Giáo trình Ô nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý - Nguyễn Võ Châu Ngân

137 trang cucquyet12 5320

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Ô nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý - Nguyễn Võ Châu Ngân", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_o_nhiem_tieng_on_va_ky_thuat_xu_ly_nguyen_vo_chau.pdf

Nội dung text: Giáo trình Ô nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý - Nguyễn Võ Châu Ngân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ TRUNG TÂM KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG & NĂNG LƯỢNG MỚI GIÁO TRÌNH Ô NHIỄM TIẾNG ỒN VÀ KỸ THUẬT XỬ LÝ Biên soạn NGUYỄN VÕ CHÂU NGÂN (MSc. WRE) Cần Thơ, tháng 11 năm 2003
Ơ nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý Lời nĩi đầu LỜI NĨI ÐẦU Trong cuộc sống hàng ngày mọi người luơn phải đương đầu với những tiếng ồn xung quanh. Tiếng ồn là một trong số những loại hình gây ơ nhiễm phổ biến. Tiếng ồn phát ra trong giao thơng, trượt tuyết tốc độ, xe đổ rác, thiết bị xây dựng, các quá trình sản xuất, máy cắt cỏ, máy quét đường và nhiều thứ khác nữa đều là những âm thanh khơng mong muốn được lan truyền trong khơng gian. Quyển bài giảng này nhằm cung cấp những kiến thức về ảnh hưởng của tiếng ồn đối với sức khỏe và những hướng dẫn để bảo vệ người dân tránh khỏi nguy hiểm từ tiếng ồn. Chương 1 sẽ cung cấp một cách khái quát về tiếng ồn - loại ơ nhiễm vơ hình. Những khái niệm cơ bản của âm thanh sẽ được trình bày trong chương 2. Chương 3 sẽ giới thiệu về sự truyền âm trong phịng, truyền âm ngồi trời và âm học phịng. Những loại hình của tiếng ồn sẽ được trình bày trong chương 4 với sự phân tích khá chi tiết về các nguồn sản sinh ra tiếng ồn. Chương 5 tập trung phân tích mức độ ơ nhiễm tiếng ồn tại thành phố và những giải pháp kỹ thuật chống tiếng ồn. Chương 6 giới thiệu những loại vật liệu và kết cấu hút âm. Khả năng ứng dụng các vật liệu và kết cấu hút âm trong việc cách âm cho nhà cửa, bảo đảm sự riêng tư trong sinh hoạt cá nhân được trình bày trong chương 7. Và cuối cùng giới thiệu những phương pháp chống tiếng ồn cho nhà cơng nghiệp, chủ yếu tập trung vào các giải pháp chống tiếng ồn do hệ thống điều hịa khơng khí gây ra và gia cơng âm học cho các phân xưởng sản xuất. Mặc dù đã cố gắng tham khảo nhiều tài liệu, đồng thời truy cập nhiều trang tin để tìm kiếm thơng tin phục vụ cho việc biên soạn. Tuy nhiên do kiến thức và thời gian cĩ hạn, giáo trình chắc chắn khơng thể tránh khỏi những sai sĩt. Tác giả rất mong nhận được nhiều ý kiến đĩng gĩp từ bạn đọc giúp tác giả hồn thiện hơn giáo trình của mình. Trân trọng. Nguyễn Võ Châu Ngân i
