Embed Size (px)
Citation preview
ĐẠI HỌC HUẾ
PHÂN HI ỆU ĐHH TẠI QUẢNG TRỊ
TH.S. NGUYỄN XUÂN CƯỜNG
BÀI GI ẢNG
Ô NHI ỄM TI ẾNG ỒN VÀ KI ỂM SOÁT
(NOISE POLLUTION AND CONTROL)
Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật môi tr ường
ĐÔNG HÀ, 2012
MỤC LỤC Chương 1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA ÂM THANH ..................................3
1.1. Sóng âm ................................................................................................................3 1.2. Tần số, bước sóng, biên độ ...................................................................................3 1.3. Mức áp suất âm, mức cường độ âm .....................................................................5
1.3.1. Mức áp suất âm..............................................................................................5 1.3.2. Mức cường độ âm (I) và công suất âm (W) ..................................................7
1.4. Mức to, độ to ........................................................................................................7 1.4.1. Mức to ( đơn vị: Fôn) ....................................................................................7 1.4.2. Độ to (Đơn vị: Sôn) .......................................................................................8 1.4.3. Dải tần số âm.................................................................................................9
Chương 2. Ô NHIỄM TIẾNG ỒN ................................................................................12 2.1. Khái niệm tiếng ồn .............................................................................................12 2.2. Các tiêu chuẩn về tiếng ồn..................................................................................12 2.3. Các loại tiếng ồn.................................................................................................12 2.4. Tác hại của tiếng ồn............................................................................................15 2.5. Quan trắc và đánh giá tiếng ồn...........................................................................16
2.5.1. Quan trắc tiếng ồn .......................................................................................16 2.5.2. Đánh giá tiếng ồn.........................................................................................20
Chương 3. SỰ LAN TRUYỀN TIẾNG ỒN..................................................................26 3.1.Truyền âm ngoài trời ...........................................................................................26 3.2. Truyền âm qua dải cây xanh...............................................................................29 3.3. Truyền âm qua màn chắn và định luật khối lượng.............................................30
3.3.1. Các giai đoạn tổn thất âm qua màn chắn.....................................................30 3.3.2. Định luật khối lượng....................................................................................31
3.4. Tổn thất tiếng ồn thực tế.....................................................................................34 3.5. Tổng mức âm của nhiều nguồn điểm .................................................................35
Chương 4. CẤU TRÚC VÀ VẬT LIỆU ÂM HỌC......................................................37 4.1. Vật liệu hút âm ...................................................................................................37 4.2. Cơ chế hút âm của các vật liệu dạng sợi ............................................................39 4.3. Vật liệu cách âm .................................................................................................39
Chương 5. KIỂM SOÁT TIẾNG ỒN............................................................................41 5.1. Kiểm soát tiếng ồn trong nhà..............................................................................41 5.2. Kiểm soát tiếng ồn ngoài trời .............................................................................42
5.2.1. Quy hoạch kiến trúc.....................................................................................42 5.2.2. Biện pháp công trình ...................................................................................42 5.2.3. Biện pháp quản lý và giáo dục ....................................................................43
5.3. Tiếng ồn các thiết bị ...........................................................................................43 5.4. Kiểm soát tiếng ồn công nghiệp .........................................................................43
Chương 1. NHỮNG KHÁI NI ỆM CƠ BẢN CỦA ÂM THANH
Âm thanh (Sound, Acoutics) là sự giao động áp lực di chuyển xuyên qua môi
trường (vật liệu) mà tai người có thể cảm nhận được. Âm thanh được tao ra từ sự rung
động bề mặt hoặc chuyển động hỗn loạn của dòng lưu.
Con người có thể nghe thấy âm có tần số từ 16 đến 20.000 Hz. Trên mức đó gọi
là sóng siêu âm, dưới gọi là hạ âm, hai sóng này tai người không nghe được.
Đơn vị âm thanh phổ biến là Decibel (đề xi ben) (dB), là bội số 10 của Bel (lấy
tên nhà bác học Amfed Bel (1dB = B/10). Mức dB = 0 là ngưỡng tai người nghe được,
tăng 10dB thì âm thanh (cảm giác) tăng gấp đôi.
Âm thanh có hai đặc trưng cơ bản, đó là: vật lý và sinh học.
1.1. Sóng âm
Sóng âm là một loại sóng cơ có biên độ dao động nhỏ (tạo ra âm) mà thính giác
nhận biết được.
Một áp suất âm đơn giản nhất (tần số nhất định) tạo ra một sóng hình sin như
sau:
Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào môi trường truyền. Trong điều kiện chất khí lý
tưởng, hàm tốc độ phụ thuộc vào nhiệt độ của khí.
2/1)..( RTgcc γ=
Trong đó:
gc là hệ số chuyển đổi, 1gc = 1kg.m/N.s2
γ : tỉ số nhiệt riêng
R: hằng số khí, R= 287J/kg.K (K là độ Kevin)
T: Nhiệt độ tuyệt đối, K hoặc 0R
Tốc độ truyền âm trong không khí ở 200 C khoảng 340 m/s; nước 1.450m/s.
1.2. Tần số, bước sóng, biên độ
- Bước sóng (Wavelenght, λ) là khoảng cách giữa 2 đỉnh sóng đơn (hoặc hai cấu trúc
lặp lại của sóng).
λ = c/f = c.T
- Tần số (Frequency, f) là số lần lặp lại sóng điều hòa - simple harmonic wave (sóng
hình sin) trong 1s. Đơn vị tần số là Hz – số lần lặp lại trong 1s (1Hz = 1/s, 1 lần trong
1 giây).
f = 1/T; f = c/λ ; k = λπ2
Trong đó:
c: vận tốc truyền sóng (m/s);
F: tần số (1/s); λ : bước sóng (m);
k là số lượng sóng trong một khoảng cách nhất định.
- Biên độ (Amplitude): là biên độ áp suất lớn nhất (PM), biên độ áp suất căn bậc hai
trung bình (Root Mean Square: rms) Prms, có đơn vị là Pascal (Pa). Prms = 0,707 PM
Biên độ dao động là độ dời lớn nhất của các phần tử so với vị trí cân bằng. Biên
độ dao động thể hiện độ mạnh, yếu của âm thanh. Biên độ càng lớn, âm thanh càng
mạnh.
