3.3.1. Các giai đoạn tổn thất âm qua màn chắn
Tổn thất âm (Tranmission loss – TL) qua tấm chắn thông qua 4 giai đoạn [11]: + 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 hưởng (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 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 đường truyền.
Hình 3.5: Các giai đoạn truyền âm qua màn chắn [6]
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) được xác định như sau [11]:
SRI = 10lg(1/k) = 10lg(Ws/Wr) Ws: Công suất âm nguồn; Wr: Công suất âm nhận.
3.3.2. Định luật khối lượng
Định luật khối lượng (Acoustic mass law): Tăng gấp đôi khối lượng 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 lượng 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, tường cách âm phải dày hơn. Âm có tần số thấp thì tường cách âm mỏng hơn.
Những vật liệu cách âm có khối lượng lớn như đá, sỏi, bê tông… đạt hiệu quả cách âm theo quy luật khối lượng cao. Còn vật liệu nhẹ, vì bị không khí xâm nhập và khối lượng thấp nên hiệu quả không cao.
Công thức xác định mức tổn thất âm qua màn chắn (1 màn đồng nhất):
mc L ∆ = 20log10(ms.f) – 48 [10] mc L ∆ = 20log10(ms.f) – 47 [6]
Hình 3.6: Mức tổn thất âm thanh theo mật độ khối lượng [10]
Bảng 3.2: Mật độ khối lượng của một số vật liệu cách âm [10]
Vật liệu ms(kg/m2)
Nhôm (1mm) 2,7
Bê tông, dày đặc (100 mm) 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
Ví dụ tính toán:
Tường cách âm bê tông dày 10cm có ms = 235kg/m2 và tường bằng vật liệu thạch cao dày 1,6cm, ms = 11kg/m2. 3 âm thanh có f1 = 1kHz; f2 = 500; f3 = 100 Hz. Tính mức tổn thất âm khi âm thanh đi qua vật chắn và nhận xét?
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 thường 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 bước sóng của âm thanh trong không khí bằng các bước sóng uốn uốn cong trong các vách ngăn.
Công thức tính tần số quan trọng (Critical frequency):
Fc = c ²/(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 vượt quá ngưỡng nghe của tai người.
Hình 3.7: Mô phỏng sự sụt giảm cách âm ở tần số quan trọng
Chiều rộng và sâu của mức giảm trùng hợp (coincidence dip) phụ thuộc vào sự tổn thất năng lượng âm thanh trong vật liệu. Sự tổn thất này lớn thì mức giảm trùng hợp nông và rộng hơn, ít ảnh hưởng đến tổn thất truyền tải. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Quy luật về sự cộng hưởng trong cách âm: Các tấm cách âm cộng hưởng âm ở tần số thấp và gây ra sự giảm tổn thất âm thanh.
- Bức tường đôi: Các bức tường đôi là cách tốt để tăng tổn thất truyền tải mà không cần tăng khối lượng.
Xây hai bức tường để cách âm là phương pháp rẻ tiền và được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là tốn không gian và khó xây dựng.
3.4. Tổn thất tiếng ồn thực tế
Tổn thất của tiếng ồn (Sound Transmission Loss) từ các thiết bị thi công hoặc giao thông tới khu vực xung quanh được tính gần đúng bằng công thức sau:
L = Lp - ∆Lk/c - ∆Lmc- ∆Lkk (dBA) Trong đó:
L : Mức ồn truyền tới điểm tính toán, dBA Lp: Mức ồn của nguồn gây ồn, dBA
∆Lk/c: Mức ồn giảm đi theo khoảng cách, dBA
mc
L
∆ : Mức ồn giảm đi khi truyền qua vật cản.
∆Lkk: Mức ồn giảm đi do không khí và các bề mặt xung quanh hấp thụ. Tùy theo điều kiện mà có thể tính toán (dựa vào bảng trên) hoặc bỏ qua mức giảm này.
Ví dụ tính toán:
Ví dụ 1: Một nguồn âm điểm có tần số 1.000Hz, Lp = 110dBA. Trên hướng truyền âm có:
1 bức tường chắn bằng thủy tinh dày 1mm; 1 hàng cây có bề rộng là 1m;
Bề mặt là đất trồng cỏ;
Không khí có nhiệt độ 200C, độ ẩm 60% Tính mức âm tại khoảng cách 20 m?
Ví dụ 2: Mức âm đường phốđo được: LAeq = 80dBA (8 – 20h). Bề mặt truyền âm bằng phẳng, nhiệt độ không khí là 20 độ C, độẩm là 80%.