Ơ nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý Mục lục MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU i MỤC LỤC ii DANH SÁCH HÌNH vii DANH SÁCH BẢNG xi CHƯƠNG 1. TIẾNG ỒN - LOẠI Ơ NHIỄM VƠ HÌNH 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 4 CHƯƠNG 2. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA ÂM THANH 2.1 TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ÂM THANH 6 2.1.1 Ðịnh nghĩa sĩng âm 7 2.1.2 Các thơng số đặc trưng của âm thanh 11 2.2 ÐẶC ÐIỂM CẢM THỤ ÂM THANH 16 2.2.1 Cảm giác to nhỏ - mức to 16 2.2.2 Ðộ to - thang son 17 2.3 ÐO ÂM THANH 18 2.3.1 Mức âm hiệu chỉnh A, B, C, D 19 2.3.2 Dãy tần số âm 21 CHƯƠNG 3. TRUYỀN ÂM 3.1 TRUYỀN ÂM NGỒI TRỜI 22 3.1.1 Sự tắt dần âm thanh trong khơng khí 22 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) ii
Ơ nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý Mục lục 3.1.2 Xác định mức âm tổng cộng của nhiều nguồn 26 3.1.3 Ảnh hưởng của giĩ và phân bố nhiệt độ đến sự truyền âm 30 3.1.4 Ảnh hưởng của vật cản đến sự truyền âm 31 3.2 TRUYỀN ÂM TRONG PHỊNG KÍN 31 3.2.1 Hệ số hút âm và lượng hút âm 31 3.2.2 Trường âm trực tiếp và trường âm phản xạ 33 3.3 ÂM HỌC PHỊNG 36 3.3.1 Quá trình thu nhận âm thanh trong phịng 36 3.3.2 Xác định thời gian âm vang 38 CHƯƠNG 4. NHỮNG LOẠI HÌNH CỦA TIẾNG ỒN 4.1 PHÂN LOẠI CÁC NGUỒN ỒN 42 4.1.1 Phân loại theo vị trí nguồn ồn 42 4.1.2 Phân loại theo nguồn gốc phát sinh và các đặc điểm lan truyền 42 4.1.3 Theo thời gian tác dụng của tiếng ồn 42 4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ÐO VÀ ÐÁNH GIÁ TIẾNG ỒN 43 4.2.1 Các nguồn ồn ổn định và cố định 43 4.2.2 Nguồn ồn chuyển động 44 4.2.3 Nguồn ồn khơng ổn định 44 4.3 NGUỒN CỦA TIẾNG ỒN 45 4.3.1 Tiếng ồn cơ khí, từ các nhà máy cơng nghiệp 45 4.3.2 Tiếng ồn do giao thơng đường bộ 46 4.3.3 Tiếng ồn do giao thơng đường sắt 51 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) iii
Ơ nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý Mục lục 4.3.4 Tiếng ồn do máy bay 52 4.3.5 Tiếng ồn do máy bay siêu thanh 54 4.3.6 Tiếng ồn trong xây dựng, thực hiện cơng việc cơng cộng, tiếng ồn quân sự 55 4.3.7 Tiếng ồn từ hệ thống tiện ích nhà ở 55 4.3.8 Tiếng ồn từ các hoạt động giải trí 55 CHƯƠNG 5. CHỐNG TIẾNG ỒN TRONG THÀNH PHỐ 5.1 ẢNH HƯỞNG CỦA TIẾNG ỒN ÐỐI VỚI CON NGƯỜI 56 5.2 TIÊU CHUẨN MỨC ỒN CHO PHÉP 58 5.2.1 Phương pháp tiêu chuẩn 58 5.2.2 Tiêu chuẩn mức ồn cho phép 62 5.3 LAN TRUYỀN TIẾNG ỒN GIAO THƠNG TRONG THÀNH PHỐ 64 5.3.1 Lan truyền tiếng ồn trên địa bàn bằng phẳng 64 5.3.2 Lan truyền tiếng ồn trên địa hình cĩ nhà cửa 66 5.3.3 Lan truyền tiếng ồn qua dãy cây xanh 71 5.4 CÁC BIỆN PHÁP CHỐNG TIẾNG ỒN TRONG THÀNH PHỐ 73 5.4.1 Biện pháp quy hoạch kiến trúc, giao thơng 73 5.4.2 Giải pháp kỹ thuật: cây xanh, tường chắn chống tiếng ồn 76 CHƯƠNG 6. VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU HÚT ÂM 6.1 TÍNH CHẤT HÚT ÂM CỦA VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU 79 6.1.1 Giải thích sự hút âm và phân loại vật liệu 79 6.1.2 Ðo hệ số hút âm 81 6.2 CÁC LOẠI VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU HÚT ÂM 83 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) iv