- Chu kì (Period, T): thời gian cần thiết truyền được một khoảng cách = 1 bước sóng
(chu kì sóng), T = 1/f.
Hình 1.1: Biểu đồ thể hiện biên độ và bước sóng [9]
Ví dụ tính toán: Sóng có tần số 250 Hz truyền trong môi trường không khí tại 25 độ C.
Hằng số riêng không khí là 287 J/kg.K; tỉ số nhiệt riêng là 1,4. Xác định tốc độ truyền
âm, bước sóng và số bước sóng?
1.3. Mức áp suất âm, mức cường độ âm
1.3.1. Mức áp suất âm
- Áp suất âm (Acoustic Pressure) là chênh lệch giữa áp suất âm và áp suất khí quyển.
Hình 1.2: Biểu đồ áp suất âm
1. yên tĩnh, 2. âm thanh nghe thấy, 3. áp suất khí quyển, 4. áp suất âm tức thời
Áp suất âm thường được dùng là rms (root mean square: căn bậc hai của bình
quân tổ hợp số, hay gọi là áp suất trung bình) và Prms tức là P .
Ta có max2
2PP = (Pmax chính là biên độ của sóng)
Công thức tính áp suất:
P = ρ .c.u (u là vận tốc tức thời – vận tốc giao động các phần tử)
Trong đó:
P = Zs.u (Zs là trở kháng âm riêng – Pa.s/m; u là vận tốc tức thời – vận tốc giao động
của các phần tử)
Zs = gcc /ρ ( ρ là mật độ hạt hay mật độ môi trường; c là vận tốc truyền âm; gc là đơn
vị chuyển đổi, 1gc = 1kg.m/N.s2; Zs là kháng trở điển hình)
- Mức áp suất âm (dB):
Weber Fechner phát hiện rằng cảm giác âm thanh của tai không tỷ lệ bậc nhất
với năng lượng kích thích mà đúng hơn với Logarit của nó.
Đó chính là cơ sở của một đơn vị đánh giá âm thanh mới theo thang Logarit gọi
là mức âm.
Lp =10lg(Prms/Pref)2 = 20lg(Prms/Pref) = 20lgPrms – 20lgPref . Trong đó:
Prms là áp suất toàn phương trung bình (Pa);
Pref (Po) là áp suất âm đối chiếu (áp suất âm nhỏ nhất mà tai người có thể nghe được),
Pref = 2.10-5 N/m2 = 2.10-5Pa [9, trang 29]
Lp cũng có thể được tính theo công thức thực nghiệm sau [9]:
Lp = 20lgPrms + 94 (dB)
- Mức áp suất âm theo đặc tính A (A – weighted sound pressure level):
LpA = 10lg(PA/Pref)2 (dBA)
Trong đó: pA là áp suất toàn phương trung bình theo đặc tính A, Pa;
- Mức áp suất âm theo %: Là mức áp suất âm theo đặc tính A được đo khi dùng đặc
tính thời gian “F” khi vượt N% của khoảng thời gian đo đạc. Ký hiệu là LAN,T.
Ví dụ: LN95,1h là mức âm theo đặc tính A vượt 95% trong 1 giờ.
- Mức áp suất âm tương đương liên tục theo đặc tính A (dB): Là giá trị mức áp suất âm
theo đặc tính A của âm thanh liên tục, ổn định trong khoảng thời gian T (mức áp suất
trung bình trong khoảng thời gian, LAeq,T):
Trong đó:
+ LAeq,T là mức áp suất âm tương đương liên tục theo đặc tính A (dBA) được xác định
trong khoảng thời gian T, bắt đầu từ t1 và kết thúc ở t2 (T = t2 – t1).
+ PA (t) là mức áp suất âm tức thời theo đặc tính A của một tín hiệu âm thanh.
+ P0 (Prms) là áp suất âm đối chiếu.
LAeq,T được dùng để đánh giá tiếng ồn môi trường hoặc tiếp xúc nghề nghiệp.
1.3.2. Mức cường độ âm và công suất âm
a. Cường độ âm (Acoustic Intensity)
Cường độ âm ở một điểm nào đó trên phương đã cho trong trường âm là tổng
năng lượng âm thanh đi qua một đơn vị diện tích bề mặt S vuông góc với phương
truyền âm, tại điểm đó trong một đơn vị thời gian.
- Đối với sóng phẳng: C
PI
ρ= )(
2
C
rmsPI
ρ= W/m2(J/m2.s) (C là vận tốc truyền sóng)
- Đối với sóng cầu: I = W/4πr2 (W/m2) (W là công suất âm)
Sóng truyền qua qua không gian chủ yếu là sóng hình cầu
b. Công suất âm (Sound Power, Acoustic Power, P)
Công suất âm là tổng năng lượng âm thanh phát ra từ một nguồn trong một
khoảng thời gian, đơn vị Watts.
P = I.A (A là diện tích)
1.4. Mức to, độ to
Mức to, độ to của âm thanh là sức mạnh cảm giác do âm thanh gây nên trong tai
người, nó phụ thuộc vào áp suất & tần số của âm. Tần số càng thấp thì tai người càng
khó nghe thấy.
1.4.1. Mức to (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.
Fon có giá trị bằng mức áp suất âm của âm chuẩn có cùng mức to với âm đó.
Dùng tai người để nghe và so sánh mức to. Âm chuẩn là âm anh dao động hình sin
sóng phẳng và tần số 1.000Hz.
Ví dụ, âm thanh A có tần số 200Hz có mức âm thanh là 50dB và nghe tương
đương âm thanh (mức to – cảm giác tai người) có tần số 1000Hz và mức âm là 60dB,
lúc đó độ to (Fôn) của âm thanh A là 60.
- Với âm tiêu chuẩn: Mức to ở ngưỡng nghe là 0 Fôn, ngưỡng chói 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 biểu đồ đường mức to (Fôn)
Hình 1.3: Biểu đồ các đường đồng mức to
(Nguồn: ISO 226, 1987a; D.W. Robinson & Dadson, 1956)
1.4.2. Độ to (Sôn)
Khi so sánh âm này to hơn âm kia bao nhiêu lần ta dùng khái niệm "độ to". Đó
là một đơn vị chủ quan do cảm nhận cường độ âm. Độ to là 1 thuộc tính của thính
giác, cho phép phán đoán tính chất mạnh yếu của âm thanh.