Dân cưở khoảng cách 20m có bị ảnh hưởng sức khỏe vì tiếng ồn không?
Tính toán các giải pháp để giảm ồn sao cho dân cư sống tại khoảng cách 20m không ảnh hưởng đến sức khỏe?
3.5. Tổng mức âm của nhiều nguồn điểm 3.5.1. Trường hợp có hai âm thành phần 3.5.1. Trường hợp có hai âm thành phần
Âm truyền tới điểm khảo sát gồm hai mức thành phần L1, L2 từ hai hướng khác nhau: 0 1 1 10lg I I L = ; 0 2 21 10lg I I L = Mức âm tổng cộng: 0 2 1 lg 10 I I I L = + ∑ Nếu L1 = L2 thì I2 = I2 ta có: ) ( 3 2 lg 10 2 lg 10 1 1 0 1 dB L L I I L∑ = = + = +
Như vậy, nếu hai mức âm truyền đến bằng nhau, mức âm tổng cộng sẽ bằng trị số của một mức cộng thêm 3 dB.
Hình 4.2: Độ tăng mức âm theo độ tăng của mức âm [1]
Nếu L1 > L2, nghĩa là I1 > I2. Chọn a (a < 1) là hệ số biểu thị độ chênh lệch giữa I1 và I2 khi đó I2 = aI1. Công thức trở thành: 0 1 2 10lg I aI L = Mức âm tổng cộng: ) 1 lg( 10 lg 10 1 0 1 1 a L I aI I L∑ = + = + +
Gọi ∆L=10lg(1+a)là mức âm gia tăng, như vậy:
L L L∑ = 1+∆
Trị số ∆Lphụ thuộc vào độ chênh lệnh (L1-L2)
L1 – L2 = a I I a I I lg 10 . lg 10 lg 10 0 1 0 1 − =−
Bảng 4.3: Mức âm gia tăng phụ thuộc vào hiệu số (L1-L2) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.5.2. Trường hợp có n âm bằng nhau
Khi đó ta có: L1 = L2 = L3 = ... = Ln = L
Mức âm tổng cộng được xác định theo công thức: L∑ = L + 10.lgn
3.5.3. Trường hợp có nhiều mức âm khác nhau
Mức âm tổng cộng có thể xác định bằng cách cộng dồn theo sơđồ sau [1]:
Ví dụ tính toán:
Xác định mức âm tổng cộng tại điểm A do 4 nguồn âm cùng truyền tới có mức âm là L1= 60 dB, L2 = 70 dB, L3 = 90 dB, L4 = 87 dB.
Chương 4. CẤU TRÚC VÀ VẬT LIỆU ÂM HỌC
4.1. Vật liệu hút âm (Sound Absorption Material)
- Vật liệu hút âm: Hấp thụ nhằm hạn chế phản xạ và hồi âm (reverb)
Vật liệu này làm giảm năng lượng âm thanh của các sóng âm khi đi qua nó. Hút âm được sử dụng để làm “mềm hoá” môi trường âm bằng việc giảm biên độ của sóng âm, nó thường được áp dụng ở những nơi bị bao kín ví như phòng thu studio hoặc trong nhà.
Hiệu quả của vật liệu hút âm được tăng gấp bội khi áp dụng nó ở những nơi có kết cấu bề mặt phản xạ vì âm thanh sẽ phải xuyên qua nó nhiều lần.
Hình 4.1: Mô phỏng đường đi âm thanh qua vật liệu tiêu âm [10]
Chất hấp thụ là vật liệu mềm như chăn, xốp, vải, nhựa, mút xốp…
Khả năng hấp thụ của vật liệu được đặc trưng bởi hệ số hấp thụ và có giá trị từ 0 – 1.
Để tăng hệ số hấp thụ, người ta thường sử dụng khoảng không (airspace) giữa các tấm hấp thụ.
