›
›

Bài giảng Âm học kiến trúc

pdf 58 trang ngocly 2380
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Âm học kiến trúc", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_am_hoc_kien_truc.pdf

Nội dung text: Bài giảng Âm học kiến trúc

  1. BÀI GIẢNG ÂM HỌC KIẾN TRÚC
  2. BÀI GIẢNG ÂM HỌC KIẾN TRÚC Mục đích: + Cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về âm thanh, sự hình thành trường âm trong phòng khán giả, tính chất hút âm và phản xạ âm của các bề mặt vật liệu & kết cấu, những quy luật lan truyền của âm thanh trong công trình & trong đường phố. + Trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản để thiết kế nội thất âm học Phòng khan giả để đảm bảo chất lượng âm thanh trong phòng. + Trang bị cho sinh viên những hiểu biết về tiếng ồn, quan hệ giữa tiếng ồn và sức khỏe con người để giải quyết các bài toán về cách âm và chống ồn. 1
  3. Chương I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ÂM THANH - MỘT SỐ TÍNH TOÁN CƠ BẢN I. Bản chất vật lý của Âm Thanh. 1. Sóng âm: Về mặt vật lý âm thanh chính là dao động của sóng âm trong môi trường đàn hồi sinh ra khi có các vật thể dao động được gọi là nguồn âm. Bản chất của nguồn âm là kích thích sự dao động của các phần tử kế cận nó nên âm thanh chỉ lan truyền trong môi trường đàn hồi. Môi trường đàn hồi có thể coi là những môi trường liên tục gồm những phần tử liên kết chặt chẽ với nhau, lúc bình thường mỗi phần tử có 1 vị trí cân bằng bền (môi trường chất khí, chất lỏng, chất rắn là những môi trường đàn hồi). Trong quá trình truyền âm thì dao động giảm dần & tắt hẳn. a. Phân loại phương dao động: Tùy theo tính chất của môi trường đàn hồi mà có thể xuất hiện sóng dọc hay sóng ngang. - Sóng dọc: phương truyền. Xảy ra khi các phân tử dao động song song với phương truyền âm. Xảy ra trong môi trường chất lỏng, khí. - Sóng ngang : phương truyền: Xảy ra khi các phân tử dao động vuông góc với phương truyền âm. Xảy ra trong môi trường rắn. * Dạng mặt sóng: Mặt sóng là mặt chứa những điểm (phân tử) có cùng trạng thái dao động tại một thời điểm nào đó - Sóng cầu: Khi nguồn sáng là 1 điểm - Sóng phẳng : Mặt sóng là những mặt phẳng // với nhau và vuông góc tia sóng. Khi cách xa nguồn sóng một khoảng cách cố định thì các lớp mặt sóng xem như phẳng song song. Tia mặt sóng 2
  4. - Sóng trụ khi nguồn là một đường, mặt sóng là mặt trụ - Sóng uốn: Lan truyền trong các bản mỏng như kêt câu tường - Sóng âm được biểu diễn dưới dạng Pmax Ptb = 2 b. Các đại lượng đặc trưng của sóng âm là: + Tần số: f (hz) Số dao động của các phân tử thực hiện trong một 1giây c Ký hiệu: f (hz) = λ Tại nguồn cảm thụ được những âm thanh có tần số từ 16 đến 20.000 hz. Những âm thanh có f 20.000 hz gọi là siêu âm. Tại người không cảm thụ được âm thanh này 3
  5. + Chu kỳ: T(s) Là số thời gian tính bằng giây để hoàn thành 1dao động 1 T = (s) f + Bước sóng λ (cm, m) Là khoảng cách ngắn nhất giữa 2 điểm có cùng pha dao động. Tại người cảm thụ được những âm thanh có bước sóng λ = 1,7cm ÷20m C λ = = C.T f Vận tốc truyền sóng âm: C(m/s). Là đặc trưng quan trọng của quá trình truyền âm . Khi môi trường khác nhau thì tốc độ truyền âm cũng khác nhau. Vận tốc truyền sóng âm phụ thuộc vào môi trường & dạng của sóng âm lan truyền trong đó . Ví dụ: ở t = 00C => Vận tốc truyền âm trong không khí là 330m/s. Trong nước C = 0 1440 m/s. Khi t = 20 C. Ckhông khí = 343m/s - Vận tốc truyền âm còn phụ thuộc cấu trúc của vật liệu Ví dụ: Cây đàn u dài ề chi chiều ngang Chiãöu daìi => đạt cộng hưởng tốt nhất Chiãöu ngang 2. Các đơn vị cơ bản đo âm thanh theo hệ thập phân. a. Công suất của nguồn âm P(W): Công suất của nguồn âm là tổng số năng lượng do nguồn bức xạ vào không gian trong 1 đơn vị thời gian 4
  6. b. Áp suất âm: p[w/m2 ] Khi sóng âm tới 1 mặt nào đó, do các phân tử của môi trường dao động tác dụng lên đó một lực gây ra áp suất âm. Áp suất ở đây là áp suất dư do sóng âm gây ra ngoài áp suất khí quyển. Áp suất âm được xác định theo công thức P = ρ.C.v (đối với sóng phẳng) Trong đó: ρ [kg/m3]. Mật độ của môi trường C [m/s]: Vận tốc truyền âm v [m/s]: Vận tốc dao động của các phân tử Áp suất âm là 1 đại lượng biến thiên theo thời gian tại 1 điểm bất kỳ nào đó trong trường âm. Tuỳ vào thời điểm : (bị nén => Pmax , bị kéo => Pmin ). Trong tính toán ta tính giá trị trung bình: Pmax Ptb = 2 Trong phạm vi âm nghe được, áp suất âm trong khoảng 2.10-4 ÷ 2.102 µbar chênh lệch 106 lần. Đó là phạm vi rất rộng (1 bar = 105N/m2 = 106 µbar) c. Âm trở của trường âm: ρ.C [kg/m2s] ρ[kg/m3 ]: Mật độ môi trường C[m/s]: Vận tốc truyền âm d. Cường độ âm: I[J/m2, W/m2]: Là số năng lượng âm trong bình đi qua 1 đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền trong đơn vị thời gian. p2 I = p.v = ρ.c Trong không gian hở (sóng âm chạy) còn gọi là không gian tự do => cường độ âm giảm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách I Ir = 4πr 2 Trong đó: Ir là cường độ âm cách nguồn bằng 1 khoảng cách r . 5
  7. e. Mật độ năng lượng âm: E[J/m3]. Là số năng lượng âm chứa trong 1 đơn vị thể tích của môi trường. Trong sóng âm chạy (chỉ truyền đi không có phản xạ trở lại) thì I P2 E = = C SC2 Mật độ năng lượng âm là một đại lượng vô hướng và là 1 đặc trưng rất quan trọng trong trường âm khi hướng của sóng âm đã không biết. 3. Các đơn vị đo âm thanh theo thang lôgarít: Trong phạm vi âm thanh mà tai người nghe được thì các đơn vị trong hệ thập phân thay đổi trong phạm vi rất lớn từ 106.1012 lần. Vì vậy mà tai người và các dụng cụ âm học rất khó phân biệt, đánh giá âm thanh. Mặt khác sự thay đổi một vài đơn vị đo trong hệ thập phân thì tai người không cảm nhận được. Vì vậy trong âm học ứng dụng người ta thường dùng thanh lôgarít để đo âm thanh. a. Mức cường độ âm: LI (dB) Cảm giác nghe to của tai người đối với 1 âm không tỷ lệ thuận với cường độ của âm I đó. Khi cường độ âm từ I0 =>I thì cảm giác nghe to tăng tỷ lệ với lg . Nếu gọi I là cường I0 độ âm đang xét & I0 là cường độ âm của ngưỡng nghe của âm tiêu chuẩn thì: I LI = 10lg (dB) I0 -12 2 -4 2 Với âm tiêu chuẩn :I0 = 10 W/cm và Id = 10 W/cm P2 b. Mức áp suất âm: Lp (dB). Từ I = SC P LP = 20lg (dB) P0 -5 2 2 Với âm tiêu chuẩn P0 = 2.10 N/m , Pd = 2.10 N/m c. Mức mật độ năng lượng âm: LE (dB) E LE = 10lg (dB) E0 -5 3 -3 3 - Với âm tiêu chuẩn: E0 = 3.10 J/m , Ed = 3.10 J/m Mức âm - Ngưỡng nghe: LI = 0 dB, LP = 0 - Ng ưỡng đau tai LI = 130 dB, Lp = 140dB 6
  8. - Mức âm của 1 số nguồn thường gặp: - Vườn yên tĩnh : 20 ÷ 30dB - Tiếng nói thầm xì xào (cách 1m) : 35dB - Nói to :(60 ÷ 70)dB - Phòng hòa nhạc disco : 100dB 4. Phổ âm: - Âm thanh chỉ có 1 tần số gọi là âm đơn. Trên thực tế chỉ có dụng cụ duy nhất là thanh la. - Phần lớn các nguồn âm trong thực tế là âm hỗn hợp của nhiều âm với nhiều tần số khác nhau gọi là phổ âm. Vì vậy khi giải bài toán về âm thanh cần biết được đặc tính tần số của âm, nó cho biết sự phân bố của mức áp suất âm theo tần số. Để thuận tiện trong âm học người ta chia phạm vi tần số âm nghe được thành các dải tần số Mỗi dải tần số được đặc trưng bằng các tần số giới hạn (f1 là giới hạn dưới, f2 là giới hạn trên). Bề rộng dải: ∆f = f1 - f2 và ftb = f1f2 f Dải 1octave (ốc ta): 2 = 2 (hay là 1 bátđô trong âm nhạc) f1 125 250 500 1000 2000 hz và 4000 hz Thường được sử dụng khi nghiên cứu âm học phòng khán giả và trong chống ồn. f f Dải 1/3 octave 2 = 3 2 , Dải nửa ôcta là 2 = 2 =1,4 f1 f1 125 160 ÷ 200 250 320 ÷ 400 500 1000 2000 hz 1 octave 1/3 octave hz 125 250 500 1000 5. Đo âm thanh a. Đo bằng vật lý sau đó chuyển về đo cảm giác fôn của tai người ta dùng mạch chuyển đổi A, B, C, D 7
  9. A,B,C Đ M K K A: Mức thấp: 0 ÷ 40dB B: Mức trung bình: 41 ÷ 70dB C: Mức cao: 71 ÷ 120 dB D: Mức rất cao: > 120 dB M: Micro phôn K: Bộ khuyếch đại (tăng âm) L : Bộ lọc tần số TG: Máy tự ghi MH : màn hình PT L TG MH K K Máy phân tích âm thanh theo tần số có thể ghi lại trên băng từ hoặc ghi lại trên màn hình. - Các âm thanh phát ra có âm thanh ổn định và không ổn định. Âm thanh ổn định mức âm biến thiên không quá 5 dB Ví dụ: 125 hz (1 octave) => 63dB 250 hz => 61 dB 500 hz => 59 dB II. Các đặc trưng sinh lý của âm thanh 1. Phạm vi âm nghe thấy - Về tần số: f = 16hz ÷ 20.000 hz - Về mức áp suất âm: Lp = 0 ÷ 120 dB - Ngưỡng nghe: Giới hạn đầu tiên mà tai người cảm thụ được âm thanh. - Ngưỡng chối tai: - Mức âm tối thiểu để tai cảm thụ 20 ÷ 30dB 8