Ơ nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý Mục lục 6.2.1 Vật liệu hút âm xốp 83 6.2.2 Kết cấu dao động cộng hưởng hút âm 85 6.2.3 Kết cấu cộng hưởng khơng khí 86 6.2.4 Kết cấu hút âm phối hợp 88 CHƯƠNG 7. CÁCH ÂM CHO CÁC KẾT CẤU NHÀ CỬA 7.1 SỰ LAN TRUYỀN ÂM TRONG NHÀ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP 90 ÐÁNH GIÁ CÁCH ÂM 7.1.1 Tiếng ồn khơng khí 90 7.1.2 Tiếng ồn va chạm 94 7.2 CÁCH ÂM KHƠNG KHÍ CỦA CÁC KẾT CẤU 95 7.2.1 Kết cấu một lớp đồng nhất 96 7.2.2 Kết cấu nhiều lớp 97 7.2.3 Các kết cấu khơng đồng nhất về cách âm 98 7.2.4 Mức ồn tổng cộng truyền vào phịng 102 7.3 CÁCH ÂM VA CHẠM CHO SÀN NHÀ 104 7.3.1 Sự lan truyền âm va chạm 104 7.3.2 Các biện pháp giảm sự lan truyền âm va chạm 105 7.3.3 Các loại sàn cách âm 106 7.3.4 Sàn cĩ lớp trải mặt sàn 108 CHƯƠNG 8. CHỐNG TIẾNG ỒN CỦA CÁC THIẾT BỊ VÀ NHÀ CƠNG NGHIỆP 8.1 GIẢM TIẾNG ỒN CỦA CÁC HỆ THỐNG ÐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ 110 8.1.1 Ðộ giảm mức ồn trên đường ống 111 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) v
Ơ nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý Mục lục 8.1.2 Mức ồn truyền vào phịng 114 8.1.3 Các kiểu bộ tiêu âm 115 8.2 CHỐNG TIẾNG ỒN TRONG NHÀ CƠNG NGHIỆP 116 8.2.1 Gia cơng âm học các phịng sản xuất 117 8.2.2 Vỏ cách âm và buồng cách âm 119 8.2.3 Màn chắn tiếng ồn 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 123 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) vi
Ơ nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý Mục lục DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Những mức ồn đo được tại một vùng ngoại ơ yên tĩnh 3 Hình 2.1 Sĩng âm lan truyền trong mơi trường đàn hồi 7 Hình 2.2 Các loại sĩng âm 8 Hình 2.3 Các dạng sĩng 9 Hình 2.4 Biểu diễn dao động của các phần tử theo thời gian 9 Hình 2.5 Quan hệ giữa cảm giác và năng lượng kích thích 13 Hình 2.6 Quan hệ giữa cường độ, áp suất và mức âm 14 Hình 2.7 Biểu đồ các đường đồng mức to của Robinson và Dadson 16 Hình 2.8 Quan hệ giữa độ to và mức to 17 Hình 2.9 Các đường cong hiệu chỉnh A, B, C, D 20 Hình 3.1 Năng lượng âm giảm theo luật bình phương khoảng cách 23 Hình 3.2 Giảm năng lượng âm theo nguồn âm điểm 23 Hình 3.3 Sự giảm cường độ của nguồn âm đường 24 Hình 3.4 Giảm năng lượng âm theo nguồn âm điểm 25 Hình 3.5 Sự hút âm của khơng khí ở 20oC theo tần số âm và độ ẩm tương đối 25 ϕ Hình 3.6 Độ tăng mức âm theo độ tăng của mức âm 27 Hình 3.7 Ảnh hưởng của giĩ và phân bố nhiệt độ đến sự truyền âm 30 Hình 3.8 Sự hình thành bĩng âm 31 Hình 3.9 Sự phản xạ và hút âm của các kết cấu trong phịng 31 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) vii
