1.2.2.1. Các đại lượng biểu diễn tính cách âm
Hệ số hấp thụ âm thanh[11],[15]: hệ số hấp thụ âm thanh ( ) đƣợc định
nghĩa là năng lƣợng của âm thanh đƣợc hấp thụ bởi vật liệu và đƣợc diễn tả là những số thập phân trong khoảng từ 0 đến 1. Nếu 55% năng lƣợng âm thanh tới bị hấp thụ, hệ số hấp thụ của vật liệu đƣợc tính là 0,55. Một vật liệu mà hấp thụ tất cả các sóng âm thanh tới thì hệ số hấp thụ âm thanh của nó là 1. Hệ số hấp thụ âm thanh ( ) phụ thuộc vào góc mà sóng âm tác động lên vật liệu và tần số âm thanh.
Hệ số phản xạ âm thanh[10]: tỉ lệ tổng cƣờng độ âm thanh bị phản xạ so với
tổng cƣờng độ sóng tới.
Trở kháng âm[10]: tỉ lệ áp suất âm thanh thể hiện trên bề mặt của mẫu so
với toàn bộ bề mặt.
Hệ số xuyên âm[29]: Khi sóng âm tới trên bề mặt kết cấu thì sẽ cƣỡng bức
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 20 Khóa 2013A
bộ phận khác sẽ xuyên qua kết cấu. Hệ số xuyên âm (Tθ) đƣợc xác định theo công thức:
Trong đó:
Ex : Năng lƣợng sóng âm xuyên qua kết cấu, dB Et : Năng lƣợng sóng âm tới, dB
Nếu gọi Rθ là khả năng cách âm thì:
Trong đó, Tθ đƣợc xác định bằng thực nghiệm.
1.2.2.2. Đặc tuyến cách âm của một số vật liệu
Hình 1.2. Chỉ số giảm âm thanh cho một lớp dày 125 mm với vật liệu cách âm 100 mm[9]
Hình 1.2 biểu diễn đặc tuyến cách âm của 04 loại vật liệu có khối lƣợng thể tích khác nhau. Từ các đƣờng đặc tuyến ở hình trên cho thấy các loại vật liệu tuy khác nhau về khối lƣợng thể tích nhƣng lại gần giống nhau về đặc tuyến cách âm.
1.2.2.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến tính cách âm của vật liệu
Vật liệu cách âm là những vật liệu làm khúc xạ sóng âm theo hƣớng khác hay hấp thụ hoàn toàn sóng âm; hoặc vật liệu tạo ra môi trƣờng mà sóng âm lan truyền rất kém. Hoặc kết hợp cả 3 tính chất trên. Vì vậy, ta có thể căn cứ vào các
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 21 Khóa 2013A
yếu ảnh hƣởng đến khả năng hấp thụ âm thanh của vật liệu để xét đến khả năng cách âm của vật liệu nhƣ sau:
Độ dày
Khi nghiên cứu về khả năng hấp thụ âm thanh của những vật liệu xốp ở tần số thấp, có nhiều kết luận đã chỉ ra rằng giữa độ dày và khả năng hấp thụ âm thanh có mối liên hệ trực tiếp với nhau.
Theo Michael Coates và Marek Kierzkowski[17], khả năng hấp thụ âm thanh của vật liệu xốp đạt đƣợc khi độ dày của vật liệu bằng khoảng 1/10 độ dài sóng của âm thanh tới.
Theo Ibrahim[13], sự tăng khả năng hấp thụ âm thanh chỉ xảy ra tại những tần số thấp, khi mà vật liệu dày lên. Tuy nhiên, tại những tần số cao, độ dày không ảnh hƣởng rõ rệt đến khả năng hấp thụ âm thanh.