Giá trị 1 Son = Âm tần số là 1.000Hz và mức âm là 40 dB. Âm 5.000 Hz có
mức âm cũng là 40 dB nhưng tai nghe thấy to gấp đôi âm trên thì nó được đánh giá là
âm có độ to 2 Son.
Mối liên hệ giữa Sôn & Fôn như sau:
S = )40(1,02 −F (Từ CT Log10S = 0.03 (F - 40)
Như vậy, nếu mức to của 1 âm = 40F => độ to của âm đó S = 1 Sôn. Khi mức
to tăng 10F (hoặc 10dB tại 1 kHz) thì độ to tăng gấp 2.
1 Son = 40 Fon, tương ứng tần số 1 kHz và 40dB.
1.4.3. Dải tần số âm
Thông thường, để đánh giá âm, người ta chỉ sử dụng mức âm tổng cộng mà
không phân tích chúng theo các tần số. Thực tế thì việc phân tích âm thanh trên mỗi
tần số trong phạm vi 20hz – 20.000 hz là rất phức tạp và nhiều khi không cần thiết. Vì
vậy, để thống nhất, ISO đề nghị sử dụng các dãy tần số âm tiêu chuẩn khi nghiên cứu
âm thanh cũng như khi chế tạo các thiết bị đo.
Mỗi dãy tần số được xác định bởi tần số giới hạn dưới f1 và tần số giới hạn trên
f2. Khi đó bề rộng của dãy tần số được xác định:
∆ f = f2 – f1
Khi chọn một dãy tần số nghiên cứu, bộ lọc tần số chỉ cho năng lượng âm thanh
của các tần số nằm giữa phạm vi của hai tần số giới hạn xác định của dãy này đi qua.
Có ba dãy tần số âm chính:
Dãy tần số 1 octave thường được sử dụng trong nghiên cứu tiếng ồn các khu
dân cư, trong thành phố và trong phòng. Dãy tần số 1/3 octave thường được sử dụng
trong nghiên cứu cách âm của các kết cấu nhà cửa. Dãy tần số 1/2 octave ít được sử
dụng.
Tai người không phản ứng đồng thời với độ tăng tuyệt đối của tần số âm thanh
mà theo mức tăng tương đối của nó. Khi tần số tăng gấp đôi thì độ cao của âm tăng lên
1 tông , gọi là 1 octave tần số.
Người ta chia tần số âm thanh ra thành nhiều dải, trong đó giới hạn trên (f2) của
lớn gấp đôi giới hạn dưới (f1) hay 1 octave tương ứng f2/f1 = 2. Dải nửa octave f2/f1
= 2 ; dải 1/3 = 3 2
Hình 1.4: Các dải 1 octave và 1/3 octave
Toàn bộ dải tần số âm thanh mà tai người nghe được chia ra làm 11 octave tần
số và có giá trị trung bình là 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16.000.
Tiêu chuẩn cho phép của tiếng ồn được quy định ở 8 octave : 63; 125; 250; 500; 100;
200; 400; 800.
Bảng 1.1: 8 octave cho phép
Các máy đo độ ồn, mức to của âm (đơn vị là dBA) là mức cường độ âm chung
của tất cả các dải octave tần số đã qui định về tần số 1000Hz. Ta gọi âm thanh đó là
dBA là âm thanh tương đương.
Đọc thêm: Âm thanh và cảm giác nghe của tai người
Tần số âm thanh mà con người nghe được không nguy hại: 16Hz – 16.000Hz
[Randall F. Barron] và mức âm nghe được là 16Hz – 20.000Hz (0 – 120dB). Mức
thấp (sóng hạ âm - infrasound) hoặc cao hơn (sóng siêu âm - ulfrasound) khoảng đó,
con người không nghe được. Mức âm thanh chuẩn thường (âm nhạc) là 440Hz.
Áp suất âm, mức âm của một số nguồn ồn [WHO]
Chương 2. Ô NHIỄM TIẾNG ỒN
2.1. Khái niệm tiếng ồn
Tiếng ồn là âm thanh khó chịu hoặc có hại cho con người. Tiếng ồn có tính chủ
quan nhất định.
2.2. Các tiêu chuẩn về tiếng ồn
Giới hạn tối đa cho phép về tiếng ồn môi trường (QCVN 26:2010/BTNMT)
(theo mức âm tương đương), dBA
TT Khu vực Từ 6 giờ đến 21 giờ Từ 21 giờ đến 6 giờ
1 Khu vực đặc biệt 55 45
2 Khu vực thông thường 70 55
Khu vực đặc biệt: Là những khu vực trong hàng rào của các cơ sở y tế, thư viện, nhà
trẻ, trường học, nhà thờ, đình, chùa và các khu vực có quy định đặc biệt khác.
Khu vực thông thường: Gồm: khu chung cư, các nhà ở riêng lẻ nằm cách biệt hoặc
liền kề, khách sạn, nhà nghỉ, cơ quan hành chính.
2.3. Các loại tiếng ồn
Các nguồn ồn chính bao gồm:
- Nguồn ồn công nghiệp, xây dựng: tiếng ồn từ hoạt động các nhà máy, nhà xưởng,
xây dựng…
- Nguồn ồn giao thông: tổng hợp tiếng ồn do các chi tiết và vận động của phương tiện
gây ra.
- Nguồn ồn sinh hoạt: bao gồm kinh doanh, công cộng…
Các loại tiếng ồn:
- Tiếng ồn cơ khí: tiếng ồn phát sinh do rung ở máy, thiết bị hoặc do va đập các chi tiết
của chúng.
Công thức xác định mức công suất ồn:
radvcSW σρ )( 2=
W: Mức công suất âm (watt)
ρ : Mật độ không khí (kg/m3)
c: Tốc độ âm thanh (m/s)
radσ : Hiệu ứng bức xạ
S: Diện tích bề mặt rung
v: vận tốc rung
- Tiếng ồn khí động: tiếng ồn phát sinh trong các quá trình chuyển động của các chất
khí hoặc của vật chuyển động trong khí với vận tốc khí hoặc sinh ra do sự chảy của
các chất lỏng hay sự phun chất cháy trong vòi phun.
- Tiếng ồn điện từ: tiến ồn phát sinh do dao động của các chi tiết trong thiết bị cơ điện
chịu ảnh hưởng của lực điện từ biến đổi.