Bảng 4.2: Hệ số hấp thụ của một số vật liệu
Tần số [Hz] Vật liệu
125 250 500 1000 2000 4000
Bê tông (thô, không sơn) 0,01 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 Thạch cao (13 mm, 100 mm khoang trống) 0,08 0,11 0,05 0,03 0,02 0,03 Ván ép (10 mm tấm) 0,28 0,22 0,17 0,09 0,10 0,11 Xốp Polyurethane (13 mm) 0,05 0,12 0,25 0,57 0,89 0,98 Bọt nhựa xốp (20 mm) 0,03 0,07 0,35 0,72 0,95 0,90 Xốp Polyurethane (51 mm) 0,35 0,51 0,82 0,98 0,97 0,95 Composite (25 mm) 0,11 0,28 0,68 0,90 0,93 0,96 Sợi thủy tinh (51 mm) 0,20 0,55 0,89 0,97 0,83 0,79
Vật liệu có hệ số hút âm lớn thì mức độ hồi âm và phản xạ nhỏ và ngược lại. Để xác định người ta sử dụng công thức thực nghiệm sau:
Độ vang rời rạc (Incoherent reverberation) [dB]: Li = 20 lg(a(1/a-1) Độ vang liên tục (Coherent reverberation) [dB]: Lc = 20lg(1/a)
Trong đó: a là hệ số hút âm (a = Eh/Et; Eh năng lượng âm bị VL hấp thụ; Et là năng lượng đi qua vật liệu)
Ví dụ: Bức tường thạch cao 15 mm; tại 125Hz, a = 0,08. Ta có độ vang rời rạc: Li = 10,6dB và độ vang liên tục Lc = 22dB.
4.2. Cơ chế hút âm của các vật liệu dạng sợi
Cơ chế hút âm của vật liệu dạng sợi (lỗ) là: Âm thanh đi vào những lỗ không khí nhỏ hẹp bị ma sát và tổn thất, đồng thời các sợi tơ ( fiber) trong vật liệu thu nhận những rung động, chuyển hóa thanh năng thành nhiệt năng.
Quần áo biểu diễn, rèm cửa sổ, rèm che sân khấu, đệm ghế, thảm nhà đều là những vật liệu hút âm dạng lỗ. Ngoài ra còn có những vật liệu chuyên dụng dành cho kiến trúc xây dựng như: Sợi thủy tinh, bông khoáng, xỉ len (slag wool), tấm gỗ dăm Oriented strand board (OSB), tấm gỗ sợi, cao su lưu hóa, cao su non…
Tính chất hút âm của vật liệu dạng lỗ là hút âm cao tần tốt, âm thấp tần kém. Đối với vật liệu hút âm dạng lỗ chất liệu gỗ thì rãnh và lỗ càng nhỏ thì khả năng hút âm càng tốt.
Khi sóng âm đi vào trong bề mặt bông, năng lượng âm đi vào trong các khe rỗng dẫn đến dao động các phân tử. Năng lượng âm mất dần để chống lại tác dụng của ma sát và tính nhốt của không khí dao động giữa các lỗ rỗng.
Điều kiện cần có để hút âm của vật liệu hút âm dạng xốp là: Vật liệu có số lượng lớn các khe rỗng, các khe rỗng đan vào nhau, khe rỗng nằm sâu trong bên trong vật liệu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.3. Vật liệu cách âm (Sound Barrier)
Vật liệu này làm giảm cường độ sóng âm ở một hướng cụ thể. Vật liệu cản âm can thiệp vào sóng âm khi nó phát ra từ nguồn âm, một phần năng lượng âm thanh sẽ tiếp tục đi tiếp theo hướng đã định sẵn tuy nhiên với cường độ nhỏ hơn rất nhiều so với sóng âm nguyên thuỷ.
Vật liệu cách âm: bông thủy tinh, cao su non, cao su lưu hóa, bông gốm, polystyren…
Hình 4.3: Mô phỏng đường đi của vật liệu cách (cản) âm [10]
Bản chất giữa 2 loại vật liệu cách âm và hút âm khác nhau, nhưng trong các công trình thông thường chúng đều được sử dụng kết hợp, cùng nhau phát huy hiệu quả chống tạp âm.
Chương 5. KIỂM SOÁT TIẾNG ỒN
Để kiểm soát tốt tiếng ồn cần có đánh giá đầy đủ nguồn ồn. Khảo sát nguồn ồn cần đảm bảo các thông tin sau [9]:
- Loại tiếng ồn;
- Mức ồn và biểu thời gian; - Sự phân bổ tần số;
- Nguồn ồn (đặc điểm, vị trí, công suất…); - Hướng truyền âm, vật liệu truyền âm; - Âm học của phòng (sự phản xạ);
- Số lượng đối tượng bị ảnh hưởng (hay công nhân làm việc).
5.1. Kiểm soát tiếng ồn trong nhà 5.1.1. Tiếng ồn không khí
- Sử dụng cách âm kết cấu cho các ngôi nhà, công trình có người hoạt động.
Kết cấu nhà cửa rất đa dạng nhưng về mặt âm học có thể chia thành hai loại cơ bản: + Kết cấu một lớp (bao gồm cả kết cấu nhiều lớp nhưng có liên kết cứng với nhau) khi chịu tác dụng của sóng âm, cả kết cấu phản ứng như một khối đồng nhất.