Khối lượng thể tích (tỷ trọng)
Khối lƣợng thể tích của vật liệu đƣợc cho là một yếu tố quan trọng chi phối khả năng hấp thụ âm thanh của vật liệu. Tại cùng một thời điểm, giữa tỷ trọng và trị số hấp thụ âm thanh của vật liệu có mối liên hệ trực tiếp với nhau.
Theo Koizumi[14], khi tăng tỷ trọng của vật liệu sẽ làm tăng trị số hấp thụ âm thanh ở những tần số tầm trung và tần số cao. Khi tỷ trọng tăng thì số lƣợng các sợi trên một đơn vị diện tích tăng lên. Năng lƣợng mất đi tăng lên khi bề mặt tăng ma sát, do đó khả năng hấp thụ âm thanh tăng lên.
Độ xốp
Theo Allard[1], số lƣợng, kích cỡ và hình dạng của các lỗ trống là những yếu tố quan trọng mà ta cần quan tâm đến khi nghiên cứu về khả năng hấp thụ âm thanh của vật liệu xốp. Để cho phép tiêu tán âm thanh bởi sự ma sát, sóng âm phải đi vào vật liệu xốp. Điều này có nghĩa là, phải có đủ số lƣợng lỗ trên bề mặt của vật liệu để âm thanh đi xuyên qua và thẩm thấu. Độ xốp của vật liệu xốp đƣợc định nghĩa là tỉ lệ của thể tích những khoảng trống trong vật liệu so với toàn bộ thể tích của vật liệu. Công thức đƣa ra định nghĩa về độ xốp (H) nhƣ sau:
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 22 Khóa 2013A
Trong đó:
Va - Thể tích không khí trong các khoảng trống
Vm - Tổng thể tích của vật thể hấp thụ âm thanh đang đƣợc kiểm tra
Theo Yakir Shoshani[33], khi thiết kế mạng lƣới sợi không dệt, hệ số hấp thụ âm thanh cao hơn khi tính xốp tăng lên dọc theo đƣờng truyền âm của sóng âm.
Chiều dài xơ:
Chiều dài xơ ảnh hƣởng đến độ hút ẩm, khối lƣợng thể tích và độ rỗng của vật liệu. Xơ càng dài thì khả năng hút ẩm của vật liệu càng lớn, khối lƣợng thể tích càng nhỏ và độ rỗng càng lớn. Sumaila[19] tiến hành nghiên cứu xơ chuối gia cƣờng cho vật liệu composite và thấy rằng chiều dài của xơ ảnh hƣởng đến khả năng hút ẩm của tấm vật liệu composite. Cụ thể tiến hành ngâm 5 tấm vật liệu composite có chiều dài xơ lần lƣợt là 5, 10, 15, 20 và 25mm vào nƣớc cất ở nhiệt độ phòng trong vòng 24 giờ và thấy rằng độ ẩm tăng liên tục từ 8% ứng với xơ có chiều dài là 5mm đến 18% ứng với xơ có chiều dài 25mm với sự gia tăng tƣơng ứng độ rỗng của vật liệu composite lên đến 1,43%. Bên cạnh đó độ rỗng của vật liệu cũng tăng từ 0,22% đến 1,43% và khối lƣợng thể tích giảm từ 1,47 xuống 1,36g/cm3 tƣơng ứng với chiều dài xơ là từ 5 đến 25mm.
Kích thước xơ
Theo Koizumi[14], sự gia tăng hệ số hấp thụ âm thanh có liên quan tới sự giảm đƣờng kính của xơ. Điều này bởi vì, những xơ mảnh có thể dịch chuyển dễ dàng hơn những xơ dày trên những bƣớc sóng. Koizumi cũng chỉ ra rằng những sợi chất lƣợng tốt có đƣờng kính dao động trong khoảng từ 1,5 đến 6 lần đƣờng kính của một sợi tơ nhỏ (dbf) thể hiện khả năng hấp thụ âm thanh tốt hơn những sợi thô. Hơn thế nữa, Koizumi kết luận rằng, những sợi mảnh kích cỡ micromet (nhỏ hơn 1 dpf) đem đến khả năng hấp thụ âm thanh gia tăng một cách đáng kể.