  10. 2. Độ cao của âm thanh: Phụ thuộc vào f: Xét dao động của 1 dây đàn f0 a 2f0 b 3f0 c + Khi dao trên toàn chiều dài, tần số dao động thấp nhất, âm trầm nhất gọi là âm cơ bản. Tần số f0 gọi là tần số cơ bản, quyết định độ cao của âm thanh. Tần số f0 gọi là tần số cơ bản, quyết định độ cao của âm thanh. Tần số dao động 2f0, 3f0 đều gọi là bội số của tần số cơ bản, âm của chương lag họa âm. Họa âm càng nhiều, âm nghe càng du dương. Như vậy ta có: + f thấp : 16 ÷ 355hz + f trung bình : (356 ÷ 1400) hz + f cao : (1401 ÷ 20.000) hz 3. Âm sắc: Âm sắc chỉ sắc thái của âm du dương hay thô kệch, thanh hay rè, trong hay đục. Âm sắc phụ thuộc vào cấu tạo của sóng âm điều hòa. Cấu tạo của sóng âm điều hòa phụ thuộc số lượng các loại tần số, cường độ & sự phân bố chung quanh âm cơ bản - Cường độ & mật độ họa âm cho ta khái niệm về âm sắc khác nhau. + Âm điệu chỉ âm cao hay thấp, trần hay bổng. Âm điệu chủ yếu phụ thuộc vào tần số của âm: f cao => âm cao, f thấp => âm càng trầm. 4. Mức to, độ to: Mức to, độ to của 1 âm là sức mạnh cảm giác do âm thanh gây nên trong tai người, nó phụ thuộc vào p & tần số của âm. Tai người nhạy cảm với âm có f = 4000 hz & giảm dần đều 20 hz 9
  11. a. Mức to: F Đơn vị đo: Fôn Cảm giác to nhỏ khi nghe âm thanh của tai người được đánh giá mức to & xác định theo phương pháp so sánh giữa âm cần đo với âm tiêu chuẩn. Đối với âm tiêu chuẩn, mức to có trị số bằng mức áp suất âm (đo dB). Muốn biết mức to của 1 âm bất kỳ phải so sánh với âm tiêu chuẩn - Với âm tiêu chuẩn : Mức to ở ngưỡng nghe là 0 Fôn ngưỡng chối tai là 120 Fôn. - Cùng 1 giá trị áp suất âm, âm tần số càng cao => mức to càng lớn. Bằng phương pháp thực nghiệm người ta vẽ được bản đồ đồng mức to 140 dB Ngưỡng chối tai 120 dB 120 t âm t âm ấ 100 80 c áp su 60 ứ M 40 20 Ngưỡng nghe -20 hz 20 100 500 1000 5000 10.000 b. Độ to: S: Đơn vị Sôn Khi so sánh âm này to hơn âm kia bao nhiêu lần ta dùng khái niệm "độ to" Độ to là 1 thuộc tính của thính giác, cho phép phán đoán tính chất mạnh yếu của âm thanh. Mối liên hệ giữa Sôn & Fôn như sau: S = 20,1(F-40) Như vậy nếu mức to của 1 âm = 40F => độ to của âm đó S = 1 Sôn Khi mức to tăng 10F thì độ to tăng gấp 2 III. Một số tính toán âm thanh Bài Toán 1: Tính mức âm tại 1 điểm cách nguồn âm 1 khoảng r (m) L LP A N r 1 A 10
  12. βr LA = LP + 10lgF - 10lg Ω - 20lgr - 1000 Trong đó: F: Hệ số định hướng của nguồn âm Ω: góc khối bức xạ của nguồn lấy như sau: Khi nguồn bức xạ cả không gian thì Ω = 4π -Bức xạ trên 1 mặt phẳng thì Ω = 2π. Bức xạ nằm gần góc nhị diện thì Ω = π, tam diện Ω = π/2 F: Hệ số có hướng. Trong thực tế nguồn âm bức xạ không đều theo các 2 Ph hướng. Tính có hướng được đặc trưng bằng hệ số có hướng F = 2 Ptb h β: hệ số hút âm của không khí tra bảng f 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 dB β Km 0 0,7 1,5 3 6 12 24 48 r (m): khoảng cách từ nguồn đến điểm A LP: Công suất nguồn âm Bài Toán 2: L LA B B N r1 A r 2 r2 - Sóng cầu (nguồn điem): LB = LA - 20lg (dB) r1 r2 - Sóng trụ (nguồn âm đường): LB = LA - 10lg (dB) r1 11
  13. Bài Toán 3: ΣL = L1 + ∆L A Trong đó : + L1: Mức âm của nguồn âm lớn nhất + ∆L: Số gia của nguồn âm ,phụ thuộc vào hiệu số L1 và L2; tra bảng L2 - L1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 20 ∆L 3 2,5 2 1,6 1,5 1,2 1 0,8 0,6 0 Ví dụ 1. Nguon 1 co L1 = 70dB Nguon 2 co L2 = 71dB Nguon 3 co L3 = 69dB Nguon 4 co L4 = . 69dB 2-1 LA = 71 + 2,5 = 73,5 dB 2-1-3 LA = 73,5 + 1,5 = 75 dB 2-1-3-4 LA = 75 + 1 = 76 dB 1-n 1 LA = LA + 10 lgn dB Ví dụ 2: L1 = 90 dB L2 = 85dB L3 = 88 dB Tính Σ L Σ L132 = 92 + 0,8 12
  14. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU & KHOẢNG CÁCH HÚT ÂM I. Hệ số hút âm Et = Efx + Ehâ E Nếu đặt β = fx => gọi là hệ số phản xạ âm thanh E t E α = há => gọi là hệ số hút âm Et Theo định luật bảo toàn năng lượng thì α + β = 1. Nếu β = 0 => α = 1 => vật liệu hút âm hoàn toàn. Nếu α = 0 => β = 1 => VL phản xạ âm hoàn toàn. Với Ph : Áp suất đo ở khoảng cách nhất định theo hướng nhất định h P te : Áp suất âm trung bình theo mọi hướng ở khoảng cách đó Et w θ Ex Em Ef Hệ số hút âm 2 đặc trưng cho khả năng của vật liệu và khoảng cách hút 1 phần âm thanh tới. Đây chính là đặc trưng trọng nhất của vật liệu & khoảng cách, nó quyết định sự hình thành trường âm + Hệ số α phụ thuộc vào góc tới θ : Khi θ = 0 => α lớn nhất, khi θ = 900 => nhỏ nhất. + Hệ số hút âm phụ thuộc vào tần số của âm tới (ft) + Hệ số α phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liêu (trọng lượng riêng, độ rỗng, cấu trúc) + Hệ số α phụ thuộc vào thông số hóa học. II. Một số vật liệu & khoảng cách hút âm 1. Vật liệu xốp hút âm a. Cấu tạo: Gồm vật liệu xốp rỗng, các lỗ rỗng thông nhau & thông ra mặt ngoài nơi sống âm đập vào. Các khe rỗng đan vào nhau trong vật liệu, vách của các khe rỗng bằng cốt liêu cứng hoặc đàn hồi 13
  15. o o o o o o b. Nguyên tắc làm việc: Khi sóng âm với năng lượng Et đập vào, không khí trong các khe rỗng dao động, năng lượng âm mất đi để chống lại tác dụng của ma sát và tính nhốt của không khí dao động giữa các lỗ rỗng. Một phần năng lượng âm xuyên qua vật liệu khả năng hút âm của vật liệu xốp phụ thuộc vào độ xốp, chiều dày và sức cản của không khí * Độ xốp của vật liệu là đại lượng không thứ nguyên V caïcläù khê(khäng kãø läù khê) Độ xốp = Vcuía máùu váût liãûu * Sức cản thổi khí (sức cản khi thổi 1 dòng khí qua mẫu VL) ∆P r = N.S/cm4 vδ Trong đó: ∆P: Hiệu số áp suất trên 2 bề mặt của mẫu VL (N/cm2) v: Vận tốc dòng khí thổi qua khe rỗng (cm/s) δ: Chiều dày của vật liệu (cm) Nếu r càng lớn, khả năng hút âm của vật liệ càng nhỏ. * Chiều dày của lớp vật liệu xốp: δ Để tránh chi phí thừa khi bố trí cấu tạo lớp vật liệu xốp hút âm ta phải xác định chiều dày δ 260 kinh tế. Khi r δ = r Nếu vật liệu xốp đặt trực tiếp lên bề mặt phản xạ cứng thì: 80 < δr < 160 NS/cm4 để hệ số hút âm lớn nhất. Nếu phía sau lớp vật liệu xốp có lớp không khí thì: 40 < δr < 80 NS/cm4 Trong thực tế chiều dày δ cần thiết, người ta đã xác định cho sẵn ở các bảng. 14
  16. Chú ý: Đại đa số vật liệu xốp hút tốt các âm thanh có tần số cao. 2. Các tấm dao động (cộng hưởng) hút âm: + Cấu tạo: gồm 1 tấm mỏng có thể bằng gỗ dán bìa, cáttông đặt cố định trên hệ sườn gỗ. Phía sau tấm mỏng là khe không khí. 1 2 4 3 1. Tấm mỏng 2. Sườn gỗ 3. Mặt cứng 4. Khe không khí + Nguyên tắc làm việc: Khi sóng âm đập vào bề mặt của kết cấu. Dưới tác dụng biến thiên của áp suất âm, tấm mỏng bị dao động cưỡng bức, do đó gây ra tổn thất ma sát trong nội bộ bản, năng lượng âm biến thành cơ năng và nhiệt năng để thắng nội ma sát khi tấm mỏng dao động. Khi f sóng âm tối ≡ f dao động của tấm => xảy ra hiện tượng cộng hưởng và lúc đó khả năng hút âm của vật liệu lớn nhất. Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ bền lâu, hợp vệ sinh. Chống ẩm và chống các tác động cơ học tốt. Hỏng hóc dễ sữa chữa. Nhược điểm: Chỉ hút âm ở tần số thấp. 3.Kết cấu hút âm bằng vật liệu xốp đặt sau tấm đục lỗ. Cấu tạo: Phức tạp hơn tấm dao động hút âm gồm 1 tấm mỏng, trên có xẻ rảnh hay đục lỗ. Sau tấm đục lỗ có dán 1 lớp vật liệu ma sát để làm tăng sự mất mát năng lượng âm (lớp ma sát có thể là lớp vải mỏng, vải thủy tinh). Giữa tấm mỏng và lớp vật liệu xốp là lớp không khí. 15