- Tiếng ồn thủy động (Fluid Noise): Tiếng ồn phát sinh trong các quá trình chuyển
động của chất lỏng. Thông thường tiếng ồn phát sinh do vật liệu rắn có hình bánh xe
hoặc chân vịt của thuyền tác động vào chất lỏng. Tốc độ dòng chảy quyết định đến
công suất âm, nếu tăng gấp đôi tốc độ dòng chảy, W tăng 18 – 24 dB. Để giảm tốc độ
dòng chảy, cần dùng thiết bị khuếch tán (diffusers) hoặc tấm ngăn cản hạn chế dòng
chảy.
Mô tả một số thiết bị gây ồn trong công nghiệp [8]:
- Tiếng ồn máy hàn xì (Gas Jets): Mức công suất ồn cách 1m của thiết bị xả hơi có thể
đạt đến 105dB.
- Quạt thông gió và quạt hút (Ventilator and Exhaust Fans): Biên độ mức công suất âm
rất rộng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
- Thiết bị nén (Compressors): Hầu hết các máy nén đều có công suất ồn lớn. Độ ồn
mỗi lần nén (đóng, đập) có thể lên đến 105 dBA.
- Mô tơ điện (Electric Motors): Bộ phận phát sinh nguồn ồn chủ yếu từ cánh quạt, tùy
theo công suất máy sẽ phát sinh độ ồn khác nhau. Độ ồn mô tơ điện có thể đạt
106dBA.
- Máy cưa xẻ gỗ (Woodworking Machines): Độ ồn phát sinh, độ rung ở các thiết bị
cắt, nghiền; độ ồn do nguyên nhân khí động lực (ở các thiết bị quạt); độ ồn ở thiết bị
quạt bụi, ống loại bỏ mùn cưa. Độ ồn có thể đạt đến 106dB.
- Thiết bị khí nén (Pneumatic Tools): Bao gồm, máy khoan, súng bắn hơi, búa hơi,
máy phá bê tông… Cơ chế phát sinh ồn: sự tác động giữa máy và bề mặt (bao gồm cả
việc truyền rung); việc xả khí nén; cấu trúc bên trong thiết bị. Độ ồn của thiết bị khí
nén cầm tay có thể đạt đến 110dB.
Bảng 1.2: Mức ồn tiêu biểu các ngành công nghiệp ở Singapor [Tan Kia Tang
1995]
Bảng 1.3: Mức ồn trung bình (LAeq) (đo trong 8 h) và mức ồn cực đại (LCpeak) ở các
khu vực công nghiệp [(Pekkarinen, Starck 1987]
2.4. Tác hại của tiếng ồn
Theo EPA, năm 1991 có khoảng 9 triệu công dân Mỹ bị phơi nhiễm thường
xuyên với mức ồn trung bình 85 dB(A) trở lên và tăng lên 30 triệu người vào 1990.
Con số ngày ở Đức là 12 – 15% dân số, tương đương 4 – 5 triệu người [9].
Tiếng ồn tác động lên con người ở 3 phương diện:
- Tác động về mặt cơ học;
- Tác động về mặt sinh học;
- Tác động lên các hoạt động xã hội;
Tiếng ồn có tác động xấu đối với con người, thể hiện:
- Quấy rầy giấc ngủ
- Tác dụng đối với thính giác
Liệt kê một số khoảng giá trị mức ồn có ảnh hưởng tới thính giác [9]:
+ Mức phơi nhiễm tiếng ồn của công nhân từ 85 – 90 dB (f ~3.000Hz) trong một thời
gian dài (30 – 40 năm) là có thể gây mất thính giác. Khuyến cáo, mức tiếp xúc tối đa
của công nhân nơi làm việc là 85dB trong 8h/ngày.
+ Giảm 3 – 5 dB, thời gian phơi nhiễm cho phép có thể tăng gấp đôi.
+ Mức ồn tối đa bất thường (impulses noise) mà tai người có thể chịu đựng được là
140dB, tại mức này con người có thế chịu đựng được 100 lần/ngày; tại mức 130dB là
1.000 lần/ngày; 120dB là 10.000 lần/ngày.
- Tác dụng đối với thông tin;
- Tác dụng đối với thể lực, đối với tâm thần và hiệu quả làm việc của con người.
2.5. Quan trắc và đánh giá tiếng ồn
2.5.1. Quan trắc tiếng ồn (28/2011/TT-BTNMT)
a. Các mục tiêu cơ bản trong quan trắc tiếng ồn
- Xác định mức độ ồn ảnh hưởng đến sức khoẻ cộng đồng theo các tiêu chuẩn cho
phép hiện hành;
- Xác định ảnh hưởng của các nguồn gây tiếng ồn riêng biệt hay nhóm các nguồn gây
tiếng ồn;
- Cung cấp thông tin giúp cho việc lập kế hoạch kiểm soát tiếng ồn;
- Đánh giá diễn biến ô nhiễm ồn theo thời gian và không gian;
- Cảnh báo về ô nhiễm tiếng ồn;
- Đáp ứng các yêu cầu của công tác quản lý môi trường của Trung ương và địa
phương.
b. Thông số quan trắc
- LAeq mức âm tương đương;
- LAmax mức âm tương đương cực đại;
- LAN,T mức phần trăm;
- Phân tích tiếng ồn ở các dải tần số 1 ôcta (tại các khu công nghiệp);
- Cường độ dòng xe (đối với tiếng ồn giao thông).
c. Thời gian và tần suất quan trắc:
- Tần suất quan trắc tiếng ồn, tối thiểu phải là 04 lần/năm.
- Thời gian quan trắc:
+ Đối với tiếng ồn tại các khu vực quy định và tiếng ồn giao thông: đo liên tục 12, 18
hoặc 24 giờ tuỳ theo yêu cầu;
+ Đối với tiếng ồn tại các cơ sở sản xuất, phải tiến hành đo trong giờ làm việc;
d.Thiết bị quan trắc
Yêu cầu chung của thiết bị quan trắc:
- Theo TCVN 5964:1995;
- Có kèm theo bộ phân tích tần số.
- Được chuẩn theo bộ phát âm chuẩn ở mức âm 94 và 104 dBA trước mỗi đợt quan
trắc và định kỳ được kiểm chuẩn tại các cơ quan có chức năng kiểm chuẩn thiết bị.
e. Phương pháp quan trắc
(TCVN 5964:1995 và TCVN 5965:1995)
Các phép đo âm thanh chính:
- Đo phân tích mức âm thanh theo tần số
- Đo mức âm tổng cộng về năng lượng theo các thang hiệu chỉnh gần đúng về cảm
giác âm thanh của cơ quan thính giác người.