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 23 Khóa 2013A
Một nghiên cứu của Youn Eung Lee[34] kết luận rằng sợi mảnh có trị số hệ số hấp thụ âm thanh tăng lên nhờ vào sự gia tăng trở kháng dòng khí bởi sự ma sát của vật liệu dẻo thông qua sự dao động của không khí.
Trở kháng dòng khí
Theo Mingzhang Ren and Finn Jacobsen[18], một trong những đại lƣợng quan trọng nhất ảnh hƣởng tới khả năng hấp thụ âm thanh của vật liệu là trở kháng của dòng khí trên một đơn vị độ dày của vật liệu.
Theo Conrad[7], những sợi không dệt là những yếu tố ma sát tạo nên trở kháng với những chuyển động của sóng âm. Nhìn chung, khi âm thanh đi qua các vật liệu này, biên độ của chúng bị giảm đi bởi ma sát nhƣ là những sóng tìm cách di chuyển qua những cung đƣờng quanh co, ngoằn ngoèo. Do đó năng lƣợng âm thanh bị chuyển hóa thành nhiệt.
Số lƣợng ma sát đƣợc diễn tả bởi trở kháng của vật liệu thành dòng khí đƣợc gọi là trở kháng dòng khí và đƣợc định nghĩa bằng công thức[6] :
Trong đó:
R1 - Trở kháng dòng, mks.Rayls/m u - Vận tốc hạt xuyên qua vật thể, m/giây
p - Chênh lệch áp suất của âm thanh xuyên qua bề dày của vật thể đƣợc đo đạc tại hƣớng vận tốc hạt, newtons/m
T - Chênh lệnh độ dày, m
Dựa trên các thử nghiệm dòng khí, ASTM D-1564-1971, dòng kháng R của mẫu vật thu đƣợc từ công thức sau:
Trong đó:
P - Sự chênh lệnh áp suất tĩnh giữa những bề mặt của mẫu vật, dyn/cm2 (10-1 Pa) v - Vận tốc không khí, cm/s
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 24 Khóa 2013A
l - Độ dày của mẫu vật, cm
Theo Uno Ingard[22], trở kháng dòng khí trên một đơn vị độ dày của vật liệu xốp tỷ lệ thuận với hệ số trƣợt dẻo của chất lỏng (khí) và tỷ lệ nghịch với bình phƣơng của kích thƣớc lỗ rỗng đặc trƣng của vật liệu. Với một vật liệu sợi có tính xốp xác định, có nghĩa rằng trở kháng dòng trên một đơn vị độ dày tỷ lệ nghịch với bình phƣơng đƣờng kính sợi.
1.2.2.4. Một số phương pháp xác định tính cách âm
Cách âm không khí[29]
Có hai phòng. Phòng I có mức ồn lớn hơn phòng II. Sóng âm từ nguồn bức xạ vào không khí và tới trên khoảng cách ngăn cách kích thƣớc kết cấu dao động theo tần số của sóng âm. Nhƣ vậy kết cấu ngăn cách trở thành nguồn âm mới bức xạ sóng âm vào phòng II. Khi sóng âm tới trên bề mặt kết cấu thì sẽ cƣỡng bức khoảng cách này dao động đồng thời có bộ phận sẽ phản xạ vào không khí và một bộ phận khác sẽ xuyên qua kết cấu. Hệ số xuyên âm đƣợc xác định theo công thức:
Nếu gọi Rθ là khả năng cách âm thì:
Tθ đƣợc xác định bằng thực nghiệm.