  17. 3 1 2 4 5 1. Tấm mỏng đục lỗ 2. Lớp vải mỏng 3. Khe không khí 4. Lớp vật liệu xốp 5. Mặt tường cứng Kết cấu này có khả năng làm việc như tấm dao động hút âm và dễ điều chỉnh đặc tính tần số hút âm. Khả năng hút âm của kết cấu phụ thuộc vào số lỗ và đặc tính của lỗ đục ở trên tấm. * Nếu diện tích lỗ đục lớn và số lỗ đục trên tấm nhiều => kết cấu làm việc như tấm vật liệu xốp hút âm (T.e: Tấm đục lỗ không có ảnh hưởng đến khả năng hút âm của kết cấu. * Nếu diện tích lỗ đục nhỏ và số lỗ đục ít => kết cấu làm việc như tấm dao động hút âm . Nếu thay đổi diện tích lỗ đục, chiều dày vật liệu, khe hở không khí thì khả năng hút âm của kết cấu sẽ thay đổi. Như vậy muốn kết cấu hút âm ở tần số cao thì diện tích lỗ đục chiếm < 15% thì kết cấu hút âm ở tần số thấp. Ưu điểm: Dễ điều chỉnh khả năng hút âm. Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp 4. Lỗ cộng hưởng hút âm Cấu tạo: Nó là thể tích không khí kín bởi các mặt tường cứng và thông với bên ngoài qua 1 cái cổ dài. Cấu tạo có 2 phần + Lỗ: Đóng vai trò như đệm không khí để cho phần không khí chỗ cổ dao động dễ dàng có thể hình tròn, vuông, đa giác. + Cổ lỗ: Có chiều dài nhất định, không khí trong bụng lỗ thông với không khí trong phòng qua miệng lỗ. Khi λ của sóng âm tới lớn hơn 3 kích thước của lỗ thì không khí trong lỗ có tác dụng như 1 lò xo đàn hồi. Cột không khí trong cổ như 1 pít tông khối lượng m. Dưới tác 16
  18. dụng của sóng âm tới, cột không khí trong cổ dao động lui tới như 1 pít tông, không khí trong lỗ vì không thoát ra được và thể tích lỗ lớn hơn cổ nhiều nên nó có tác dụng như một đệm đàn hồi làm cho năng lượng âm mất đi để biến thành cơ năng và nhiệt năng thắng nôi ma sát khi không khí trong cổ dao động. Khi tần số âm tới ≡ f dao động riêng của lỗ thì hirnj tượng cộng huởng xảy ra => khả năng hút âm của lỗ lớn nhất. Các lỗ cộng hưởng thế này được dùng từ lâu trong kiến trúc để tăng cường âm vang trong các nhà thờ cổ. Áp dụng nguyên tắc hút âm này người ta chế tạo các nanen cộng hưởng. Mỗi một lỗ và thể tích không khí phía sau được coi như 1 lỗ cộng hưởng. Kết cấu này hút âm mạnh nhất ở những tần số nhất định. 1 2 3 1. Tấm đục lỗ 2. Lớp vải 3. Khe không khí Ưu điểm: Kết cấu này có hệ số hút âm cao rẻ tiền dễ chế tạo. Nhược điểm: Đặc tính tần số hút âm không đều 17
  19. (táúm âuûc läù 2) 1(vaíi moíng) 3 khung Để nhận được hệ số hút âm cao và đều trong dải rộng tần số người ta làm kết cấu cộng hưởng bằng nhiều lớp đục lỗ đặt song song với nhau (kết cấu hút âm kiểu này được thi công ở cung văn hóa và khoa học Vacsava (Ba Lan) 5. Kết cấu hút âm đơn: Là những kết cấu được chế tạo đặc biệt dưới dạng tấm rời, có dạng hình cầu Hiệu quả hút âm của kết cấu này được tăng lên khi kích thước của chúng < hoặc gần bằng bước sóng λ của sóng âm tới nên gọi là kết cấu hút âm nhiều xạ. Khi nghiên cứu cấu tạo của chỏm hút âm ta thấy: Vỏ làm bằng tấm kim loại, trong đặt vật liệu xốp với δ = 12,5 ÷ 25 mm và thường được treo ở những độ cao khác nhau trên những nguồn ồn. 1. Bản đục lỗ 3 2 1 1. Bản đục lỗ 2. Lớp vật liệu xốp 3. Lò xo để treo Chú ý: Người và các đồ gỗ trong phòng, các dụng cụ trong nhà đều là những kết cấu hút âm đơn. 18
  20. Chương 3: ÂM HỌC PHÒNG KHÁN GIẢ I. Yêu cầu chất lượng âm học đối với phòng khán giả. 1.Định nghĩa: Phòng khán giả là một phòng kín, có the tich tương đối lớn, bị giới hạn bởi các bề mặt tường có tính chất đã biết. Có thể dùng làm hội trường, giảng đường, biểu diễn ca nhạc, kịch nói và có thể hoà nhạc Với hai chức năng nghe và xem. Về mặt vật lý có thể coi phòng khán giả là he thống không những chịu sự kích thích của nguồn âm ma con thuc hien nhung giao dong rieng ngay cả sau khi nguồn âm đã tắt. 2. Phân loại: a.Theo đặc điểm của âm thanh: + Phòng nghe trực tiếp + Phòng nghe qua hệ thống điện thanh (HTĐT) + Phòng nghe trực tiếp + HTĐT b. Theo đặc điểm của nguồn âm: + Nghe tiếng nói: Rõ hay không rõ + Nghe âm nhạc: Hay hoac khong hay + Nghe tiếng nói + âm nhạc: Rõ + hay. 3. Đánh giá chất lượng âm hoc của phòng khán giả a.Đánh giá chat luong am hoc theo chủ quan: Rất phức tạp nên chia phòng khán giả theo chức năng của phòng theo 2 loại: * Loại nghe tiếng nói: Là chủ yếu hội trường, giảng đường ở đây chất lưọng âm học của phòng được đánh giá qua độ rõ. Phong được coi là độ rõ tốt khi tiếng nói hiểu được dễ dàng: Người nói không bị giãn sức, người nghe không bị căng thẳng. Độ rõ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: + Đặc điểm của phòng. + Đặc điểm của âm phát ra + Sự chú ý của người nghe. Để xác định độ rõ người ta dùng phương pháp thực nghiệm: chọn 100 âm tiết vô nghĩa, rời rạc, đọc lên ở sân khấu, người nghe ngồi ở tất cả các vị trí trong phòng, ghi lại các âm mình nghe được (gọi là độ rõ âm tiết) 19
  21. Säú ám tiãtú ngheâæåüc Độ rõ âm tiết A = x 100% Säúám tiãút âoüc A ≥ 85% : Phòng có độ rõ rất tốt → Độ rõ câu 97% A = (75 ÷ 84) % : Phòng có độ rõ Tốt → Độ rõ câu 95% A = 65 ÷ 74 % : Đạt → Độ rõ câu 90% A < 65 % → Không đạt. * Loại phòng nghe âm nhạc: Nghe hay và tạo được cảm xúc. Việc đánh giá rất khó khăn vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủ quan của người nghe vào nội dung và trình độ biểu diễn của dàn nhạc. Vì vậy muốn đánh giá chat luong am hoc người ta dựa vào 3 chỉ tiêu: + Tính phong phú của âm thanh trong phòng + Âm thanh phát ra rõ ràng và âm sắc không đổi + Sự cân bằng âm vang của các nhóm nhạc cụ tại mọi chỗ ngồi trong phòng. Việc đánh giá chu quan cho phép lết luận được chat luong am hoc của phòng nhưng không tìm ra phương pháp thiết kế 1 phòng có chat luong am hoc tốt. a.Đánh giá chất lượng âm học của phòng khán giả theo khách quan: Có nhiều yếu tốt ảnh hưởng đến chat luong am hoc của phòng khán giả như kích thước, hình dáng của phòng, các giải pháp kết cấu, cách gia công các bề mặt trong phòng v.v Một phòng có chat luong am hoc tốt nếu thoã mãn các yêu cầu sau: + Có đủ năng lượng âm trên mọi chỗ ngồi của khán giả (mọi chỗ ngồi có độ rõ tốt) + Âm vang của phòng phải phù hợp với mọi kích thước của phòng và chức năng của phòng . + Tạo được trường âm thanh hoàn toàn khuyết tán, tránh được các hoạt động sấu (tiếng dội, hôi tụ âm ) + Có một cấu trúc thích hợp về thời gian cũng như mức âm giữa âm trực tiếp và âm phản xạ. Tóm lại: Chất lượng âm học của phòng khán giả được đánh giá: a.Độ rõ b.Độ khoách tán của trường âm: phụ thuộc vào khả năng phản xạ khuyết tán âm thanh các bề mặt trong phòng. 20
  22. ha hz M Một phòng được coi là có độ khuếch tán lý tưởng khi tại các điểm trong phòng đo âm thanh đến từ mọi hướng với tần suất và cường độ như nhau. Thời gian âm vang thích hợp. Lp(dB) 80 - Thể tích phòng T(s) { - Chức năng phòng Có 3 cơ số lý thuyết để nghiên cứu trường âm - Lý thuyết sóng: Cho phép giải thích chính 20 t(s') xác bản chất vật lý của các quá trình âm T(s) thanh xẩy ra trong phòng. Tuy nhiên quá trình này phức tạp và kồng kềnh. - Lý thuyết thống kê: Cho phép lý tưởng hoá các quá trình vật lý xảy ra trong phòng và coi năng lượng âm ở 1 điểm trong phòng bằng tổng năng lượng của các âm phản xạ tới các điểm đó và bỏ qua tính chất sóng của âm thanh. - Lý thuyết âm hình học: Theo lý thuyết này trường âm được xét dưới dạng tổng công của các tia âm (sóng âm thay bằng các tia âm). Các tia âm dựng theo quy luật quang hình học cho phép xác định điểm tới của âm trên các bề mặt của phòng. II. Thiết kế âm học theo nguyên lý âm hình học. 1. Nguyên lý âm hình học: Khi âm thanh tới một bề mặt có kích thước là a → xảy ra các hiện tượng sau đây: + Khi a >> λ (1,5 ÷ 2) lần thi xảy ra hiện tượng phản xạ định hướng.Đây là hiện tượng tốt trong trường âm Người ta lợi dụng hiện tượng này để thiết kế các phản xạ âm bổ sung cho các điểm xa nguồn âm. 21
  23. + Khi a ≈ λ → Xảy ra hiện tượng phản xạ khuếch tán. Đây cũng là hiện tượng tốt trong trường âm. + Khi a > λ. a. Thiết kế bề mặt phản xạ âm. m 8 7 ÷ tt LB > λ λmax = 17m o Phản xạ định hướng f = 20 ÷ 20.000hz khuếch tán từ mặt cong lồi c λ = . f Ví dụ: Có 2 âm tới mặt phẳng .Bề mặt có kích thước 3m; f1 = 100 hz; f2 = 1000 hz.Tinh xem âm nào có thể phản xạ được 3m Đối với âm f1 = 100 hz; Tinh bước sóng λ1=3,4m 340 λ = = 3,4m . 1 100 α α → Không có phản xạ vì bước sóng của âm tới > bề mặt (3m) 22