- Đo tích lũy theo từng khoảng thời gian để xác định trị số trung bình năng lượng âm
thanh, hay còn gọi là mức âm tương đương
- Ghi lại mức áp suất âm ( trên băng giấy) hoặc ghi lại âm thanh trên băng, đĩa và hiển
thị âm thanh.
- Đo thời gian âm vang của phòng và chất lượng cách âm của các kết cấu.
- Đo các tính năng âm học của vật liệu …
Các phép đo âm thanh đều sử dụng một máy đo mức âm có cơ sơ đồ giới thiệu
trên hình dưới đây
- Các phép đo ngoài trời:
Giảm phản xạ âm đến tối thiểu, cách cấu trúc phản xạ âm ít nhất 3,5 mét không
kể mặt đất. Khi không có quy định khác thì độ cao tiến hành đo là 1,2-1,5 mét so với
mặt đất.
- Các phép đo ngoài trời gần các nhà cao tầng:
Cách tòa nhà khoảng 1-2m và cách mặt đất từ 1,2-1,5m.
- Các phép đo tiếng ồn giao thông:
+ Độ cao tiến hành đo là 1,2-1,5 mét so với mặt đất [QCVN]; cách trục đường ít nhất
7,5m [1]
+ Phải giảm phản xạ âm đến tối thiểu;
+ Phải tránh các nguồn tiếng ồn gây nhiễu ảnh hưởng tới phép đo.
- Các phép đo trong nhà:
+ Các phép đo này thực hiện bên trong hàng rào, mà ở đó tiếng ồn được quan tâm. Nếu
không có chỉ định khác, các vị trí đo cách các tường hoặc bề mặt phản xạ khác ít nhất
1 mét, cách mặt sàn từ 1,2-1,5 mét và cách các cửa sổ khoảng 1,5 mét; cách nguồn gây
ồn khoảng 7,5 mét; Phòng kinh doanh karaoke thì đo tại cửa sổ, cửa phòng.
+ Khi đo tiếng ồn tại nơi làm việc do các máy công nghiệp gây ra phải đo tiếng ồn
theo tần số ở dải 1:1 ôcta (theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3985:1999).
- Đo tiếng ồn ổn định và không ổn định:
+ Tiếng ồn ổn định có độ biến âm không quá 5dB, thường sử dụng phép đo chậm
+ Tiếng ồn không ổn định, thường sử dụng phép đo nhanh
Tìm hiểu thêm: Các máy đo âm thanh
Mạch hiệu chỉnh A, B, C
Microphon Khuyếch đại
Bộ lọc
Khuyếch đại Kim đo
dB
- Máy đo đảm bảo tiêu chuẩn:
IEC 60651: Standard for Sound Level Meters
IEC 60804: Standard for Integrating Sound Level Meters
ANSI S1.4: Standard for Sound Level Meters
ANSI S1.43: Standard for Integrating Sound Level Meters
- Đặc điểm chính của máy đo âm hiện nay:
+ Đạt tiêu chuẩn: thường là IEC 651 loại I, II hoặc IEC: 61672-2002 (TCVN
6775:2000), IEC: 61260-1995
+ Máy đo: có phân tích dải âm (Integrating Sound Analyzer: thường là dải 1/1 và 1/3
octave) hoặc không (Intergrating Sound Level Meter/ Sound level meter):
+ Các giá trị đo: Lp, LA/LC, LAeq, LAE (mức áp suất âm tiếp xúc), LAmax, LAmin, LAN,
Lpeak, LCpeak, LAtm5, LAI, LAieq ...
+ Thời gian đo: 10 giây, 1, 5, 10, 15, 30 phút, 1, 8, 24 giờ hoặc chỉnh bằng tay (tối đa
200 giờ).
+ Thang đo (weighting): A; C; Z; Flat
Vd1: A: 30 - 80dB; C : 50-100dB; Flat: 80-130dB;
Vd2: (A): 28 - 30dB, (C): 36 - 130dB, (Z): 40 - 130dB, (Cpeak): 55 - 141dB,
(Zflatpeak): 60 - 141dB
+ Thang tần số đo: Thang tần số rộng: 10Hz - 20kHz
- Hiệu chỉnh mức A, B, C, D:
Mục đích của máy đo âm thanh là phản ánh đúng cảm giác của tai người. Tuy
nhiên máy (microphon) nhạy cảm với mọi tần số âm thanh, còn tai người cảm thụ bằng
chức năng sinh lý (Fon), phụ thuộc rất nhiều vào tần số âm. Do đó cần phải đưa vào
máy các mạch hiệu chỉnh tương ứng với đường đồng mức to gần mức khảo sát nhất.
Để đơn giản hóa, người ta chia các đường đồng mức to thành ba vùng và xác
định một đường trung bình cho mỗi vùng đó (ở tần số 1000Hz).
- Vùng A: các đường đồng mức to từ 0 đến 40dB
- Vùng B: từ 40 đến 70 dB
- Vùng C: trên 70dB
Như vậy, ta có các mạch hiệu chỉnh A, B, và C tương ứng kết quả đo mức âm được
biểu diễn dB A, dB B và dB C.
Sau này lại được bổ sung thêm D để xác định âm có tần số cao như máy bay.
Vì vậy, để đo âm chính xác thì phải điều hiệu chỉnh A, B, C, D cho tương ứng
với âm thanh thực tế như trên. Tuy nhiên, cách đo như vậy quá nhiều phức tạp và
nhiều khi không thể thực hiện được. Vì vậy, hiện nay các phép đo, đánh giá trên thế
giới và Việt Nam, người ta quy định sử dụng mạch hiệu chỉnh A (dBA) để đánh giá tất
cả âm thanh. Mức A cũng phù hợp trong việc đánh giá tổn thương thính giác do tiếng
ồn gây ra.
2.5.2. Đánh giá tiếng ồn
a. Đánh giá tiếng ồn môi trường
QCVN 26:2010/BTNMT quy định tiếng ồn hạn tối đa các mức tiếng ồn tại các
khu vực có con người sinh sống, hoạt động và làm việc.