Ơ nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý Mục lục Hình 3.10 Trường âm trong phịng kín 33 Hình 3.11 Trường âm trực tiếp và trường âm phản xạ 35 Hình 3.12 Quan hệ giữa α và [-ln(1 - α)] 40 Hình 4.1 Sơ đồ đo mức ồn của phương tiện giao thơng 44 Hình 4.2 Biểu đồ xác suất phân bố mức ồn 48 Hình 4.3 Mức ồn do ơ tơ và xe tải (vận tốc 70 km/giờ) gây ra ở khoảng cách 51 15 m Hình 4.4 Mức ồn do máy bay phản lực gây ra ở độ cao 300 m 51 Hình 5.1 Biểu đồ họ đường cong NR 59 Hình 5.2 Họ đường cong NC 61 Hình 5.3 So sánh hai họ đường cong NR và NC 61 Hình 5.4 Ðộ giảm mức ồn giao thơng 65 Hình 5.5. Biểu đồ xác định độ giảm mức ồn sau tường chắn ∆Ltc đối với 67 nguồn âm điểm, tường chắn dài vơ hạn Hình 5.6 Sơ đồ tính tốn độ giảm mức ồn sau tường chắn 68 Hình 5.7 Sơ đồ lan truyền tiếng ồn qua dãy cây xanh 71 Hình 5.8 Phương án bố trí tổng mặt bằng một nhà máy 75 Hình 5.9 Chống tiếng ồn thành phố bằng dãy cây xanh 77 Hình 5.10 Chống tiếng ồn bằng tường chắn kết hợp với bờ đất 77 Hình 5.11 Chống tiếng ồn bằng tường chắn cĩ ốp vật liệu hút âm 77 Hình 5.12 Chống tiếng ồn đối với đường trên cầu cạn và đường uốn khúc 78 Hình 5.13 Chống tiếng ồn bằng nhà làm tường chắn 78 Hình 6.1 Thiết bị đo hệ số hút âm bằng phương pháp sĩng đứng 81 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) viii
Ơ nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý Mục lục Hình 6.2 Sĩng đứng trong ống giao thoa 81 Hình 6.3 Ảnh hưởng của chiều dày vật liệu đến khả năng hút âm 83 Hình 6.4 Ðặc tính hút âm của sợi gỗ ép 83 Hình 6.5 Ðặc tính hút âm của tấm ép đặt sát trần và treo cách trần 50 mm 84 Hình 6.6 Một số cấu tạo hút âm sử dụng vật liệu xốp trong thực tế 84 Hình 6.7 Kết cấu dao động cộng hưởng 85 Hình 6.8 Biểu đồ xác định tần số cộng hưởng fo theo m, b và d 86 Hình 6.9 Ống cộng hưởng Helmholtz 87 Hình 6.10 Kết cấu cộng hưởng khơng khí 87 Hình 6.11 Kết cấu hút âm phối hợp 88 Hình 6.12 Các giải pháp tạo bề mặt kết cấu hút âm phối hợp 89 Hình 7.1 Lan truyền tiếng ồn khơng khí từ phịng ồn I sang phịng cách âm II 90 Hình 7.2 Tiếng ồn xâm nhập vào phịng cách âm qua cửa đi mở 91 Hình 7.3 Truyền âm trực tiếp qua kết cấu phân cách hai phịng 92 Hình 7.4 Sĩng âm tới kết cấu 92 Hình 7.5 Phân loại kết cấu 95 Hình 7.6 Ba phạm vi làm việc cách âm của kết cấu 96 Hình 7.7 Kết cấu cách âm hai lớp 97 Hình 7.8 Cấu tạo lớp giảm chấn động 97 Hình 7.9 Âm thanh như những viên bi 99 Hình 7.10 Cửa cách âm hai cánh trong studio truyền hình 100 Hình 7.11 Kết cấu khơng đồng nhất 101 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) ix