  24. 340 λ = = 0,34m 2 1000 Âm f2 = 1000 hz mới có phản xạ * Tại những vị trí xa nguồn âm, độ rõ thường bị giảm do các nguyên nhân sau: + Sự hút âm của bề mặt. + Số phần tử môi trường ngày càng tăng lên năng lượng âm chia nhỏ trong quá trình lan truyền. Để khắc phục hiện tượng này cần thiết kế những bề mặt phản xạ âm ở tường bên, ở trần. đặc biệt là phần trần, tường bên gần bề mặt phản xạ sân khấu, kích thước 5 ÷ 6m. 5m 0. s' Nguồn âm A Q B s C D Xa sân khấu có thể nhỏ hơn 2 ÷ 3m. Bề mặt phản xạ nên lấy dư ra 0,5m về mỗi phía. b. Áp dụng nguyên lý âm hình học để thiết kế hình dạng phòng. + Hình dạng phòng: + Hình dạng phòng tốt nếu phòng tạo được sự phân bố đều đặn năng lượng âm có đủ năng lượng phản xa để nghe rõ. + Đối mặt bằng hình chữ nhật: Âm thanh phân bố tương dối đều đặn .Tỷ lệ mặt bằng N Rộng / Dài = 3÷5 * Khu vực trắng không phản xạ ở phía trước nhỏ nhất. Mặt bằng hình chữ nhật * Khi chiều rộng phòng lớn cấu trúc âm trực hình -1 tiếp và âm phản xạ ở chỗ ngồi phía trước không tốt,dễ tạo thành tiếng dội. + Mặt bằng hình thang: (H .2) * Khu vực ngồi nằm ngoài góc nhìn ở phía sân khấu tương đối nhiều, ở đây tần số âm cao yếu, phòng khán giả lớn khu vực Hình 2 này càng rộng. 23
  25. * Kết cấu và thi công hình chữ nhật đơn giản. Nên mặt bằng hình chữ nhật áp dụng cho quy mô phòng vừa và nhỏ. s Để khắc phục góc nhìn ngoài góc 450 trước sân khấu, rút ngắn cự ly phản xạ ,thư ờng cải tiến mặt bằng hình chữ nhật thành mặt bằng Hình 3 hình quả chuông + Mặt bằng hình quạt: Hiệu quả âm thanh của loại mặt bằng này phụ thuộc vào góc φ tạo thành giữa tường bên với trục dọc của phòng. Góc φ càng lớn vùng trắng không Hình 4 có phản xạ phía trước càng lớn góc φ ≤ 220 tốt nhất φ = 100. * Loại mặt bằng này tường sau tương đối s rộng. Để tránh đơn điệu, kiến trúc thường xử lý cong, khi đó chú ý đặt tâm cong nằm xa sau sân khấu để tránh tiêu điểm âm hoặc tiếng dội rơi trên sân khấu , có thể xử Hình 5 lý khuếch tán âm trên mặt tường này. * Đặc điểm nổi bật của loại mặt bằng này là đảm bảo góc nhìn nằm ngang tốt. Loại mặt bằng này chứa nhiều khán giả những chỗ ngồi lệch tương đối nhiều. - Do đó góc lệch φ nên thi công phức tạp. - Từ ưu điểm về nhìn và nghe, mặt bằng này thường áp dụng cho nhà hát lớn và vừa. Góc φ càng lớn càng chứa nhiều khán giả nhưng chất lượng về âm kém. Để khắc phục thiếu sót này thường xử lý khuếch tán trên 2 mặt tường trên. (H.3) + Mặt bằng hình lục giác:(H.5) Là mặt bằng cải tiến từ mặt bằng hình quạt cắt bỏ góc lệch sau. s Trường âm tương đối đều, tăng cảng được mức âm cho khu vực ngồi giữa. (H.5) Nữa tường bên phía sau ngắn. Hình 6 (H.6) Nữa tường bên phía sau dài 24
  26. * So với mặt bằng hình quạt cùng thể tích, mặt bằng này bỏ được nhiều chỗ ngồi lệch, kết cấu thi công phức tạp. * Là loại mặt bằng có trường âm tương đối đều. Thích hợp với phòng hoà nhạc. Đối với nhà hát thích hợp cho loại vừa và nhỏ. + Mặt bằng hình bầu dục: (H.7) * Do tường cong nên âm phản xạ men theo tường, tạo thành tiêu điểm âm, âm không đều. * Loại hình này phổ biến cho nhà hát ngoài nhà (nhất là nhà hát cổ điển). Để khắc phục Hình 7 thiếu sót này người ta tạo thành những lỗ xung quanh tường, tường ngăn và lan can của các lỗ thiết kế những phù điêu lớn hoặc xử lý thành những mặt cong lồi khuếch tán âm. * So với mặt bằng hình quạt loại này có ưu điểm lớn về nhìn, không có chỗ lệch và xa. Toàn bộ chỗ ngồi đều có góc nhìn tốt. * Do ưu điểm về nhìn và phong cách kiến trúc độc đáo nên nhiều người thích dùng. * Có thể xử lý nữa trước tường bên thẳng và thiết kế cột đường kính lớn (50cm) tạo thành lối đi dọc tường sau để tăng độ khuếch tán âm. o 2. Tránh các hiện tượng xấu về âm học: a. Hiện tượng tiếng dội: Âm trực tiếp và âm phản xạ đến tai người có những khoảng N A chênh lệch về thời gian nhất định. Nếu khoảng chênh lệch về thời gian này nhỏ hơn không giới hạn thì tiếng nói được tăng cường thêm và độ rõ tăng thêm. Nếu khoảng chênh lệch đó lớn hơn khoảng giới hạn thì sẽ tạo thành những s tiếng dội dẫn đến chất lượng âm học của Mặt cắt phòng xấu đi. Khoảng giới hạn phụ thuộc vào mục đích sử dụng phòng và dạng của sóng âm. Ví dụ: Đối với tiếng nói là 50ms, Mặt bằng Đối với âm nhạc là 100 ÷ 200ms. s * Có thể nhận biết những yếu tố gây ra hiện tượng tiếng dội: 25
  27. + Những vùng đánh dấu trên mặt cắt và mặt bằng có thể sinh ra hiện tượng tiếng dội. +Tiếng dội do hai mặt tường song song có khả năng phản xạ cao,sóng âm sẽ phản xạ trùng lặp. Vì thế nên thiết kế 2 mặt tường bên lệch nhau một ít (chỉ cần góc nghiêng là 50 nên xử lý âm khuếch tán trên hai mặt tường này. + Tường sau dễ gây tiếng dội. + Mặt tường sau thẳng lớn → để khỏi đơn điệu ta xử lý cong dễ tạo tiêu điểm âm. Để tránh tiêu điểm âm, tâm cong phải ở sau sân khấu và nên xử lý khuếch tán. (Hinh 9) Hình 8 Để tránh hiện tượng tiếng dội phải thiết kế phản xạ âm thanh thoã mãn điều kiện: - NA + 17 ≥ NO + OA - Đặt vật liệu hút âm Hình 9 - Hạ trần - Chia nhỏ bề mặt b. Hiện tượng hội tụ âm thanh: s Hiện tượng âm thanh sau khi thực N hiện quá trình phản xạ trên những bề mặt I cong lõm có bán kính lớn hướng về phía nguồn âm. Tại tiêu điểm âm có cường độ rất lớn làm cho trường âm phân bố không đều, âm nghe gián đoạn, mơ hồ. Mặt cong lõm trên trần nguy a' a hiểm nhất khi bán kính cong bằng chiều cao của phòng, lúc đó tiêu điểm âm rơi đúng S vào vùng chỗ ngồi của khán giả. Nếu r > 2h O thì tiêu điểm âm ít nguy hiểm. Để tránh tiêu điểm âm ta chú ý: 26
  28. h = 2r h = r F h = r/2 S F S Đạt Rất xấu Đạt Hội tụ - Không thiết kế bề mặt cong lõm có r lớn hướng về phía nguồn âm. - Chia nhỏ bề mặt cong lõm thành bờ cong lồi. h - Tăng bán kính cong r > 2h hoặc r < 2 c. Âm đi men phòng: Do tường cong lõm nên âm phản xạ thường đi men tường, làm tường âm không đều. S III. Thiết kế tạo tường âm khuếch tán: 1. Ảnh hưởng của trường âm khuếch tán đến chất lượng âm thanh. Trường âm khuếch tán có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng âm thanh trong phòng. Độ khuếch tán càng cao thì âm thanh nghe càng sinh động và hấp dẫn. Trường âm khuếch tán có ý nghĩa: - Tạo ra độ đồng đều lớn về mức âm ở các chỗ ngồi. - Trường âm khuếch tán tạo sự tăng giảm mức âm tại các chỗ ngồi tương đối đều đặn, không có tăng và giảm mạnh. - Làm cho âm thanh trong phòng trở thành du dương, ấm cúng. 2. Yêu cầu về trường âm khuếch tán: Phòng được coi là có độ khuếch tán cao, nếu tại mọi vị trí của phòng áp suất âm gần như nhau: LA = LB = LC → đồng đều mức âm. * Tại 1 vị trí âm phản xạ đến từ nhiều hướng với xác suất như nhau và âm nọ tiếp nhanh sau âm kia. * Yêu cầu khác nhau đối với phòng khán giả có chức năng khác nhau. 7979 * Yêu cầu cao nhất về khả năng khuếch tán là phòng hoà nhạc. * Ở phòng nghe tiếng nói yêu cầu thấp hơn. 76 78 78 80 * Để xác định tính khuếch tán của nguồn 76 78 77 âm → Đo mức âm ở các vị trí khác nhau 76 Phân bố âm thanh 7776 trong 1 nhà thờ 27
  29. 3.Các biện Pháp tạo trường âm khuếch tán: a. Phân chia các bề mặt theo cấu tạo chu kỳ. Các yếu tố hình trụ, lăng trụ khuếch tán âm tần số trung và cao có hiệu quả tốt . + Các yếu tố góc vuông khuếch tán âm tần số thấp tốt. Khuếch tán âm trong dải tần số rộng sẽ có hiệu quả tốt khi các yếu tố này trên các bề mặt tường và trần > 2m và sâu hơn một vài cm. + Tạo ra những bề mặt trong phòng có kích thước xấp xỉ bước sóng của sóng âm a ≈ λ. Đối với âm học phòng f = 100 ÷ 400 hz → λ = 1,36 ÷ 3,4 + Khi chọn kích thước của bề mặt phân chia nếu lấy nhỏ quá (dưới vài chục cm) thì không có ý nghĩa trong việc tạo trường âm khuếch tán. + Kích thước a, B, d lấy theo biểu đồ. + Kích thước bề mặt thay đổi theo 2 chiều không gian, 3 chiều không gian. Hút âm α lớn Phản xạ âm α nhỏ b. Bố trí vật liệu hút âm: Bố trí vật liệu có hệ số âm khác nhau trên các bề mặt luân phiên. Thông thường là các tường bên hoặc các mảng phân tán trong phòng. Trong một phòng thì việc bố trí vật liệu hút âm rải rác khuếch tán âm thanh tốt hơn việc bố trí vật liệu hút âm tập trung. I. Thiết kế phòng khán giả theo thời gian âm vang: 1. Âm vang: Hiện tượng âm thanh còn ngân dài khi nguồn âm ngừng tác dụng gọi là âm vang. Theo quan điểm sóng (âm vật lý) thì âm vang là quá trình tắt dần của những dao động còn dư của các phần tử không khí trong phòng khi nguồn âm ngừng tác dụng. Quá trình này là tổng hợp vô số những dao động tự do của các phần tử không khí trong phòng. 28
