Để cách âm các vật liệu được sử dụng nhất thiết là những vật liệu đặc kín khít. Tính năng của chúng cản lại sự lọt qua của âm hay làm yếu đi đáng kể mức của nó (hàng chục và hàng ngàn lần). Thuộc về vật liệu cách âm có những loại truyền thống như: gạch, bê tông, gỗ, thép, nhôm, kính và v.v…
a b
Hình 3.3. Các dụng cụ tiêu âm đơn chiếc:
Trên hình 3.4,a biểu thị sơ đồ lọt qua của tiếng ồn từ phòng gây ồn A (phòng có mức ồn cao) tới phòng B có mức ồn nhỏ. Từ nguồn ồn sóng âm lọt qua trước hết qua khe, lỗ và vật không kín khít. Điều này làm giảm sự cách âm tới 10 ÷20dB, đặc biệt là ở tần số thấp. Sóng âm 2 sau khi tới tường ngăn cách phòng A và B tạo nên dao động, dao động này truyền vào không khí phòng B. Sóng âm 3 tạo dao động cho các tường chắn khác của phòng A, chúng truyền cho các tường phòng B và cũng tạo ra tiếng ồn. Cuối cùng, sự rung động của nguồn (nếu như chúng có) gây ra dao động của vách ngăn và tường tạo nên tiếng ồn trong phòng B (sóng âm 4). Tường vách ngăn hay dạng khác của vật chắn chia phòng có chuỗi vô hạn các tần số dao động riêng. Các sóng âm kích động trong nó cũng sẽ có dãy vô hạn các dao động cưỡng bức xuất hiện ở dạng sóng chạy uốn vòng. Trong các điều kiện xác định chiều dài sóng uốn λu có thể bằng quĩ đạo độ dài (hình chiếu độ dài) sóng âm tới (hình 3.4,b), nghĩa là : sin t u (3.21)
Hình 3.4. Sự lan truyền và hiện tượng trùng âm:
a- sự lan truyền âm từ phòng ồn sang phòng yên tĩnh; b- hiện tượng trùng âm
Hiện tượng này gọi là sự trùng sóng. Khi đó sự cách âm của tấm chắn giảm đi đột ngột. Tần số nhỏ nhất khi đó có thể có trùng sóng sẽ là khi φ = 90o. Nó được gọi là tần số giới hạn và được biểu thị bằng tương quan:
1 64200 th f C h Hz, (3.22) ở đây C1- vận tốc lan truyền của sóng âm trong vật chắn, m/s; h- chiều dày tường chắn, m.
Từ nhỏ hơn tới tần số dao động f = fth cách âm tính toán cùng với tăng tần số. bắt đầu từ tần số f = fth đến tần số f = 2fth diễn ra giảm cách âm tới 8-10dB. Từ tần số f = 2fth đến cao hơn cách âm lại tăng lên cùng với sự tăng tần số âm.
Hiệu quả của cách âm phụ thuộc vào tính chất của vật liệu, trọng lượng kết cấu và vào đặc tính phân bố lan truyền của sóng âm trong phòng. Trọng lượng 1m2 bề mặt kết cấu càng lớn, nội ma sát trong vật liệu càng lớn thì năng lượng nhận được của sóng âm trong phòng có cách âm càng bị yếu đi và tắt dần nhanh hơn. Trong phòng có 3 dạng sóng: chiều trục- chúng đi tới theo pháp tuyến (vuông góc với bề mặt); tiếp tuyến, chúng như là trượt dọc theo bề mặt và loại xiên- chúng đi tới theo một góc bất kì. Tấm chắn cách âm hiệu quả nhất cho phòng cách âm nếu như sóng âm đi tới nó là vuông góc. Khi tăng góc tới của sóng âm (hình 3.4,b) các tính chất cách âm của tấm chắn giảm đi. Cùng với việc tăng thể tích phòng và tần số dao động tương quan phần trăm giữa số sóng tiếp tuyến và sóng pháp tuyến tăng lên. Điều này dẫn tới khả năng cách âm của tấm chắn kích thước lớn và tấm chắn đặt trong phòng lớn sẽ kém đi so với trong phòng nhỏ.
Bản chất của cách âm chính là phần lớn năng lượng âm đi tới vật chắn bị phản xạ lại và chỉ một phần nhỏ của nó đi tới phòng khác. Chất lượng của cách âm được xác định bằng hệ số truyền âm (công thức 3.17), trị số của nó trong các kết cấu thông thường không vượt quá τ = 0,001.
Trị số R 10lg1
được gọi là khả năng cách âm của tấm chắn đối với tiếng ồn không khí. Trị số được biểu thị bằng công thức phức tạp trong mối tương quan vào đơn vị khối lượng diện tích tấm chắn, tần số dao động âm, tần số tới hạn dao động của tấm chắn, góc tới của sóng âm, hệ số tổn hao trong, sức cản của âm thanh riêng của không khí. Sau khi biến đổi và đơn giản hóaảtên cơ sở các giả thiết giáo sư Alechxaev S.P đã đưa ra biểu thức để tính toán cách âm [33,39]:
R = 20lgqf – 54 dB (3.24) Ở đây q- trọng lượng 1m2 diện tích tấm chắn, kg; f- tần số dao động sóng âm, Hz.
Công thức (3.24) đúng đối với tấm chắn một lớp và tần số âm f ≤ fth. Theo Alechxaev S.P công thức (3.24) có thể sử dụng khi f ≥ 4fth.Tấm chắn một lớp được hiểu là tấm được cấu tạo bởi một lớp hoặc từ một số lớp nhưng liên kết chặt kín theo toàn bộ bề mặt . Từ công thức (3.24) thấy rõ cách âm ở những tần số đã nêu phụ thuộc vào trọng lượng tấm chắn và tần số. Tấm chắn càng nặng và tần số càng cao, cách âm càng hiệu quả.
Ở tần số f =2fth cách âm được xác định theo công thức:
R= 20lg2qfth – 62 dB. (3.25) Biểu thức mức độ ồn trong phòng yên tĩnh là L2 còn trong phòng ồn là L1. Khi không tính đến sự hấp thụ âm trong phòng yên tĩnh, ta sẽ có:
L1 – L2 = R dB. (3.26) Khi tính đến sự hấp thụ âm bên trong :
2
1 2 10lg S
A
L L R dB. (3.27) Trong đó A2- lượng hấp thụ âm tổng của phòng yên tĩnh (phòng cần cách âm) , m2; S- diện tích các tấm chắn phần chia phòng ồn và phòng yên tĩnh, m2.
Để đơn giản cho các tính toán có thể sử dụng hoạ đồ như hình 1 phần phụ lục.