Ơ nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý Mục lục Hình 7.12 Lan truyền âm va chạm trong thanh 104 Hình 7.13 Lan truyền âm va chạm trong sàn 104 Hình 7.14 Sự lan truyền va chạm trong nhà 105 Hình 7.15 Kết cấu giảm sự lan truyền âm va chạm 105 Hình 7.16 Cấu tạo sàn nổi 106 Hình 7.17 Cấu tạo sàn packe 107 Hình 7.18 Sàn cĩ trần treo 107 Hình 7.19 Cấu tạo sàn cĩ lớp trải mặt 108 Hình 8.1 Năm dạng giảm mức ồn trên đường ống 111 Hình 8.2 Ðộ giảm mức ồn ∆L2 tại chỗ rẽ đối với ống tiết diện chữ nhật và 112 khơng ốp vật liệu hút âm Hình 8.3 Ðộ giảm mức ồn ∆L3 khi tiết diện ống thay đổi 113 Hình 8.4 Ðộ giảm mức ồn ∆L5 tại các miệng thổi giĩ vào phịng 114 Hình 8.5 Các kiểu bộ tiêu âm 116 Hình 8.6 Vỏ cách âm 120 Hình 8.7 Hiệu quả của vỏ cách âm 121 Hình 8.8 Sử dụng màn chắn tiếng ồn kết hợp giải pháp gia cơng âm học 122 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) x
Ơ nhiễm tiếng ồn và kỹ thuật xử lý Mục lục DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Vận tốc âm trong một số mơi trường 10 Bảng 2.2 Mức âm của một số nguồn thường gặp 15 Bảng 3.1 Mức âm gia tăng phụ thuộc hiệu số (L1 - L2) 28 Bảng 3.2 Lượng hút âm của khơng khí n ở 20°C 41 Bảng 4.1 Mức ồn tương đương tính tốn mỗi giờ của dịng xe cĩ 20% xe tải 49 và xe khách nặng, vận tốc 40 km/giờ Bảng 4.2 Mức ồn tương đương của giao thơng đường sắt 51 Bảng 5.1 Trị số mức âm theo họ đường cong NR 60 Bảng 5.2 Giới hạn tối đa cho phép tiếng ồn khu vực cơng cộng và dân cư 62 Bảng 5.3 Mức ồn cho phép trong nhà 63 Bảng 5.4 Tiêu chuẩn tiếng ồn máy bay 63 Bảng 5.5 Quan hệ giữa S và N (vtb = 40 km/giờ) 66 Bảng 5.6 Ðộ giảm mức ồn cực đại sau tường chắn ∆Lmax (dBA) 68 Bảng 5.7 Ðộ giảm mức ồn theo tường chắn ∆Lα (dBA) 69 Bảng 5.8 Số hiệu chỉnh H vào mức ∆Lα2 (dBA) 69 Bảng 5.9 Khả năng hút âm của cây xanh 72 Bảng 5.10 Hiệu quả giảm tiếng ồn của dãy cây xanh 76 Bảng 8.1 Ðộ giảm mức ồn ∆L1 theo đường ống kim loại tiết diện chữ nhật 112 Bảng 8.2 Hằng số phịng B1000 119 Bảng 8.3 Hệ số µ theo tần số 119 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) xi
Chương 1: Tiếng ồn - Loại ơ nhiễm vơ hình Chương 1 TIẾNG ỒN - LOẠI Ơ NHIỄM VƠ HÌNH 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG Kể từ khi chào đời tất cả chúng ta đều tràn ngập trong khơng gian của tiếng ồn. Ai cũng biết rằng âm thanh rất cần thiết cho sự giao tiếp của con người, phục vụ nhu cầu giải trí - ca nhạc, kịch, hịa nhạc, và vơ số những âm thanh khác mà con người muốn nghe. Bên cạnh đĩ cũng cĩ một số âm thanh ầm ĩ khiến cho chúng ta phải đề phịng, như tiếng một đồn tàu hỏa chạy ngang qua, tiếng ồn xe cộ trong một cơng trường xây dựng. Thật thiệt thịi cho những ai bị khiếm khuyết về hệ thính giác (dù là tạm thời hay vĩnh viễn) khơng thể nghe được những âm thanh tuyệt diệu xung quanh mình. Mặc dù rất cần thiết cho cuộc sống con người như vậy, những âm thanh xung quanh chúng ta đơi khi cũng gây cản trở cho việc giao tiếp. Nĩ cĩ thể ngăn cản chúng ta cảm nhận những âm thanh mong muốn, nĩ quấy rầy khơng cho chúng ta tập trung thực hiện một cơng việc nào đĩ hoặc học tập. Một số âm thanh cĩ thể khiến chúng ta giật mình, phá giấc ngủ, gây căng thẳng tâm lý, tạo ra những cơn trầm cảm kéo dài; và nếu những âm thanh đĩ đủ lớn sẽ gây ra bệnh điếc tạm