  30. 2.Thời gian âm vang: T(s). A Xét việc bổ sung năng lượng âm r ở ở điểm A trong phòng. Khi S f1 rf2 nguồn âm S phát ra ở A nhận được âm trực tiếp SA và năng lượng âm ở A bắt đầu tăng lên theo thời gian khi nó nhận các phản xạ âm rf1 < rf2 < rf3 Đến một lúc nào đó nguồn âm vẫn phát E(J/m3) ra âm thanh nhưng năng lượng âm E E 0 = 106 ở A không tăng nữa → đạt được sự Eα E* cân bằng: EA = const. Nếu tắt nguồn âm lúc này thì âm trực tiếp tắt trước, T t(s) sau đến các âm phản xạ → năng lượng âm ở A giảm. Quá trình thu nhận âm thanh Lp(dB) trong phòng chia làm 3 giai đoạn: L0 +Giai đoạn 1: Giai đoạn tăng năng lượng 06dB âm do năng lượng âm được bổ sung L* liên tiếp từ các phản xạ xảy ra nhanh. T t(s) +Giai đoạn 2: Giai đoạn năng lượng âm trong phòng đạt trạng thái ổn định. +Giai đoạn 3: Giai đoạn năng lượng âm bị giảm đi (xảy ra chậm hơn lúc tăng). Định nghĩa: Thời gian âm vang là thời gian cần thiết để mật độ năng lượng âm giảm đi 106 lần hay mức năng lượng âm giảm đi 60dB so với trị số ổn định trong quá trình tắt dần tự do của nó khi nguồn âm ngừng tác dụng. Ý nghĩa: + Về mặt vật lý: T cho biết tốc độ tắt của âm thanh trong phòng. + Về mặt cảm giác nghe âm: T ngắn → nghe rõ những âm thanh khô khan, không tốt cho phòng nghe âm nhạc. Nếu T dài thì mức độ che lấp lớn âm thanh nghe không rõ, nhưng âm nghe ấm và du dương. Rất tốt cho phòng nghe âm nhạc nhưng không tốt cho phòng tiếng nói. Đây là 1 yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng âm thanh trong phòng. 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến T: Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến thời gian âm vang: a. Hình dáng, thể tích của phòng V(m3). b. Đặc điểm hút âm của phòng: 29
  31. o Sự bố trí vật liệu hút âm o Lượng hút âm của phòng A(m3) c. Tần số của âm thanh. d. Chức ăng của phòng. 3. Công thức xác định thời gian âm vang: a. Công thức của Sabin: Tác giả dựa vào hai giả thiết để thành lập phát triển âm vang. + Ở trong phòng, âm thanh phát ra cho đến lúc đạt được trạng thái ổn định, năng lượng âm thanh ở mọi điểm trong phòng đều như nhau (trường âm khuyết tán) + Sau khi nguồn âm ngừng phát năng lượng âm tắt dần đều đặn (trường âm hoàn toàn khuyết tán) 0,16V 0,161V T = (s) = .(s) . A S.α A Khi V tăng → T tăng α = với Tb S 3 tg Khi A giảm → T tăng Với V (m3): Thể tích của phòng A (m3): Lượng hút âm của phòng b. Công thức của Eyring: αtb > 0,2 0,16V T = (s) − S ln(1−αtb ) Trong đó: a. S: Tổng diện tích các mặt bằng trong phòng khi phòng có V > 2000m3 và tần số cao thì phải kể thêm lượng hút âm của k2 0,16 khi đó: T = (1) A + 4mv 0,16V và T = − S ln(1− 2tb) + 4mv (2) Trong đó: * m là hệ số hút âm của k2. A = A cố định + A thay đổi + A phụ * A: Tổng lượng hút âm 30
  32. * ACĐ: Lượng hút âm cố định (trần, tường ) n 2 ACĐ = ∑αi.si [ m ] =1 * ATĐ: Lượng hút âm thay đổi trong phòng ATĐ = an . Nu + ag . Ng b. an: Lượng hút âm của một người ngồi c. Nu: số người có mặt trong phòng d. ag: Lượng hút âm của một ghế. e. Ng: Số ghế không có người ngồi. f. Aphụ: Lượng hút âm phụ do có khe hở ở các lỗ đèn và do sự dao động của kết cấu. * Khi sử dụng phương trình âm vang ta cần chú ý về không gian ngẫu hợp. Đó là những khôn ggian thông suốt nhau nhưng độ lớn khác nhau và chức năng âm học cũng khác nhau và nối với nhau bằng một cửa lớn. h b - Trong không gian ngẫu hợp do thể tích, vật liệu của các không gian không giống nhau → nên phải tính riêng. + Đối với phòng khán giả và sân khấu khi tính thời gian âm vang cho phòng khán giả lấy hệ số hút âm của miệng sân khấu thay thế cho sự tồn tại của sân khấu. + Đối với không gian chính của phòng khán giả với không gian dưới ban công thì Nếu b > 2h ta phải phân thành hai không gian riêng biệt và lấy hệ số hút âm của miệng ban công thay cho sự tồn tại của ban công. Nếu b≤ 2h thì coi như một không gian để tính 5. Thời gian âm vang tối ưu: Ttn (1) a. Thời gian âm vang (T) có ý nghĩa: 31
  33. - Cho biết tốc độ tắt của âm thanh trong phòng. - Là đại lượng vật lý có thể tính toán được, có mối liên hệ với các thông số V, A của phòng - Giúp cho việc camr nhận, đánh giá chất lượng âm thanh phòng. \ Nếu T ngắn quá → âm thanh nhỏ Nếu T dài quá → âm kém rõ Như vậy sẽ tồn tại một chử số T sao cho độ rõ không bị giảm mà âm nghe vẫn du dương. mặt khác trị số đó cũng không giống nhau đối với từng loại phòng và V của chúng CLAT độ du dương độ rõ Ttn T(s) Ttn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: +Phụ thuộc vào V (m3) của phòng. +Phụ thuộc vào chức năng của phòng. +Phụ thuộc vào tần số của âm thanh. b. Theo công thức kinh nghiệm của Clavil. 500 Ttn = K.lg.V trong đó: k là hệ số phụ thuộc vào chức năng của phòng. 500 Ttn 2,2 2 1 1,8 2 1. Nhạc giá đường 1,6 3 2. Hoà nhạc 1,4 3. Kịch 1,2 4 4. Âm nhạc 1 5 5. Chiếu phim 0,8 6 6. Giảng đường 0,6 - V 32
  34. - Phòng ca nhạc k = 0,41 - Phòng kịch nói k = 0,36` - Phòng chiếu phim, gđ k = 0,29 500 hay tra Ttn bằng biểu đồ. f 500 * Tinh T tn = R. Ttn Chú ý: Khi V > 2000 m3 tốc độ tắt phụ thuộc vào V không đãng kể.Theo kinh nghiệm ta lấy trị số Ttn = 1,48s (nhạc hiện đại); Ttn= 1,54s (nhạc cổ điển); Ttn = 2,07s (lãng mãn 3 trử tình); Ttn =1,7 (chung cho tất cả các loại âm nhạc); V< 300 m → Ttn = 1s 1,6 1,4 1,2 1 0,8 f 100 500 1000 2000 Với R hiệu chỉnh theo biểu đồ Nếu f ≥ 500hz → R = 1 Đối với phòng V nhỏ lấy vùng gạch chéo dưới. Nếu phòng V lớn thì lấy vùng gạch chéo trên hay xác định R theo bảng f (hz) 125 500 1000 2000 R 1,4 1,1 1 1 6. Thiết kế phòng đảm bảo âm vang. f f a. Yêu cầu cần thiết kế: Tp = T tn ± 10% + Đối với phòng khán gải yêu cầu chất lượng cao thì tính cho 6 giải tần số: 125, 250, 500, 1000, 4000 + Đối với phòng khán giả yêu cầu chất lượng trung bình thì tính cho 3 giải 125 500 2000 tần số T tn , T tn , T tn. + Đối với phòng nghe tiếng nói → Ttn ≤ 500hz 33
  35. Ttn T +10% - 10% hz 125 500 1000 2000 Khi lượng khán gải trong phong thay đổi thì lượng hút âm thanh trong phong cũng thay đổi theo từ đó làm thay đổi thời gian âm vang của phòng → người ta phải tính các mức chứa thông dụng nhất (100% và 75%). + Đối với các phòng yêu cầu chất lượng cao, người ta cố gắng giảm thay đổi lượng hút âm bằng cách sử dụng các ghế có hệ số hút âm gần bằng của người c.Các bước thiết kế. Bước 1: 500 + Xác định thời gian Ttn căn cứ vào khối tích và chức năg của phòng 500 + Xác định thời gian: = R.Ttn f + Lập biểu đồ: Ttn ± 10% Bước 2: + Xác định hệ số hút âm trung bình(αtb)theo các tần số khác nhau 0,16V ln()1−α tb = f → α tb Ttn .S Bước 3: + Tính lượng hút âm của phòng f f f Xác định: Acd = A − Atd = Ayc = an N n + Qy .N g Bước 4: Bố trí trang âm cho phòng khán giả Phải lựa chọn và bố trí vật liệu hút âm sao cho lượng hút âm gần bằng lượng hút âm yêu cầu. Trần phản xạ K/T âm hút âm 34
  36. +Trần các mảng tường, trần gần nguồn âm lượng bố trí vật liệu có độ cứng cao và được thiết kế theonguyên lý âm hình học. Nên cấu tạo cá hình lồi ở trong phòng. + Ở các phần trần cuối phòng cần bố trĩ các vật liệu hút âm + Tường hậu có thể gây ra các hiện tượng xấu nên phải bố trí các vật liệu hút âm mạnh và đồng đều. + Lượng hút âm cố định yêu cầu được bố trí 2 tường bên theo nguyen tắc tạo các dải hút âm và phản âm sen kẻ nhau nhằm đạt đến độ khuyếch tán âm ổn định Bước 5: Kiểm tra. f + Xác định lượng hút âm tính toán của phòng thiết kế: Atk f f f Atk = Acđ + Atđ f f + Xác định thời gain âm vang thiết kếTtk và so sáng nó với Ttn ± 10% Nếu không đảm bảo thì chúng ta phải thay đổi vật liệu hút âm và thay đổi diện tích hút âm. Thiếu Thừa Bước 6: Hiểu chỉnh công trình. 500Hz + Đo đạc, kiểm tra. + Hiểu chỉnh, bố trí vật liệu hút âm Ví dụ: Tính tổng lượng hút âm, lựa chọn và bố trí vật liệu hút âm cho giảng đường 500 chổ ngồi. cho biết V= 3240m3. Kích thước cao x rộng x dai = 9.15.24 (m) Tổng diện tích tất cả các bề mặt trong phòng S = 1389 (m2). Phòng không có các khe trống phức tạp, bỏ qua lượng hút âm bổ sung. GIẢI: 500 1. Tính Ttn = K.lgV 0,29.lg3240 = 1,02s. giảng đường yêu cầu độ rõ là chủ yếu tức R 500 125 2000 = 1. thời gian âm vang tốt nhất của các tần số đều bằng nhau Ttn = Ttn = Ttn . 2. Tính tính hệ số hút âm trung bình của các tần số. + Đối với các tần số 125 và 500 hz dùng công thức: 0,16V 0,16.3240 T = = − S ln(1−α tb ) 1389ln(1−α tb ) 35
