: Các bức tƣờng đôi là cách tốt để tăng tổn thất truyền tải mà không cần tăng khối lƣợng. Xây hai bức tƣờng để cách âm là phƣơng pháp rẻ tiền và đƣợc sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, nó cũng có nhƣợc điểm là tốn không gian và khó xây dựng.