+ Kết cấu nhiều lớp, giữa chúng là khoảng hở hoặc một vài lớp vật liệu hút âm; khi chịu tác động của sóng âm, mỗi lớp có phản ứng khác nhau.
Kết cấu 02 lớp: đây là dạng kết cấu có mức độ cách âm tốt. Giữa 2 lớp có khe rỗng (có thể cho thêm vật liệu hút âm), khe rỗng càng lớn thì khả năng cách âm càng lớn.
- Hạn chế các khe hở không cần thiết:
+ Một lỗ kích thước lớn sẽ làm giảm mức cách âm hơn nhiều lỗ nhỏ có tổng diện tích bằng lổ lớn.
+ Trong các kết cấu cách âm: kết cấu cách âm càng cao thì các khe hở để lọt âm càng lớn và ngược lại.
+ Trường hợp có một lỗ hở và một khe hở diện tích bằng nhau, năng lượng âm truyền qua khe hở luôn lớn hơn năng lượng truyền qua lổ hở.
+ Bố trí các khu vực yên tĩnh (như phòng ngủ, phòng đọc sách…) vào sâu trong ngôi nhà, các khu vực khác như WC, bếp… bên ngoài hoặc sát đường giao thông.
5.2.2.Tiếng ồn va chạm sàn nhà
Phạm Ðức Nguyên (2000) đề nghị 2 nguyên tắc cơ bản giảm bớt sự truyền âm va chạm như sau:
- Nguyên tắc 1: Muốn làm giảm sự lan truyền âm va chạm trong kết cấu, cần phải cắt rời kết cấu hoặc đưa vào giữa chúng các lớp vật liệu đàn hồi.
- Nguyên tắc 2: Muốn giảm năng lượng âm va chạm truyền vào kết cấu, cần sử dụng các vật liệu mềm hoặc đàn hồi đặt trên bề mặt va chạm (mặt sàn).
Hình 4.4: Kết cấu giảm ồn và chạm
5.2. Kiểm soát tiếng ồn ngoài trời 5.2.1. Quy hoạch kiến trúc
- Cách ly vùng ồn cao với vùng dân cư, trường học, bệnh viện… - Bố trí các KCN, SX cuối hướng gió.
- Bố trí hợp lý các dải cây xanh có độ dày, số lớp tương ứng với mức ồn chung của dòng xe.
Bảng 4.4: Hiệu quả giảm tiếng ồn của cây xanh (Nguyễn Đức Nguyên) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Xây dựng các tường chắn ồn dọc theo đường giao thông, có thể là bờđất, bê tông, ốp vật liệu chống ồn
- Thiết kế các điểm giảm tốc, cua kẹo cũng góp phần giảm tiếng ồn - Thay thếđường bê tông có độồn cao bằng đường trải nhựa
5.2.3. Biện pháp quản lý và giáo dục
- Tuyên truyền nâng cao nhận thức để các cơ sở SX, KCN… có trách nhiệm giảm và kiểm soát tiếng ồn của mình (kiểm soát tại nguồn).
Các biện pháp kiểm soát tiếng ồn tại nguồn có thể lựa chọn: + Lựa chọn máy móc, thiết bị có độồn đạt tiêu chuẩn; + Thay thế hoặc sửa chữa lại những bộ phận bị hư và rung; +Cân bằng lại những bộ phận không cân bằng;
+ Bôi trơn những bộ phận thường di chuyển;
+ Thay thế vật liệu (như bánh răng thép bằng dải băng nhựa tổng hợp; vật liệu sắt thành nhựa…);
+ Thay thế máy móc: như thiết bị nén thủy lực thay thiết bị nén cơ; băng chuyền thay cho con lăn, bánh lăn bằng hơi thay cho xích…;
- Xây dựng hàng rào kỹ thuật và thực hiện nghiêm túc về tiêu chuẩn tiếng ồn cho xe cơ giới tham gia giao thông
- Kiểm tra và giám sát thường xuyên các điểm có khả năng gây ồn cao như phòng kinh doanh Karaoke, sàn nhảy…
5.3. Tiếng ồn các thiết bị
(Tự tìm hiểu)
5.4. Kiểm soát tiếng ồn công nghiệp
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Nguyễn Võ Minh Châu (2003), Bài giảng Ô nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý,
Đại học Cần Thơ.
2. Nguyễn Chí Hiếu (2009), Công nghệ xử lý ồn rung, Đại học Kỹ thuật công nghệ thành phố Hồ Chí Minh.
3. Phạm Ngọc Đăng (1992), Ô nhiễm môi trường không khí đô thị và khu công