  37. 500 125 Thay Ttn = Ttn = 1,02 vào ta có 0,16.3240 500 125 1,02 = → α tb = α tb = 0,31 −1389ln(1−α tb ) + Đối với f = 2000hz ta dùng công thức: 0,16V T = − S ln(1−α tb ) + 4mV Trong đó m là hệ số hút âm của không khí ở 20oC và độ ẩm φ= 80% Thay số vào ta có 0,16.2340 1,02 = ⇒ α tb = 0,28 −1389.ln(1−α tb ) + 4.0,0025.3240 2.Tính lượng hút ẩm của phòng. + Đối với f = 125 &500 hz ta có: 125 2 A125 =S.αtb 1389.028 0,31 = 435 m 500 2 A500 =S.αtb 1389.028 0,31 = 435 m . Đối với tần số 2000hz ta có: 2000 2 A2000 = S.αtb = 1389.0.28 = 392m 3. Tính lượng hút ẩm thay đổi. Ghế ngồi trong giang đường là ghế dựa bằng gỗ dán Đối tượng hút âm Hệ số hút âm 125Hz 500Hz 2000Hz Ghế bằng gỗ dán 0,07 0,081 0,082 Học sinh ngồi trên ghế 0,2 0,31 0,41 • Đối với tần số 500hz. xác định Atd với 4 trường hợp có mặt của học sinh 0%, 50%, 70% và 100% tương ứng với 0, 340, 480, và 650người. • Đối với f = 125 và 2000hz xác định Atd khi 70% học sinh có mặt. Atd của tần số 500hz. 500 Atd = N. αtd Đối tượng hút âm N α 0% 50% 70% 100% Ghế dựa gỗ dán 0,081 48,6 24,2 14,5 0 Học sinh ngồi trên ghế 0,31 0 92,6 130 186 Atd của n ười và ghế 48,6 116,8 144,5 186 36
  38. Atd của f = 125,500 v à 2000 khi 70% h ọc sinh có mặt Đối tượng hút âm 125 500 2000 Số lượng đối tượng N α Nα α Nα α Nα Ghế dựa gỗ dán 180 0,07 12,6 0,081 14,5 0,082 14,8 Học sinh ngồi trên 420 0,2 84 0,31 130 0,41 172 ghế Atd của người và ghế 96,6 144,5 186,8 4. Tính lượng hút âm cố định Acđ khi 70% học sinh có mặt (bỏ qua lượng hút âm bổ sung) + Đối với tần số 125hz. 125 125 125 2 Acd = A − Atd = 435−89,6 = 338,4m + Đối với f = 500hz 500 500 500 2 Acd = A − A td = 435−144,5 = 290,5m + Đối với f = 2000hz 2000 2000 2000 2 Acd = A − Atd = 392 −186,8 = 205,2m 5. chọn vật liệu và bố trí trang âm BẢNG CHỌN VẬT LIỆU VÀ BỐ TRÍ TRANG ÂM Diện 125hz 500hz 2000hz Vật liệu và khoảng STT Bề mặt tích cách hút âm α Sα α Sα α Sα m2 1 Trần phía trước Vữa vôi trên lưới 200 0,04 8 0,06 12 0,04 8 Gỗ ván 1cm, đáy 2 Trần sau 240 0,3 72 0,2 48 0,1 24 dưới sàn gỗ 5cm Tường phía Gỗ ván 1cm, đáy trên 3 118 0,18 21,24 0,19 22,4 0,12 14,16 trước sàn gỗ 4cm Trát vữa quét sơn phản 4 Tường bảo vệ 66 0,01 0,66 0,02 1,32 0,02 1,32 xá âm dến trần Tấm nhôm 1cm, cách Tường 2 bên tường cm, xử lý 5 226 0,3 67,8 0,1 22,6 0,04 9 trên khuyết tán âm, phần trên tường bảo vệ 37
  39. Gỗ dán 1cm đóng Tường sau bảng 6 trên sường gỗ cách 93,1 0,3 27,93 0,2 18,8 0,1 9,31 đen tường 5cm Tấm rôm ép trên 0,30 0,10 7 Tường hậu 58,9 0,37 21,8 38,6 6,25 sườn gỗ 7 8 Trải thảm cao su dày 8 Sàn lối đi 120 0,04 4,8 0,08 9,6 0,03 3,6 5mm Trải thảm cao su dày 9 Bục giảng 45,8 0,04 1,83 0,08 3,6 0,03 1,37 5mm 10 Cửa sổ Mở hoàn toàn 140 0,9 12,5 0,9 12,5 0,9 125 11 Cửa đi Cửa kính đóng kín 30,3 0,35 11,21 0,18 5,45 0,07 2,12 12 Cửa thông gió lỗ trống có song sắt 11,4 0,5 5,7 0,5 5,7 0,5 5,7 13 Lỗ đèn Lỗ trống 1 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Acđ tổng hợp 368,21 313,29 210,07 7. Kiểm tra sai số: 368,21− 345,5 A125 = .100% = 8% < 10% cd 345,5 313,29 − 290,5 A500 = .100% = 8% < 10% cd 290,5 Kết luận: sai số nằm trong giới hạn cho phép vật liệu và khoảng cách hút âm bố trí như vậy là đạt yêu cầu. V. Ảnh hưởng của cấu trúc âm phản xạ đầu tiên đến độ rõ. 1. Độ rõ và các yếu tố ảnh hưởng: - Độ rõ phụ thuộc vào mức ồn trong phòng → KN: hệ số giảm độ rõ do mức ồn trong phòng gây ra. Thường mức ồn không quá (35÷40)dB - Thời gian âm vang T → hệ số KT - Hình dạng kích thước của phòng: KS - Công suất âm của nguồn âm: KP Độ rõ = 96.KN.KT.KS.KP.% Trong thiết kế lựa chọn các giải pháp kiến trúc hợp lý nên KS = 1 và tham khảo bảng sau: 38
  40. - Mặt bằng phòng hình quạt, hình chữ nhật KS = 1 - Phòng lớn, có tường + trần lõm KS = 0,9 - Phòng bé, trường âm bằng khoảng cách phản xạ âm: KS = 1,06. Kp: Hệ số giảm rõ đo mức âm trong phòng gây ra lấy theo biểu đồ: K 1 T KP K 1 0,8 1 N 0,8 0,6 0,8 0,6 0,4 0,4 0,2 0,4 20 40 60 80 100 120 0,2 0,2 1 2 3 4 5 1 Mức áp suất âm Thời gian âm vang Mức ồn a b c KT: Hệ số giảm độ rõ do thời gian âm vang trong phòng (b) KN: Hệ số giảm độ rõ do mức ồn trong phòng (c) - Cấu trúc âm phản xạ đầu tiên ảnh hưởng đến độ rõ chia làm 2 giai đoạn: + Giai đoạn 1: bao gồm tất cả các phản xạ đến sau 50ms tạo cảm giác âm vang nhưng giảm độ rõ → năng lượng âm này có ích. Đối với phần năng lượng âm có ích không chỉ tăng năng lượng của chúng có ảnh hưởng đến độ cấu trúc về thời gian và mức độ cũng ảnh hưởng đến chất lượng âm của phòng. Lp(dB) = 2dB = 2dB Âm trực fx1 fx2 fx3 Âm tiếp fx3 fx2 trực fx1 = 1.5 ÷ 2 = tiếp 5 ÷ 10 1.5 ÷ 2dB = t(ms) 20 ÷ 30 15 t(ms) 10 ÷ 15 5 Cho âm nhạc Cho tiếng nói Cấu trúc tốt nhất khi nghe tiếng nói của âm phản xạ đầu tiên (Q) Cấu trúc phản xạ đầu tiên khi nghe âm nhạc. 39
  41. 2. Các biện pháp tăng cường độ rõ: - Tăng cường năng lượng âm trực tiếp tạo điều kiện để âm trực tiếp truyền tốt nhất đến tai người nghe + Tăng độ dốc của sàn. + Chọn hình dáng phòng hợp lý. + Chú ý tính định hướng của nguồn âm. - Nếu T dài → làm giảm T bằng cách đặt vật liệu hút âm để điều chỉnh thời gian âm vang. - Có những biện pháp chống ồn trong phòng. - Tạo những bề mặt phản xạ gần sân khấu để đưa phản xạ âm ra chỗ ngồi cuối phòng. 40
  42. CHƯƠNG IV: CHỐNG TIẾNG ỒN TRONG THÀNH PHỐ I. Các nguồn ồn & phương pháp đánh giá Giữa tiếng ồn & âm thanh cần nghe không có gì khác nhau về bản chất vật lý nhưng về khía cạnh tâm lý & sinh lý có khác nhau. Tiếng ồn gây ra những ảnh hưởng bất lợi về tâm sinh lý 1. Phân loại tiếng ồn: a. Theo đường lan truyền: - Tiếng ồn không khí: là những tiếng ồn lan truyền trong không khí - Tiếng ồn do va chạm: Là do những vật thể va chạm vào kết cấu gây ra & được lan truyền theo kết cấu - Tiếng ồn kết cấu: Là những tiếng ồn theo kết cấu nhà cửa. Về nguồn gốc có thể là do không khí hay do va chạm b. Theo thời gian tác dụng: - Tiếng ồn ổn định: Là tiếng ồn có mức thay đổi không quá 5dB. Tiếng ồn các //// - Tiếng ồn không ổn định: Là tiếng ồn có mức thay đổi vượt quá 5 dB (tiếng ồn giao thông) - Xung: Tiếng ồn phát ra trong thời gian không quá 1s. Thường có cường độ rất cao (tiếng nở khi động cơ ban đầu làm việc) c. Theo tần số: Tiếng ồn f thấp ≤ 300 hz f cao: f = 300 ÷ 800 hz - f cao : f > 800 hz d. Theo vị trí tương đối của nguồn. -Tiếng ồn ngoài là những tiếng ồn từ phía ngoài tác dụng vào trong - Tiếng ồn trong: Là tiếng ồn do chính con người & thiết bị tạo ra bên trong công trình 2. Phương pháp đánh giá a. Tiếng ồn ổn định: Sinh ra từ các trạm biến thế, các máy móc TB - Tổng mức ồn: ΣL, dBA - Đánh giá theo tần số Lf(dB): 63 ÷ 8000hz (đo theo dải 1/3 octa & 1 ôcta) b. Tiếng ồn không ổn định (tiếng ồn giao thông vận tải) - Mức ồn tương đương Ltd 1 0,1Li Ltd = 10lg ( ∑f .10 ) dB(A) 100 i Trong đó: thời gian khảo sát tính bằng giây. Thường đo trong 1800s (30 phút) 41
  43. fi: Thời gian tác dụng của mức ồn dải thứ i: tính bằng số % của tổng thời gian tác dụng. Li: Mức âm trung bình của dải thứ i Mức ồn tương đương là 1 mức ổn định dùng để thay thế cho tác động không ổn định của nguồn ồn hay có thể dùng công thức TN LA7 = LA7 + ΣD với ΣD = D1 + D2 + D3 + D4 Với D1, D2, D3, D4 tra bảng: D1 = 1 dB khi xe tải & khách ≠ 60%, D1 = ± 1dB. Tốc độ ≠ 40km/h. L'A7: Mức âm tương đương của dòng xe cách trục đường 7,5m của đoạn đường thẳng và phẳng của dòng xe có 60% xe tải và xe khách, tốc dộ 40km/h lấy theo bảng. Cường dộ dòng xe 40% 60% 100% Mức âm tính toán 68 69 70 A Và khi đó dùng công thức: LA7 = 46 + 11,8lgN + ΣD D3 = +1dB khi độ dốc không bằng phẳng; D4 = +3dB khi có mặt của tàu điện N là mật độ dòng xe (xe/h). Về mặt sinh học người ta coi nó tác động tương đương bên con người như tác động không ổn định. Đánh giá tiếng ồn: Đo mức âm thanh theo dạng tần số tối đa theo dB. Phạm vi từ 63 ÷ 8000hz hoặc đánh giá mức âm theo dB (A). II. Ảnh hưởng của tiếng ồn. Tính chất tiếng ồn cho phép. 1. Ảnh hưởng của tiếng ồn: a. Ảnh hưởng đến cơ quan thính giác: - Giảm độ nhảy cảm - Làm cho ngưỡng nghe tăng - Bị nặng tai, bị điếc. b. Ảnh hưởng đến hệ thần kinh: - Gây ra sự ức chế. - Giảm sự tập trung suy nghĩ gây ra những sao lãng khó chịu. - Bực bội, đau đầu chóng mặt. - Ảnh hưởng đến giấc ngủ. 42