(theo mức âm tương đương), dBA
TT Khu vực Từ 6 giờ đến 21 giờ Từ 21 giờ đến 6 giờ
1 Khu vực đặc biệt 55 45
2 Khu vực thông thường 70 55
Theo TCXDVN 175:2005 “Mức ồn tối đa cho phép trong công trình công cộng
- Tiêu chuẩn thiết kế” quy định:
- Đánh giá tiếng ồn nơi công cộng theo 02 cách: Leq (dBA) đối với phòng thông
thường; Theo đường NR (noise rating)
- Phòng được xem là đạt yêu cầu khi: Leq nhỏ tiêu chuẩn và đường NR thực tế không
có điểm nào nằm cao hơn đường NR tiêu chuẩn.
Hình 1.5: Họ đường cong NR (I.S.O. R 1996, 1971)
b. Đánh giá tiếng ồn giao thông
Có nhiều mô hình dự báo tiếng ồn giao thông, tuy nhiên không có mô hình dự
báo tiếng ồn giao thông nào hoàn hảo. Mỗi nước sử dụng các thông số, cách đo, vị trí
đo… không giống nhau. Ví dụ ở một số nước EU sử dụng: L50, cách mép đường 3m;
Nga: cách tim làn xe ngoài cùng 3m…
Nhiều nước sử dụng thông số đánh giá L10(18h) để đánh giá cũng như đưa ra
mức ồn tối đa của tiếng ồn giao thông [12]:
- L10 là mức âm vượt 10% trong khoảng thời gian 6h– 24h.
- Ở Anh Quốc, quy định L10 (18 giờ) bằng 68 dBA là tiêu chuẩn đủ điều kiện để cách
âm. Ở HongKong, sử dụng tiêu chuẩn: L10 (1giờ) 70 dBA vào giờ cao điểm.
Hình1.6: Biểu đồ xác suất phân bố mức ồn
Ðể đạt được độ chính xác cần thiết khi sử dụng phương pháp thống kê xác suất
để đánh giá tiếng ồn giao thông, cần chú ý [1]:
- Ðo vào giờ cao điểm
- Thời gian đo là 10 phút khi cường độ dòng xe là 1000 - 3000 xe/h, 20 phút khi cường
độ là 500 - 1000 xe/h, và 30 phút khi ít hơn 500 xe/h. Trường hợp chưa rõ cường độ
dòng xe cần phải đo 20 - 30 phút
Ở Việt nam chưa có tiêu chuẩn đánh giá tiếng ồn giao thông. Theo (Phạm Ðức
Nguyên, 2000) đề nghị sử dụng mức ồn tương đương trung bình trong thời gian từ 8 -
20h, đo cách trục đường 7,5 m làm trị số mức ồn tính toán (Kí hiệu LAtd).
Mức ồn tương đương (Latd) thường thấp hơn mức L10 khoảng 1 - 2 dBA khi
cường độ dòng xe là 500 - 3000 xe/h.
Bảng 1.4: Mức ồn tương đương tính toán mỗi giờ của dòng xe có 20% xe tải và xe
khách nặng, vận tốc 40 km/h [5]
Khi tính toán, các giá trị trong bảng 1.4 được hiệu chỉnh theo các trường hợp
thực tế sau:
- Theo số lượng xe tải và xe khách nặng: tăng, giảm 13%
Hiệu chỉnh dBA1±
- Theo số lượng xe tải và xe khách động cơ diesel:
1) Giảm không quá 10%, hiệu chỉnh 0 dBA
2) Tăng 10%, hiệu chỉnh dBA1±
- Theo vận tốc dòng xe:
1) Tốc độ: 7 - 80 km/h, nếu tăng giảm 7%, hiệu chỉnh dBA1±
2) Tốc độ 80 - 120 km/h: tăng 20%, hiệu chỉnh + 1dBA
- Theo độ dốc chiều dọc đường:
1) Độ dốc 0%, hiệu chỉnh 0
2) Tăng 2%, hiệu chỉnh dBA1±
- Theo chiều rộng đường phố có nhà hai bên đường:
1) Rộng trên 50 m, hiệu chỉnh 0
2) Giảm 10 m, hiệu chỉnh +1dBA
c. Đánh giá tiếng ồn lao động
Thông số đánh giá mức ồn bao gồm: mức ồn tức thời (instantaneous level) và
mức ồn tương đương trong khoảng thời gian T (A-weighted equivalent level LA,eq,T).
Giá trị LAeq,T đánh giá đúng bản bản chất mức độ ồn nên được sử dụng phổ biến hơn.
Các giá trị đánh giá độ ồn cụ thể [9]:
- Lx%,t là mức ồn vượt quá x% thời gian t (dBA).
- LMax là mức ồn tối đa cao nhất trong thời gian đo (dBA).
- Lpeak là mức ồn đỉnh tuyệt đối.
- LEX,8h/LAeq,8h/LEP,d là mức ồn phơi nhiễm hằng ngày (daily noise exposure level), liên
tục trong 8 h.
- LEX,w (weekly noise exposure level) là mức ồn phơi nhiễm trong 1 tuần (>1 ngày, đến
5 ngày; với tiêu chuẩn 40 tiếng).
Công thức xác định mức ồn:
∑=
=n
niTT
1
= ∑=
n
i
TLAeqTAeq
i
nL
1
10/,, 10
1lg10
1
026,0 42
1 −+= − n
s
n
stCL n
∑=
−−
=n
mTAeq LLn
si
11
2, )(
1
1
CLLLCL
CLLLCL
TAeq
TAeq
−=
−=
,
,
)/lg(10 0,8,,8, TTLLLL TAeqhAeqdEPhEX +===
Trong đó:
S: là độ lệch chuẩn (Standard Deviation);
Tn-1: là độ biến thiên tương ứng (n-1) với xác suất ngưỡng nghe 95%.