Thực tế lƣợng cách âm của kết cấu đƣợc xác định bằng công thức:
Trong đó:
L1 - Mức áp suất âm của phòng có mức âm cao L2 - Mức áp suất của phòng có mức âm thấp A = ΣαiSi là lƣợng hút âm của phòng cách ly S’ - Diện tích của bề mặt ngăn cách
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 25 Khóa 2013A
Hình 1.3. Mô hình đo cách âm không khí[29]
Cách âm va chạm[29]
Dùng máy đo mức âm trong phòng dƣới sàn khi nguồn âm va chạm tiêu chuẩn tác dụng trên sàn. Máy va chạm tiêu chuẩn, có 5 búa, mỗi búa nặng 500g cho rơi tự do trên mặt sàn với tốc độ 10 búa trên 1s. Từ đó ta tính đƣợc mức áp suất âm va chạm quy đổi nhƣ sau:
Hình 1.4. Mô hình đo cách âm va chạm[29]
Trong đó:
LII - Mức âm trong bình đo ở phòng dƣới sàn. Ở các tần số, giá trị LII càng nhỏ thì sàn cách âm càng tốt.
Lƣợng là lƣợng cách âm tăng thêm do tác dụng hút âm của phòng.
A0 - Lƣợng hút âm tiêu chuẩn A0 = 10m2 A - Lƣợng hút âm của phòng dƣới sàn
II 40 mm 500g
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 26 Khóa 2013A
1.2.3. Một số ứng dụng của vật liệu cách âm
1.2.3.1. Trong nhà ở
Giải pháp cách âm cho căn hộ chung cư[30]
Thông thƣờng, tiếng ồn trong chung cƣ có hai loại âm thanh, loại truyền trong không gian và truyền qua kết cấu. Âm thanh trong không gian chính là loại ta có thể nghe thấy trong căn phòng nhƣ tiếng ngƣời nói ra, tiếng loa phát ra, tiếng nhạc cụ... Còn âm thanh truyền trong kết cấu chẳng hạn nhƣ tiếng bƣớc chân, tiếng gõ cửa, tiếng xê dịch đồ nội thất. Để ngăn chặn âm thanh lan truyền qua lại, có hai cách xử lý, đó là dùng kết cấu nặng hoặc dùng khoảng không. Cần một cấu trúc đặc, nặng để ngăn cản loại âm thanh truyền trong không gian, nhƣng với loại âm thanh truyền qua kết cấu thì khoảng không lại đóng vai trò hiệu quả hơn. Do đó, tƣờng và trần cách âm tốt thƣờng phải có vật liệu đặc, chắc nhƣ vách bằng thạch cao, gạch, vữa... Thông thƣờng đối với vách thạch cao, ngƣời ta làm hai lớp tấm thạch cao hai bên hệ khung và một lớp vật liệu cách âm ở giữa.
1.2.3.2. Trong các công trình công cộng và công nghiệp
Một loại kết cấu của trần chống ồn[32]
- 01 lớp khung Vĩnh Tƣờng OMEGA hoặc hệ thống khung trần chìm Vĩnh Tƣờng + 02 lớp tấm thạch cao Gyproc + 01 lớp xơ (bông) thủy tinh không bạc có tỷ trọng 40kg/m3
hoặc
- 01 lớp khung Vĩnh Tƣờng OMEGA hoặc hệ thống khung trần chìm Vĩnh Tƣờng + 02 lớp tấmDURAflex + 01 lớp xơ thủy tinh không bạc có tỷ trọng 40kg/m3
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 27 Khóa 2013A
Hình 1.5. Mặt cắt trần chống ồn sử dụng tấm thạch cao Gyproc hoặc tấm DURAflex[32]
Một ứng dụng vật liệu cách âm cho vách chống ồn[32]
- 01 lớp khung Vĩnh Tƣờng V-Wall + 02 lớp tấm thạch cao Gyproc ốp 2 mặt + 01 lớp xơ thủy tinh có tỷ trọng 16.8kg/m3