  44. Ví dụ: Khi LA = 35dB sau 15' → ngủ say khi tiếng ồn tăng lên 50dB sau 1h mới ngủ. - Tiếng ồn làm giảm chất lượng cuộc sống. c.Ảnh hưởng hệ tiêu hoá: Chính tiếng ồn là nguyên nhân gây ra bệnh viêm loét dạ dày. Cần coi tiếng ồn là loại hình gây ra ô nhiễm môi trường và để bảo vệ con người khỏi tác động có hạ cần có tính chất mức ồn cho phép. 2. Tiêu chuẩn tiếng ồn: Để đảm bảo điều kiện vệ sinh, điều kiện làm việc của con người thì người ta đưa ra mức ồn cho phép. Mức ồn cho phép không phải là mức ồn tiện nghi. Theo điều kiện vệ sinh: * Mức ồn cho phép là mức ồn dưới tác dụng kéo dài của nó không gây ra những biến đổi phức tạp trong các hệ thống và bộ máy của cơ thể con người. Nếu mức ồn thực tế nhỏ hơn mức ồn cho phép thì không gây nên những biến đổi xấu về mặt sinh lý và vấn đề đảm bảo được điều kiện làm việc và nghĩ ngơi. Đối với mỗi nước tuỳ theo điều kiện kinh tế kỹu thuật, chức năng của công trình mà người ta đưa ra mức ồn cho phép khác nhau: Ở Việt Nam: + Đối với nhà ở: - Trong phòng: - Đêm: 35dB - Ngoài: - Đêm: 40dB - Ngày 50dB - Ngày 55dB + Đối với giảng đường: 40dB + Trong các văn phòng: 50dB. III. Chống tiếng ồn thành phố 3.1 Phân loại tiếng ồn: 1. Tiếng ồn giao thông vận tải: Tiếng ồn trong thành phố chủ yếu là do tiếng ồn do giao thông vận tải gây ra chiếm từ (60 ÷ 80)% a. Đặc điểm tiếng ồn của giao thông vận tải * Mức ồn của giao thông vận tải được coi là mức ồn chung của dòng xe chạy trên đường gây ra (mức ồn tổng cộng của nhiều xe). Mức ồn này phụ thuộc: + Cường độ xe: Số xe/h + Thành phần các loại xe ( xe tair, xe con, xe máy ) + Vận tốc xe (Km/h) + Đặc điểm của đường + Đặc diểm của công trình hai bên dường 43
  45. * Mức ồn này thay dổi vì tiếng ồn GTVT không phải là tiếng ồn ổn định b. Đánh giá mức ồn GTVT thông qua một mức ồn khác tương đương Ltđ Mức ồn tương đương của một nguồn không ôn định thực chất là một mức ồn ổn định cùng gây ảnh hưởng tới con người như nguồn gây tiếng ồn chúng ta đang khảo sát Chỉ số tính toán mức ồn tương đương của một dòng xe thường được khảo sat bằng phương pháp thống kê ttrên cơ đo mức ồn tại một điểm cụ thể thời gian khảo sát 30 phút trong thời điểm cao điểm 7,5m 2. Tiếng ồn trong công nghiệp. - Tiếng ồn cơ khí - Tiếng ồn va chạm - Tiếng ồn khí động 3. Biện pháp phòng chống tiếng ồn. 1) Biện pháp quy hoạch kiến trúc Để chống tiếng ồn đường phố và tiếng ồn công nghiệp có hiểu quả thì phải sử dụng tổng hợp các biện pháp quy hoạch và kiên trúc a). Quy hoạch vùng - Khu ồn: 80dB - Khu ở: 60dB - Khu yên tĩnh: 50dB Giữa các vùng này phải có vùng đệm và bố trí hợp lý và chia thành phố ra làm 4 khu vực theo độ ồn: Vùng 1: Vùng công nghiệp(ồn nhất thành phố 80 đến 90dB) Vung2: Trung tâm công cộng 70 đến 80dB. Bố trí chợ búa, cửa hàng, nhà ga, bến xe. Vùng 3: Vùng nhà ở khu dân cư; nơi tương đối yên tĩnh của thành phố Vùng 4: Đây là vùng yên tĩnh nhất của hành phố: 50dB ( bố trí bệnh viện, viện nghiên cứu, Phòng thu âm) 44
  46. Trong khi quy hoạch cần chú ý đến hướng gió - Hướng gió ảnh hưởng đến sự lan truyền âm ngoài trời(Cùng chiều âm lan truyền nhanh hơn xa hơn) Bố trí nhà máy khu công nghiệp nên bố trí cuối hướng gió. b). Quy hoạch giao thông: - Lập mạng lưới giao thông hợp lý - Sử dụng biện pháp quy hoạch chống tiến ồn trên toàn thành phố Cao tốc Đường thành phố Đường đi bộ Quốc lộ (Tải nhẹ, xe khách, xe cá nhân) Xe đạp (Tải nặng) Nguồn ồn: • Cả dòng xe > nguồn đường khi khoảng cách giữa các xe S >20m • Từng xe > nguồn điểm khi khoảng cách giữa các xe S> 200m • Trường hợp trung gian > nguồn dãy, khi Khoảng cách giữa các xe 20 ≤ S ≤ 200nguồn dãy khoảng cách giữa các xe tính như sau: S = 1000 V/N (m) trong đó: V (Km/h) tốc độ chuyển động trung bình của xe.\ N cường độ xe (xe/h). số lượng xe chạy trên đường theo cả hai chiều. 2. Biện pháp kỹ thuật: a. Sử dụng dãi đất cách ly: * Nguồn dãy: (24lg s − 30,2)(24lgr2 − 20,3) Khi r2 ≤ s/2 thì ∆L = LA - LB = 24lg s − 27,8 Khi r2 > s/2 thì ∆L = LA - LB = (15lg5r2 - 33). • Đối với nguồn điểm: Độ giảm tiếng ồn ∆L A r = 7,5m 2 r 2 45
  47. rz ∆L = LA - LB = kr20lg (dB) ru LA − LB + kr lg → lgz2 = v ới ku = 1,5 ku 20 * Đối với nguồn đường: độ giảm tiếng ồn ∆L: r2 ∆L = LA - LB = kn . 10lg (dB) ru LA − LB + k10lgru → lgr2 = kn = 0,75 k10 k: Hệ số kể đến sự hút âm của mặt đường: - Đối với m mặt trần: kn = 1 - Mặt đất phủ nhựa đường: kn = 0,9 - Mặt đất trồng cỏ: kn = 1,1. b. Sử các biện pháp cây xanh để chống ồn: Cây xanh trồng gián đoạn r2 A B r B A B A B 1 1 1 2 2 3 r2 * Cây xanh lấp đầy khoảng trống r2 Nguồn điểm: ∆L = LA - LB = Kz20lg ru r2 Nguồn đường: ∆L = LA - LB = Kz 10lg ru Với Kz = 1,5 với lớp cây xanh trồng xen kẽ, vòm lá rộng, có cây thấp trồng xung quanh Kz = 1,2 => lớp cây xanh mang tính chất công viên rừng vòm lá trung bình, có cây thấp xung quanh 46
  48. *Dãi cây tán lá rộng dưới gốc cây có cây bụi thấp dưới tán lá ≥ 5n - Tác dụng: - Hạ thấp tiếng ồn - Có sự phản xạ âm ở mỗi dãy cây - Do sự hút âm và phản xạ âm của tán lá. r n Nguồn điểm: ∆L = L - L = k 20lg 2 +1,5n + β Bi A B u ∑i=1 ru r n Nguồn đường: ∆L = L - L = k 10lg 2 +1,5n + β Bi A B n ∑i=1 ru Trong đó: n: Số lượng các dãy cây 1,5: Do phản xạ mỗi dãy cây giảm Bi (m) bề rộng của dãy cây thứ i β: Hệ số hạ thấp mức âm (dB/m) tra bảng 6-3. Ví dụ: Rừng lá rậm: β = 0,12 ÷ 0,17 Rừng cây dày đặc, vòm lá rậm: β = 0,25 ÷ 0,35. Nguồn dãy: (24lgS − 30,2)(24lg r2 − 20,3) Khi r2 S/2: ∆L = LA - LB = Kn(15lgSr2 - 33,3) + 1,5n + β ∑ Bi 1 c. Sử dụng màn chắn tiếng ồn b 867.0687 375.0125 a Vật liệu hút âm 47
  49. Giảm từ 5 ÷ 20dB Khi lan truyền sóng âm sẽ hình thành sau tường chắn một vùng bóng âm. Trong vùng bóng âm, sóng âm không bị loại trừ hoàn toàn do tác dụng nhiễu xạ của sóng âm ở các biên của tường chắn H lT Lượng sóng âm nhiễu xạ sau tường chắn phụ thuộc vào kích thước của tường chắn (H) và chiều dài bước sóng λ của sóng âm tới. Cùng một tường chắn λ càng lớn H 2 → vùng bóng âm càng hẹp. Chiều dài vùng bóng âm bằng: l = (m) T 4λ 48
  50. Chương V: Cách âm cho các kết cấu I. Đánh giá khả năng cách âm của kết cấu 1. Cách âm không khí Có 2 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 thước kết cấu dao động theo tần số của sóng âm. Như vậy kết cấu ngăn I cách trở thành nguồn âm mới bức xạ sóng âm vào phòng II. 3 Khi sóng âm tới trên bề mặt kết cấu thì sẽ cưỡng bức II khoảng cách này dao động đồng thời có 1 bộ phận sẽ phản xạ vào không khí & 1 bộ phận khác sẽ xuyên qua kết E x cấu. Hệ số xuyên âm T0 = Et E t Nếu gọi Rθ là khả năng cách âm thì: θ θ θ 1 E t Rθ = 10lg (dB) = 10lg Ex T0 E x Em Ef T: Xác định bằng TN Thực tế lượng cách âm của kết cấu được xác định bằng công thức: S' R = L1 - L2 + 10lg (dB) A 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: Lượng hút âm của phòng cách ly (II) S'(m2): Diện tích của bề mặt ngăn cách (3) 2. Cách âm va chạm: 40mm 500g Dùng máy đo mức âm trong phòng dưới sàn khi nguồn âm va chạm tiêu chuẩn tác dụng trên sàn. Máy va 100 II 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 được mức áp suất âm va chạm quy đổi dưới sau: A0 Lv = LII - 10lg (dB) A LII: Mức âm trong bình đo ở phòng dưới sàn ở các tần số giá trị LII càng nhỏ thì sàn cách âm càng tốt. 49