T: là tổng khoảng thời gian phơi nhiễm hằng ngày;
T0: là khoảng thời gian 1 ngày làm việc (8h);
CL: là giới hạn thấp và cao nhất của LAeq,T (Confidence Limit);
Lm: là trung bình cộng của mức ồn LAeq,T;
LCL: là giới hạn dưới của LAeq,T (Lower Confidence Limit);
UCL: là giới hạn trên của LAeq,T (Upper Confidence Limiet)
Theo TCVN 3985 : 1999, tiêu chuẩn về mức ồn tại nơi làm việc:
- LAeq,T có thể được tính theo 2 cách:
+ Đặt máy ở chế độ (mode), đo liên tục trong 8h:
∑= iALiTAeq t
TL 1,0
, 101
lg10
+ Đo rời rạc trong những khoảng thời gian nhất định:
= ∑=
∆+n
i
LLTAeq
AeqiAeq
nL
1
)(1,0, 10
1lg10
Trong đó:
L iA là mức áp suất âm
L iAeq là mức áp suất âm tương đương trong khoảng thời gian ti (giờ)
∆ L iAeq là mức âm hiệu chỉnh, cho ở bảng sau:
- Tại mọi vị trí làm việc suốt ca, Leq không quá 85dB, cực đại không quá 115dBA
- Nếu tổng thời gian tiếp xúc không quá 8h thì: 4h – 90dBA; 2h – 95dBA; 1h –
100dBA; 30ph – 105dBA; 15ph – 110dBA.
- Cách đo: cách người công nhân 0,5m, ngang tầm tai và hướng micro về nguồn ồn
Ví dụ tính toán:
Ví dụ 1: Một người công nhân thứ 1 phơi nhiễm 4h/ngày; 5 ngày/tuần, mức ồn LAeq,T
là 95dB (A). Người công nhân thứ 2 phơi nhiễm 10h/ngày; 3 ngày/tuần, LAeq,T =
95dB(A),
Ví dụ 2: Mức áp suất âm tương đương đo tại nơi làm việc như sau:
Chương 3. SỰ LAN TRUYỀN TIẾNG ỒN
3.1.Truyền âm ngoài trời
Sự truyền âm ở ngoài trời có những đặc điểm sau đây:
- Chỉ lan truyền đi mà không có sóng trở lại;
- Sự truyền âm chịu ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết như gió, gadient nhiệt độ…;
- Năng lượng âm bị mất do hút âm của vật liệu bề mặt;
- Trên đường truyền âm có thể gặp vật cản như nhà cửa, cây cối...
Khi âm thanh lan truyền trong không khí, năng lượng âm sẽ giảm dần theo
khoảng cách xa dần nguồn âm. Ðó là hiện tượng tắt dần của nguồn âm, gây ra do hai
nguyên nhân sau:
- Sự giảm năng lượng âm theo khoảng cách: năng lượng âm giảm vì phải chia sẻ cho
nhiều phần tử môi trường;
- Sự hút âm của không khí: giảm năng lượng do ma sát của các phần tử khí.
a. Sự giảm âm theo khoảng cách
* Trường hợp nguồn âm điểm
Nếu một nguồn âm điểm có công suất P(W) bức xạ sóng cầu, thì ở khoảng
cách nguồn r(m) cường độ âm có thể tính theo công thức
Ir = 2..4 r
P
π (*)
Công thức trên cho thấy, mỗi khi khoảng cách r tăng lên gấp đôi, cường độ âm
lại giảm đi bốn lần. Sự giảm năng lượng của sóng cầu theo khoảng cách này gọi là luật
giảm âm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách.
A
dt A
2n
n
Nguoàn aâm
Hình 3.1: Năng lượng âm giảm theo luật bình phương khoảng cách
Logarit hóa hai vế công thức (*) ta xác định mức âm (dB) tại r theo công thức:
Lr = Lp + 10lg2..4
1
rπ
Hay Lr = Lp – 20lgr – 11, dB
Trong đó: Lp – mức công suất âm của nguồn, dB.
Bài toán thường gặp là xác định độ chênh lệch mức âm tại các khoảng cách r1
(có mức ồn L1) và r2 (với mức ồn L2), với r2 > r1. ta có:
∆L = L1 – L2 = 20lg1
2
r
r, dB.
Theo công thức này, khi khoảng cách tăng lên hai lần, mức âm giảm đi 6 dB.
* Đối với trường hợp nguồn âm đường
Hình 3.2: Sự giảm âm của âm đường [1]
Với nguồn âm đường (bức xạ sóng trụ), độ giảm cường độ âm từ khoảng cách
r1(I1) đến khoảng cách r2(I2) theo quan hệ:
2
1
I
I=
1
2
r
r
Độ chênh lệch mức âm giữa các khoảng cách r1 và r2 lúc này sẽ là:
∆L = 10lg1
2
r
r (dB)
Với công thức này cho thấy, đối với nguồn âm đường mỗi khi khoảng cách tăng lên
gấp đôi mức âm sẽ giảm đi 3dB
Lưu ý: Khi tính toán sự giảm âm của tiếng ồn giao thông có thể:
- Sử dụng công thức ∆L = 10lg1
2
r
r(dBA) với r1 = 1m, r2 là k/c từ nguồn đến địa
điểm tính toán.
- Sử dụng phương pháp có tính đến khoảng cách giữa các xe lưu thông:
+ S = 1000Vtb/N, trong đó S là k/c giữa các xe; Vtb là vận tốc trung bình (km/h); N
là cường độ dòng xe (xe/h)
+ Độ giảm mức ồn thực tế được tính dựa vào biểu đồ sau:
Hình 3.3: Mức giảm âm theo khoảng cách [5]
Ví dụ tính toán: Một đường phố có cường độ dòng xe trung bình là N = 1000
xe/giờ, có mức ồn tính toán LAtd(8 - 20h) = 76dBA, vận tốc trung bình 40km/h. Xem
mức hấp thụ của không khí là rất nhỏ. Xác định mức ồn tại mặt ngoài nhà ở cách
đường giao thông 52m, 100m. Ðồng thời so sánh với TCVN 5949 - 1998.
* Giảm âm theo khoảng cách có tính hệ số bề mặt
- Đối với âm điểm:
∆Lk/c = kđ.20lg1
2
r
r
- Đối với âm đường:
Hệ số hấp thụ âm bề mặt, kđ Loại địa hình
1,0 Đất bằng phẳng
1,1 Đất trồng cỏ
0,9 Đất bê tông, nhựa
∆Lk/c = kđ.10lg1
2
r
r
b. Sự hút âm của không khí
Sự hút âm của không khí phụ thuộc rất lớn vào tần số âm, đồng thời phụ thuộc
vào nhiệt độ và độ ẩm của không khí, thường xác định theo độ giảm mức âm trên mỗi
mét chiều dài truyền âm (dB/m).