hoặc
- 01 lớp khung Vĩnh Tƣờng V-Wall + 02 lớp tấm DURAflex ốp 2 mặt + 01 lớp xơ thủy tinh có tỷ trọng 16.8kg/m3
Hình 1.6. Mặt cắt dọc hệ vách chống ồn sử dụng 02 lớp tấm thạch cao Gyproc hoặc 02 lớp tấm DURAflex[32]
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 28 Khóa 2013A
Một loại cấu tạo cho vách chống ồn kết hợp tiêu âm 2 mặt[32]
- 01 lớp khung Vĩnh Tƣờng V-Wall + 01 lớp tấm tiêu âm Gyptone ốp 2 mặt phía ngoài + 02 lớp tấm thạch cao Gyproc ốp 2 mặt + 01 lớp xơ thủy tinh có tỷ trọng 16.8kg/m3
hoặc
- 01 lớp khung Vĩnh Tƣờng V-Wall + 01 lớp tấm tiêu âm Gyptone ốp 2 mặt phía ngoài + 02 lớp tấm DURAflex ốp 2 mặt + 01 lớp xơ thủy tinh có tỷ trọng 16.8kg/m3
Hình 1.7. Mặt cắt dọc hệ vách chống ồn kết hợp tiêu âm 2 mặt[32]
1.3. MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU CÁCH ÂM THÔNG DỤNG
Nhu cầu về vật liệu cách âm ngày càng lớn, đặc biệt là với các công trình phòng hát, phòng thu, phòng karaoke, hội trƣờng, phòng họp, nhà xƣởng sử dụng các loại máy phát ra tiếng ồn lớn. Trên thị trƣờng Việt Nam hiện nay có một số loại vật liệu cách âm chống ồn phổ biến sau:
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 29 Khóa 2013A
1.3.1. Xơ thủy tinh cách âm (Glasswool)[27]
Hình 1.8. Tấm xơ thủy tinh cách âm
Tấm xơ thủy tinh (Glasswool) đƣợc làm từ sợi thuỷ tinh tổng hợp chế xuất từ đá, xỉ, đất sét. Thành phần chủ yếu của xơ thuỷ tinh chứa Aluminum, Silicat canxi, oxit kim loại…; không chứa Amiăng; có tính năng cách âm, cách nhiệt, cách điện cao, không cháy, mềm mại và có tính đàn hồi tốt. Tấm cách âm xơ thủy tinh có khả năng cách âm rất tốt; không cháy và có độ bền lý tƣởng.
Xơ thủy tinh với những đặc tính của nó nên đƣợc ứng dụng rộng rãi vào trong lĩnh vực cách âm. Tấm xơ thủy tinh cách âm do các sợi thủy tinh đƣợc đan xen một cách linh hoạt. Chính lý do đó nó đã “gói” không khí lại trong một mật độ thấp và có thể đƣợc thay đổi thông qua việc nén và chất kết dính. Chúng có thể sử dụng dƣới mái, hoặc ngăn cách các bề mặt phẳng nhƣ tƣờng, trần, vách cũng nhƣ ống dẫn. Nó cũng đƣợc sử dụng để cách âm phòng.
Xơ thuỷ tinh không bốc hơi trong không khí hay hoà tan trong nƣớc. Chúng cũng không bị phân rã thành các hợp chất khác. Chúng chỉ bị phân huỷ nếu gặp môi trƣờng có độ axit hoặc kiềm hoá cao. Các xơ thuỷ tinh bay lơ lửng trong không khí, rơi trong nƣớc và đất.
Chúng ta có thể hít phải xơ thuỷ tinh nếu tấm cách âm ở nhà hoặc nơi chúng ta làm việc bị hỏng hay rơi xuống. Chúng ta có thể bị phơi nhiễm ở mức nhẹ, da và mắt có thể bị ngứa. Nguy cơ phơi nhiễm xơ thuỷ tinh cao đối với những công nhân
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 30 Khóa 2013A
trực tiếp sản xuất hoặc thi công sản phẩm này. Chính vì vậy, những ngƣời công