  51. A Lượng 10lg 0 là lượng cách âm tăng thêm do tác dụng hút âm của phòng. A 2 A0: Lượng hút âm tiêu chuẩn A0 = 10m A: Lượng hút âm của phòng dưới sàn 3. Qua thực nghiệm ta thấy rằng, sàn toàn khối & sàn rỗng nếu chỉ có lớp chịu lực với lớp mặt làm sạch thì không đủ ngăn cách tiếng ồn va chạm. Do đó để ngăn cách tiếng ồn và chạm thường xử lý 1 lớp đệm đàn hồi trên mặt sàn. Nhờ lớp đệm này, lượng cách âm của sàn sẽ được tăng thêm. II. Tiêu chuẩn cách âm Phạm vi tần số f = 100 ÷ 3200 hz theo dải tần số 1/3 ốc ta. Chỉ số cách âm không khí được gọi là CK R (dB) 1. Kết cấu ngăn cách trong phòng cách âm không 60 có truyền âm gián tiếp. lz M t äút 2. Kết cấu cách âm thực tế có truyền âm gián tiếp Sz Đường tiêu chuẩn cách âm không khí theo 50 ↑ M xáúu ISO. Khi R kết cấu cách âm tốt chỉ số cách âm 40 va chạm là CV. Chỉ số cách âm không khí là CK. 30 100 200 400 800 1600 3200 hz Đó là chỉ số đánh giá cách âm không khí & cách âm va chạm trong kết cấu nhà cửa tại f = 500hz. Để xác định CK, CV của 1 kết cấu nào đó ta vẽ đường L thực của nó. L↑ thì kết cấu cách âm càng tối. Sau khi vẽ được đường thực tế ta xác định sai số dựa trên đường tiêu chuẩn cách âm theo 2 điều kiện sau: + Theo dải tần số: Sai số xấu lớn nhất giữa 2 đường (đường thực tế & đường tiêu chuẩn) δmax ≤ 8dB. + Tổng sai số xấu giữa 2 đường Σδi ≤ 32 dB III. Cách âm không khí: 1. Kết cấu đồng nhất: Là kết cấu 1 lớp hoặc nhiều lớp khác nhau nhưng gắn chặt vào nhau, khi dao động toàn kết cấu dao động cùng trạng thái a. Đặc tính tần số cách âm của kết cấu đồng nhất: Có thể phân thành 3 vùng khác nhau 50
  52. Vùng I Vùng II Vùng III Cộng hưởng phụ 6 dB/ ốcta thuộc độ cứng của kết cấu Phụ thuộc khối Định lượng khối lượng lượng 1ốcta + Vùng I: Phạm vi tần số rất thấp: Có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng làm giảm đáng kể khả năng cách âm của không khí. Khả năng cách âm của kết cấu phụ thuộc vào độ cứng. + Vùng II: Phạm vi tần số trung bình (& thấp). Khả năng cách âm không khí của kết cấu (R) phụ thuộc vào khối lượng của kết cấu: R = 20lg p. f - 47,5 dB Trong đó: p = f.h[kg/m2]: Khối lượng bề mặt của kết cấu. + ρ[kh/m3]: Khối lượng riêng của kết cấu. + h (m): Chiều dài của kết cấu (m) + f (hz): Tần số Theo định luật khối lượng thì khi khối lượng tăng gấp đôi thì khả năng cách âm tăng 4 ÷ 6 dB p 1 = 2 => R↑ 6dB p2 Khi f tăng gấp đôi => thì khả năng cách âm tăng 6 dB λ f 2 = 2 => R↑ 6 dB (1 ốc ta tăng 6 dB) λθ f 1 B λ + Vùng III: Phạm vi tần số trung bình và cao. Ở đây có thể xảy ra hiện tượng đặc biệt gọi là hiện tượng trùng sóng và khả năng cách âm của kết cấu giảm đi vì kết cấu bị dao động rất mạnh nên trở thành nguồn âm cung cấp bức xạ sóng âm. Tần số xảy ra sự trùng sóng gọi là tần sóng tới hạn fgh. Sóng âm tới kết cấu với góc θ và bước sóng λ, tần số f và tốc độ trùng sóng c thì nó gây ra sự dao động cưỡng λ bức kết cấu uốn cong của bản λB, thì : λB = sin θ 51
  53. λ Bản có mức sóng uốn riêng. Nếu λu = λB thì xảy ra trùng sóng hay λu = góc θ = 0 ÷ sin θ 900 => sinθ = 0 ÷ 1 C2 Ta có công thức tính fgh = 1,8C1h Với C = 340 m/s C1: Vận tốc truyền sóng trong vật liệu làm bản mỏng h(m): Chiều dày của kết cấu. Độ giảm khả năng cách âm trong phạm vi fgh của 1 kết cấu phụ thuộc vào nôi ma sát của vật thể. nhỏ: Thép, nhôm, gạch bề tông ứng lực trước => ∆R = 10 dB Nội ma sát TB: Gỗ, tấm vừa trát ∆R = 8dB Lớn: Cao su, chất dẻo ∆R = 60dB R ∆ R fgh 500 f Bảng tần số giới hạn, số liệu để xác định các điểm B, C Vật liệu của K/C Khối lượng riêng Tần số giới hạn RB & RC (dB) fB (hz) fC (hz) khichiều dài 1cm Nhôm 2700 1300 29 6700/p 73700/p Bêtông 2300 1800 38 1900/p 850000/p Gạch đặc (tùy loại) 2000 ÷ 2500 2000 ÷ 2500 37 17000/p 77000/p Thép 7800 1000 40 21000/p 260000/p Gỗ dán (tùy loại) 6000 18000 27 5300/p 5300/p Tấm trát 1000 4000 Bê tông xỉ 29 6700/p 43000/p Kính 2500 1200 Cao su 1000 85000 52
  54. Trong phạm vi 1 ốc ta của tần số giới hạn, khả năng cách âm của kết cấu giảm đáng kể vì thế phải thuế kết cấu ngăn cách có fgh nằm ngoài phạm vi tần số tiêu chuẩn yêu cầu ngăn cách fgh 3200 hz bằng cách cấu tạo thêm sườn cứng để tăng thêm độ cứng hoặc xẻ rảnh làm mềm kết cấu b. Lượng hút âm trung bình của kết cấu đồng nhất: R 1 + R 2 + R n Rtb = n R1, R2 Rn là khả năng cách âm của kết cấu đồng nhất ở những quảng độ cao khác nhau. n: Số lượng quảng độ cao tính toán * Đối với kết cấu đồng nhất, khối lượng P ≤ 200 kg/m2 Rtb = 13lgP + 13 dB * Đối với kết cấu đồng nhất, khối lượng P ≥ 200 kg/m2 Rtb = 23lgP - 9dB c. Phương pháp gần đúng để lập đường đặc tính tần số khả năng cách âm không khí của kết cấu đồng nhất - Dựng toạ độ R (dB) - Xác định khối lượng bề mặt P = ρh 6dB/octa 6dB/octa - Đường đồng tính, cách âm ABCDE B C 38 D - Theo bảng xác định toạ độ B &C 1octa A - Từ B nghiêng bên trái về 6 dB/octa - Từ C về bên phải 10 dB/octa 100 200 400 800 1600 3200 hz 2.Kết cấu nhiều lớp: a. Đối với kết cấu nhiều lớp có lớp không khí trung gian ' 2 Rtb = 23lgP - 9 + 4R. Với P = P1 + P2 ≥ 200 kg/m Đối với kết cấu nhiều lớp : R 13lgP + 13 + ∆R dB tb Lớp không 2 Với P = P1 + P2 < 200 kg/m & ∆R lượng cách âm tăng thêm khí trung gian Để làm tăng khả năng cách âm R của kết cấu mà không làm tăng khối lượng bề mặt thì người ta có thể cấu tạo kết cấu nhiều lớp: Có thể 2 lớp, 3 lớp. Khi sử dụng kết cấu nhiều lớp, người ta phải chú ý tránh hiện tượng cộng hưởng của toàn bộ kết cấu và có thể tránh 220 110 50÷ 100 sự hình thành sóng đứng trong các lớp kết cấu. Để tránh 53
  55. hiện tượng cộng hưởng người ta phải tạo ra sự chênh lệch về độ cứng trong các lớp kết cấu. - Nhồi đầy vật liệu + A vào khoảng cách giữa các lớp. 3. Ảnh hưởng của khe hở, lỗ hở đến khả năng cách âm không khí R. Khe, lỗ hở làm ↓ đáng kể khả năng cách âm của không khí. Do vậy khi cấu tạo các kết cấu cách âm, người ta phải xử lý kín các khe hở. 4. Khả năng cách âm của kết cấu hỗn hợp (cửa, tường) Se 0,1 Rth = Rt - 10lg[1 + (10 (Rt - Re) - 1)] ÐSt S0 = Stường + Scửa Rt, RC: lượng cách âm của tường và lượng cách âm của cửa 5. Ảnh hưởng kích thước các khe hở: Khi kích thước các khe hở càng lớn thì năng lượng âm truyền qua càng nhiều. Do vậy khi bắt buộc phải cấu tạo các khe hở thì với cùng 1 diện tích ta nên tổ chức nhiều lỗ nhỏ hơn là một lỗ lớn. * Xác định tổng mức âm vào phòng u ΣL = 10lg∑Si.100,1(Li −Ri) - 10lg A i=1 Trong đó: Si (m2): Diện tích bề mặt thứ 2 Li (dB). Mức âm của phòng ở phía sau bề mặt thứ 2 Ri Khả năng cách âm không khí của kết cấu thứ i A: Lượng hút âm của phòng Do vậy, về mặt nguyên tắc khi bố trí các kết cấu ngăn che của phòng thì nguyên tắc thì nguyên tắc phải thiết kế sau cho khả năng cách âm không khí của kết cấu phù hợp với mức âm phía sau của kết cấu đó IV. Cách âm va chạm 1. Đặc điểm của truyền âm va chạm Khác với cách âm không khí, cách âm va chạm truyền vào bên trong kết cấu, có khả năng truyền âm nhiều hơn so với không khí. Do vậy quá trình tắt dần của âm va chạm rất chậm, nên khả năng lan truyền của nó rất xa. 54
  56. 2. Nguyên tắc tổ chức cách âm: Khi âm va chạm truyền theo kết cấu => do vậy việc tăng chiều dày của kết cấu thì không làm tăng đáng kể khả năng cách âm va chạm. Dựa vào 2 nguyên tắc để tổ chức cách âm. a. Làm giản cách đường truyền âm hoặc làm ↓ năng lượng âm trên đường truyền b. Làm giảm hoặc triệt tiêu âm và chạm ngay trên mặt sàn (sàn bêtông đặc hoặc rỗng trên có phủ lớp mặt mềm hoặc làm sàn nối) -Lớp mặt mềm - Lớp B.T -Sàn nổi - Đệm đàn hồi - B.T.C.L 3. Các giải pháp cách âm va chạm: a. Sử dụng trần treo Trần treo có thể làm bằng thạch cao, gỗ, ván sợi ép, bông thủy tinh ↑ Trần treo b. Sàn nổi Đối với phòng có yêu cầu cách âm cao, thông thường người ta sử dụng đồng thời các biện pháp nêu trên. Để tránh sự truyền âm gián tiếp phải tách lớp mặt sàn nổi khỏi tường bằng các đệm đàn hồi. Khi đó gỗ chắn tường chỉ liên kết với lớp mặt sàn nổi 55
  57. - Lớp bề mặt (thảm) - Lớp đàn hồi - Lớp chịu lực 56
  58. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Giáo trình âm học kiến trúc. Tác giả: KTS Việt Hà - Nguyễn Ngọc Giả NXB : Trường ĐHKT - Tp HCM - 1993 2. Cơ sở âm học kiến trúc Tác giả: Nguyễn Việt Hà - Trường ĐHKT Hà Nội NXB : Nhà xuất bản Xây dựng - 1979 3. Âm học kiến trúc. Tác giả: Kari - Hanus - Người dịch: Phạm Đức Nguyên NXB : Khoa học & Kỹ Thuật - HN 1977. 4. Vật lý Xây dựng tập II NXB: Xây dựng-Hà nội 1972 57