1.1. Giải thích sự hút âm
Hút âm và phản xạ âm là hai tính chất quan trọng của các vật liệu và kết cấu xây dựng. Nó có ảnh hƣởng trực tiếp đến sự hình thành trƣờng âm trong các phòng, có liên quan đến sự phân bố mức âm trong phòng, đến thời gian âm vang, độ khuếch tán của trƣờng âm, nền ồn trong phòng. Do đó ảnh hƣởng đến chất lƣợng thu nhận âm thanh. Năng lƣợng âm bị hút là phần năng lƣợng âm không phản xạ trở lại vào phòng sau khi âm thanh lan truyền tới đập vào bề mặt kết cấu. Năng lƣợng âm bị hút bao gồm năng lƣợng bị mất trong vật liệu, năng lƣợng lan truyền theo kết cấu và năng lƣợng âm truyền qua kết cấu. Nhƣ vậy hút âm và phản xạ âm là hai khái niệm trái ngƣợc nhau.
Sự mất mát năng lƣợng âm trong vật liệu và kết cấu xảy ra do bốn nguyên nhân chính:
Do ma sát: năng lƣợng âm biến thành năng lƣợng nhiệt. Trong vật liệu và kết cấu nói chung, đặc biệt các vật liệu hút âm có rất nhiều lỗ rỗng. Sóng âm tới bề mặt vật liệu, kích thích không khí trong các lỗ rỗng dao động, tạo ra ma sát giữa không khí và thành lỗ. Vì vậy năng lƣợng âm bị tổn thất do biến thành năng lƣợng nhiệt.
- Do không khí bị nén: năng lƣợng âm biến thành năng lƣợng nhiệt. Không khí trong các lỗ rỗng đồng thời bị sóng âm nén lại theo từng chu kỳ làm cho nó nóng lên. Nhiệt lƣợng mới xuất hiện này sẽ truyền ra các thành lỗ và giảm dần cùng với áp suất cho đến chu kỳ tiếp theo. Nhƣ vậy dạng mất năng lƣợng âm thứ hai cũng dƣới dạng năng lƣợng nhiệt.
- Các thành lỗ biến dạng bị nóng lên: năng lƣợng âm biến thành năng lƣợng nhiệt. Do sự khác nhau trong cấu trúc của vật liệu nên khi bị sóng âm tác động, trong chu kỳ nén các thành mỏng hơn bị biến dạng và nung nóng nhiều hơn. Năng lƣợng nhiệt này truyền ra xung quanh và kịp cân bằng một phần, làm giảm áp suất trƣớc chu kỳ dãn tiếp theo. Do đó gây ra mất năng lƣợng cũng dƣới dạng nhiệt.
- Do biến dạng dƣ: năng lƣợng âm mất mát dƣới dạng cơ năng. Sóng âm gây ra biến dạng trong vật liệu nhƣng sự biến dạng này xảy ra không thuận nghịch, khi áp suất giảm sẽ có biến dạng dƣ. Năng lƣợng âm bị mất có thể coi là hiệu số giữa năng lƣợng chi phí cho biến dạng đàn hồi và năng lƣợng vật liệu nhận đƣợc để phục hồi dạng ban đầu (không hoàn toàn).
1.2. Phân loại vật liệu và kết cấu
Theo đặc điểm cơ lý của vật liệu và theo sự mất năng lƣợng âm, ngƣời ta chia vật liệu và kết cấu hút âm thành các loại sau:
Loại có các thành lỗ cứng, không đàn hồi, hút âm do ma sát của không khí với thành cứng và do sự truyền nhiệt của vật liệu. Thuộc loại này bê tông bọt, gạch xốp...
Loại có các thành lỗ đàn hồi, sự hút âm xảy ra theo cả 4 nguyên nhân đã nêu. Thuộc loại này có các loại tấm sợi ép mềm, các loại thảm dệt, đan...
- Kết cấu dao động cộng hƣởng: hút âm do sự dao động của mặt kết cấu dƣới tác dụng của sóng âm. Ðặc biệt sự hút âm mạnh nhất xảy ra ở vùng tần số cộng hƣởng của kết cấu. Với kết cấu này, các đặc tính cơ lý của vật liệu và các thông số hình học của cấu tạo có ảnh hƣởng lớn đến đặc điểm hút âm.
- Kết cấu cộng hƣởng không khí: làm việc theo nguyên tắc cộng hƣởng nhƣng là của khối không khí dao động trong kết cấu. Sự hút âm xảy ra do ma sát của không khí với thành kết cấu trong một phạm vi tần số khá hẹp đã đƣợc tính toán trƣớc.
- Loại kết cấu hút âm phối hợp: đƣợc chế tạo đặc biệt để phối hợp các tính năng hút âm của ba loại trên, nhờ đó khả năng hút âm đƣợc mở rộng trong phạm vi tần số thƣờng gặp trong đời sống và sản xuất. Khả năng hút âm của vật liệu và kết cấu đƣợc đánh giá qua hệ số hút âm α theo các dãy tần số âm từ 125 đến 4000 Hz. Hệ số hút âm này phụ thuộc vào góc tới của sóng âm. Góc tới vật liệu của sóng âm (so với pháp tuyến của bề mặt vật liệu) càng lớn thì hệ số hút âm càng giảm, và độ giảm càng nhanh khi góc tới càng tiến gần đến tiếp tuyến 90o
.