thời hoặc vĩnh viễn. Người ta gọi đĩ là những âm thanh khơng mong muốn, hoặc đơn giản là tiếng ồn. Tiếng ồn khơng mong muốn gây ra những ảnh hưởng bất lợi đến sức khỏe của con người. Những vấn đề gây ra bởi tiếng ồn như giảm thính lực, stress, cao huyết áp, mất ngủ, đãng trí và mất khả năng làm việc, và nĩi chung làm giảm chất lượng cuộc sống và những cơ hội để đạt sự yên tĩnh. Tiếng ồn là những âm thanh khơng mong muốn; bắt nguồn từ tiếng La tinh “nausea” cĩ nghĩa là bệnh say sĩng. Tiếng ồn là một trong số những loại hình gây ơ nhiễm ngày càng phổ biến. Tiếng ồn xuất hiện bên trong và ngồi các tịa nhà, xung quanh các cộng đồng trong đĩ người dân sống và làm việc. Mức ồn ngày càng tăng theo sự phát triển đa dạng của nền văn minh. Nền cơng nghiệp phát triển cùng với sự xuất hiện của xe lửa vào thế kỷ 19 đã nhanh chĩng làm gia tăng nguồn ồn. Đến thế kỷ 20 mức độ ồn càng gia tăng với việc ra đời của máy bay. Chỉ vào cuối thập niên ’50 và đầu thập niên ’60, những bước Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 1
Chương 1: Tiếng ồn - Loại ơ nhiễm vơ hình tiến trong khoa học và cơng nghệ mới gĩp phần làm giảm đáng kể tiếng ồn do máy bay gây ra. Gần 25% dân số châu Âu phải sống trong mơi trường với mức ơ nhiễm tiếng ồn trên 65 dBA. Giấc ngủ của người dân bị quấy rầy ở mức ồn 65 dBA, và họ sẽ trở nên khĩ chịu; điều này chứng tỏ rằng tiếng ồn là nguyên nhân gây ra những vấn đề về sức khỏe. Theo thống kê ở 4 nước châu Âu (Pháp, Ðức, Anh và Hà Lan), 20 ÷ 25% dân số bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn gây ra do giao thơng đường bộ, 2 ÷ 4% dân số ảnh hưởng bởi tiếng ồn gây ra do giao thơng đường sắt (Lambert & Vallet, 1994). Nếu khơng cĩ những biện pháp ngăn chặn, ơ nhiễm tiếng ồn sẽ tiếp tục gây ra những phiền tối cho con người. Để bảo vệ sức khỏe của người dân tránh khỏi tác hại do tiếng ồn gây ra, nhiều nỗ lực từ phía cá nhân và cộng đồng đã được thực hiện. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), định nghĩa về sức khỏe của một người khơng chỉ ở việc người đĩ khơng mang bệnh, mà chúng ta cịn phải xét đến cả trạng thái tâm sinh lý của người đĩ. Quốc hội Hoa Kỳ cũng đã ban hành Luật bảo vệ Mơi trường (1969), và Luật Kiểm sốt tiếng ồn (1972) đưa ra những tiêu chuẩn và chính sách nhằm bảo đảm các vấn đề về sức khỏe của người dân và các mục tiêu mơi trường. Cơ quan Bảo vệ Mơi trường Hoa Kỳ (EPA) - nơi đề nghị Luật bảo vệ Mơi trường vào năm 1969 - đã kêu gọi sự hợp tác trách nhiệm giữa nhiều cơ quan cấp liên bang về các vấn đề chính sách, tiêu chuẩn để kiểm sốt tiếng ồn. Những cơ quan cấp liên bang được đề cử bao gồm Cơ quan Hàng khơng Liên bang (FAA), Cơ quan Đường bộ Liên bang (FHWA), Bộ Phát triển Nhà và Đơ thị (HUD), nhiều cấp cĩ thẩm quyền hoặc các cơ quan đánh giá về tiếng ồn. Ngày nay, việc kiểm sốt tiếng ồn đã trở thành một vấn đề thu hút mối