Âm thanh là các dao động cơ học lan truyền dưới dạng sóng trong môi trường đàn hồi được thính giác con người cảm nhận.
Tiếng ồn là tập hợp các âm thanh có cường độ và tần số khác nhau, sắp xếp hỗn độn, gây cảm giác khó chịu cho người nghe, cản trở con người làm việc và nghỉ ngơi.
Như vậy việc phân biệt âm thanh và tiếng ồn có tính chất tương đối. Một số âm thanh nào đó phát ra không đúng lúc, gây cảm giác khó chịu cho người nghe, cản trở sự làm việc hoặc nghỉ ngơi đều được coi là tiếng ồn.
a- Các đặc tính chủ yếu của âm thanh
+ Tần số của âm thanh : Đơn vị đo là Hz. Mỗi âm thanh được đặc trưng bằng tần số dao động của nó. Tai người cảm nhận được âm thanh có tần số khoảng 16-
20.000Hz. Dải âm thanh được chia theo tên gọi như sau : Âm thanh có tần số < 16Hz gọi là hạ âm.
Âm thanh có tần số < 300Hz gọi là âm hạ tần.
Âm thanh có tần số 300 ÷ 1.000Hz gọi là âm trung tần. Âm thanh có tần số > 1.000Hz gọi là âm cao tần. Âm thanh có tần số > 20.000Hz gọi là siêu âm.
Độ cao của âm thanh phụ thuộc tần số âm, âm trầm có tần số thấp, âm bổng có tần số cao.
+ Cường độ hay năng lượng âm thanh: Cường độ âm là năng lượng âm truyền qua một đơn vị diện tích, vuông góc với phương truyền sóng âm trong một đơn vị thời gian.
Ký hiệu I là cường độ âm, P là áp suất, ρ mật độ khối lượng môi trường, C là tốc độ âm thanh trong môi trường. Ta có biểu thức liên hệ :
C P I . 2 ρ =
Trong kỹ thuật, để thu hẹp phạm vi các trị số đo, người ta dùng thang logarit thay cho thang thập phân, gọi là mức cường độ âm (mức áp suất âm) - gọi tắt là mức âm, đơn vị đo là dB.
(dB) P P L (dB) I I L 0 0 lg . 20 lg . 10 = =
I0 là cường độ ở ngưỡng nghe ; P0 là áp suất âm ở ngưỡng nghe I0 = 10-12W/m2 P0=2.10-5N/m2
Với sóng âm phẳng, trường âm tự do, trong điều kiện khí quyển bình thường, mức cường độ âm và mức áp suất âm có trị số như nhau.
Mức công suất của nguồn âm : Xác định tương tự như mức cường độ âm :
(dB) W W Lw 0 lg . 10 =
W : là công suất của nguồn âm.
W0 : là công suất nguồn âm ở ngưỡng nghe, W0 = 10-12W.
+ Độ vang của âm thanh : Những âm thanh có tần số khác nhau, có mức năng lượng âm bằng nhau, nhưng cảm giác nghe rõ của tai người lại khác nhau, ta nói âm có độ vang khác nhau.
Người ta dùng âm thanh ở tần số 1.000Hz làm âm thanh chuẩn về độ vang của âm. Ví dụ : Âm có cường độ 50dB ở tần số 100Hz có độ vang bằng âm có cường độ 30dB ở tần số 1.000Hz.
Đơn vị đo độ vang là phone, mỗi dB ở tần số 1.000Hz tương ứng với 1 phone. Trong ví dụ trên âm có độ vang là 30 phone.
Ngoài ra còn có đơn vị Sone - nó cho biết âm thanh vùng này to gấp bao nhiêu lần âm thanh khác.
Độ vang của âm 40 phone là 1 sone. Độ vang của âm 50 phone là 2 sone. Độ vang của âm 60 phone là 4 sone.
Khi độ vang của âm tăng 10 phone thì trị số độ vang tính theo sone sẽ tăng gấp đôi. Các máy đo độ ồn dùng đo mức vang của âm theo đơn vị dexiben A (ký hiệu là dBA) - là mức cường độ âm chung của tất cả các giải octa tần số đã được quy về tần số 1.000Hz. Như thế âm thanh đo bằng dBA là âm thanh đương lượng. Khi dùng dBA để chỉ âm không cần nói âm thanh đó có tần số bao nhiêu. Trị số dBA giúp cho việc đánh giá sơ bộ về mặt ô nhiễm xem tiếng ồn có vượt quá mức cho phép hay không.
+ Dải tần số âm thanh : Cơ quan thính giác của người không phản ứng theo độ tăng tuyệt đối của tần số âm mà phản ứng theo mức tăng tương đối của tần số âm. Khi tần số tăng gấp đôi thì độ cao của âm tăng lên 1 tone, ta gọi là 1 octa tần số. Như vậy trong dải tần số âm thanh mà giới hạn trên cao gấp đôi giới hạn dưới được chia thành 11 octa có trị số trung bình số học như sau : 16 ; 63 ; 125 ; 250 ; 500 ; 1000 ; 2000 ; 4000 ; 8000 ; 16000.
Ví dụ trong octa từ 40 đến 80 Hz trị số trung bình là 60 Hz.
Tiêu chuẩn vệ sinh về mức cho phép của tiếng ồn thường được quy định ở 8 octa : 63 ; 125 ; 250 ; 500 ; 1000 ; 2000 ; 4000 ; 8000 Hz.
+ Theo tính chất vật lý : Chia làm 2 loại tiếng ồn ổn định và tiếng ồn không ổn định.
Tiếng ồn ổn định có mức thay đổi cường độ âm không quá 5dB trong suốt thời gian có tiếng ồn.
Nếu vượt trị số 5dB thì gọi là tiếng ồn không ổn định. * Tiếng ồn không ổn định chia làm 3 dạng :
- Tiếng ồn dao động : mức âm thanh thay đổi liên tục theo thời gian. - Tiếng ồn ngắt quãng : âm thanh ngắt quãng, không liên tục.
-Tiếng ồn xung : âm thanh va đập kế tiếp nhau.
+ Theo phân bố năng lượng : ở các dải octa tần số, chia thành tiếng ồn dải rộng và dải hẹp.
- Tiếng ồn dải rộng : năng lượng âm phân bố đồng đều ở các dải tần số.
Tiếng ồn dải hẹp (còn gọi là tiếng ồn âm sắc) : một tần số âm trong phổ có cường độ âm cao hơn các tần số còn lại trong octa từ 6dB trở lên.
Tiếng ồn dải hẹp có tác dụng kích thích mạnh hơn tiếng ồn dải rộng. + Theo đặc tính của nguồn ồn chia làm 4 loại :
- Tiếng ồn cơ học ở các máy.
- Tiếng ồn va chạm ở các quá trình sản xuất : Rèn, dập, tán, … - Tiếng ồn khí động ở máy bay, quạt gió, …
- Tiếng nổ hoặc sóng xung kích.