Hình 3.4: Sự hút âm của không khí ở 200C theo tần số âm và độ ẩm tương đối ϕ [5]
Ví dụ tính toán:
Xác định độ giảm âm tại k/c 30m từ một nguồn âm (hình cầu) truyền ngoài trời, với độ
ẩm không khí là 80% và tần số lần lượt là 500Hz, 1.000Hz.
3.2. Truyền âm qua dải cây xanh
Cây xanh có tác dụng giảm tiếng ồn. Sóng âm truyền qua các dải cây xanh sẽ bị
suy giảm năng lượng và phản xạ âm.
Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy [1,3]:
- Tác dụng phản xạ như tường chắn có thể làm giảm mức âm 1,5 dB mỗi khi
gặp một dãy cây xanh.
- Khả năng hút và khuếch tán âm thanh của cây xanh phụ thuộc vào loại cây với
mức độ rậm rạp của lá, có trị số vào khoảng 0,12 ÷ 0,17 dB/m.
Độ giảm mức ồn sau các dải cây xanh được xác định bằng công thức của
Meister F. và Ruhrberg W:
∆ Lcx = 1,5Z + b∑ Bi
∆ Lcx = ∆ Lkc+ 1,5Z + b∑ Bi
Trong đó :
∆ Lkc - Độ giảm mức ồn do khoảng cách chưa kể tác dụng giảm tiếng ồn do các dải cây
xanh.
1,5Z - Độ giảm mức ồn do tác dụng phản xạ của dải cây xanh.
Z - Số lượng dải cây xanh.
∑ Bi - Tổng bề rộng của các dải cây xanh (m).
b – Hệ số hấp thụ âm thanh của cây xanh.
Bảng3.1: khả năng hút âm của cây, b
b∑ Bi - Độ giảm mức ồn do âm thanh bị hút và khuếch tán trong các dải cây.
r1 - Khoảng cách tới nguồn ồn (m) (lấy r = 1m).
r2 - Khoảng cách tính toán độ giảm mức ồn theo khoảng cách (m).
3.3. Truyền âm qua màn chắn và định luật khối lượng
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 3, thay đổi khối lượng, ảnh hưởng đến tất cả các tần số âm thanh
+ 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):
mcL∆ = 20log10(ms.f) – 48 [10]
mcL∆ = 20log10(ms.f) – 47 [6]
Trong đó: ms là mật độ khối lượng (kg/m2); f là tần số âm (Hz).
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 li ệu 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
(Nguồn: http://www.phaseto.com/acoustical_windows.htm)
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.
- 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 - mcL∆ - ∆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
mcL∆ : 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 phố đo được: LAeq = 80dBA (8 – 20h). Bề mặt truyền âm bằng
phẳng, nhiệt độ không khí là 20 độ C, độ ẩm là 80%.
Dân cư ở 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
Âm truyền tới điểm khảo sát gồm hai mức thành phần L1, L2 từ hai hướng khác
nhau:
0
11 lg10
I
IL = ;
0
221 lg10
I
IL =
Mức âm tổng cộng: 0
21lg10I
IIL
+=∑
Nếu L1 = L2 thì I2 = I2 ta có:
)(32lg102lg10 110
1 dBLLI
IL +=+==∑
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
12 lg10
I
aIL =
Mức âm tổng cộng:
)1lg(10lg10 10
11 aLI
aIIL ++=+=∑
Gọi )1lg(10 aL +=∆ là mức âm gia tăng, như vậy:
LLL ∆+=∑ 1
Trị số L∆ phụ thuộc vào độ chênh lệnh (L1-L2)
L1 – L2 = aI
Ia
I
Ilg10
.lg10lg10
0
1
0
1 −=−
Bảng 4.3: Mức âm gia tăng phụ thuộc vào hiệu số (L1-L2)
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 sơ đồ 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 V ẬT LI ỆU ÂM H ỌC
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 4.1: Hệ số hấp thụ của một số vật liệu với các tần số khác nhau [10]
Bảng 4.2: Hệ số hấp thụ của một số vật liệu
Tần số [Hz] Vật li ệu
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.
4.3. Vật li ệu 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)
5.2.2. Biện pháp công trình
- Xây dựng các tường chắn ồn dọc theo đường giao thông, có thể là bờ đất, bê tông, ốp
vật liệu chống ồn
- Thiết kế các điểm giảm tốc, cua kẹo cũng góp phần giảm tiếng ồn
- Thay thế đường bê tông có độ ồn 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 độ ồn 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
(Tự tìm hiểu)
TÀI LI ỆU THAM KH ẢO
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 nghiệp, NXB Khoa học và kỹ thuật.
4. Nguyễn Thị Lê (2007), Bài giảng ô nhiễm phóng xạ và tiếng ồn, Đại học Bách khoa Đà Nẵng.
5. Phạm Đức Nguyên (2000), Âm học và kiến trúc, NXB Khoa học và kỹ thuật.
Tiếng Anh
6. K. O. Ballagh (2004), Accuracy of Prediction Methods for Sound Transmission Loss. From:
http://marshallday.com/sites/marshallday.com/files/10_Accuracy_of_prediction_methods_for_sound_transmission_loss.pdf
7. Leo.L Veranek and Itsván L. Vér (2006), Noise and Vibration Control Engineering. From:
http://as.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd0471449423.html
8. Randall F. Barron (2003), Industrial Noise Control and Acoustics, Louisiana Tech University Ruston,Louisiana,U.S.A. From:
http://www.driftwoodaudio.com/client/coconnor/Acoustics/Industrial%20Noise%20Control%20And%20Acoustics%20(Randall%20F.%20Barron).pdf
9. WHO, Occupational exposure to noise: Evaluation, prevention and control. From: www.who.int/occupational.../occupnoise/en/index.htm
10. Noise insulation case, From:
http://personal.inet.fi/koti/juhladude/soundproofing.html
11. Noise tranmission, From:
http://www.kemt.fei.tuke.sk/Predmety/KEMT320_EA/_web/Online_Course_on_Acoustics/transmission.html
12. Noise Descriptors for Environmental Noise, From:
http://www.epd.gov.hk/epd/noise_education/web/ENG_EPD_HTML/m2/types_3.html
13. Online course on acoustics, From:
http://www.kemt.fei.tuke.sk/Predmety/KEMT320_EA/_web/Online_Course_on_Acoustics/index_acoustics.html