quan tâm của tồn xã hội. Nhiều loại tường chắn tiếng ồn được xây dựng dọc theo các đường cao tốc xuyên liên bang và các đường phố lớn là những bằng chứng hiển nhiên cho thấy sự thành cơng của chính sách mơi trường từ nhiều thập kỷ trước. Hàng trăm cộng đồng dân cư sinh sống dọc theo những tuyến giao thơng chính đã cảm thấy tiếng ồn được giảm nhẹ hơn. Những kỹ sư và kiến trúc sư về đường cao tốc đã nghiên cứu thiết kế một cách thẩm mỹ những bức tường và những hàng cây cản âm nhằm ngăn chặn tiếng ồn do xe cộ gây ra trên đường ảnh hưởng đến cộng đồng dân cư sinh sống dọc tuyến đường và ngược lại. Đối với những loại tiếng ồn cĩ cường độ lớn hơn do máy bay gây ra, chính phủ đang cĩ những nỗ lực tích cực nhằm hạn chế nguồn tiếng ồn, tuy nhiên khơng cĩ nghĩa là chính phủ sẽ giảm Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 2
Chương 1: Tiếng ồn - Loại ơ nhiễm vơ hình số lượng chuyến bay để đạt yêu cầu đĩ mà họ khuyến khích những giải pháp kỹ thuật cao để hạn chế nguồn ồn. Chúng ta cĩ thể nhận biết điều này qua việc tiếng ồn do máy bay gây ra đối với cộng đồng dân cư xung quanh khu vực sân bay đã giảm xuống trong khoảng 10 năm gần đây, những kiểu máy bay ít gây ồn hơn đã trở nên thịnh hành trong vận chuyển hàng khơng. Tất cả chúng ta đều vừa là nguyên nhân vừa là nạn nhân của tiếng ồn, chẳng hạn khi chúng ta điều khiển các dụng cụ hoặc thiết bị gây ồn. Cũng cĩ những trường hợp chúng ta chịu đựng tiếng ồn gây ra từ những người khác. Trong hai trường hợp đĩ nguồn ồn do người khác tạo ra sẽ gây nhiều khĩ chịu hơn vì chúng cĩ những ảnh hưởng bất lợi đến sức khoẻ của chúng ta, và chúng phát ra từ những nguồn chúng ta khơng mong muốn. Những mơ hình để đánh giá ảnh hưởng gián tiếp hoặc thứ cấp của tiếng ồn thơng thường khĩ được xác định. Những khảo sát xã hội hoặc nghiên cứu dịch tể học thường tập trung đánh giá mức độ nguy hại của ơ nhiễm tiếng ồn, giảm năng lực làm việc và nhiều mối liên quan khác. Hình 1.1. Những mức ồn đo được tại một vùng ngoại ơ yên tĩnh (Nguồn: EPA) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 3
Chương 1: Tiếng ồn - Loại ơ nhiễm vơ hình 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Trong cuộc sống hàng ngày mọi người trong chúng ta đều phải gánh chịu những phiền phức từ việc ơ nhiễm tiếng ồn. Tập bài giảng này nhằm đánh giá tác động của tiếng ồn đối với sức khỏe, cung cấp những thơng tin bảo vệ người dân tránh khỏi những ảnh hưởng nguy hại của tiếng ồn. Những ảnh hưởng gây ra bởi tiếng ồn từ việc gây giảm thính lực đến việc gây khĩ chịu. Ðối với những chính sách nhằm giảm thiểu tiếng ồn, cần chú ý đến ảnh hưởng của tiếng ồn đối với các hoạt động khác nhau của con người. Ðiều này cĩ nghĩa là nhiều giá trị phân tích khác nhau sẽ được đề nghị và mỗi quốc gia sẽ dựa vào tình hình phát triển thực tế của đất nước mình để tự xác định mức độ kiểm sốt ơ nhiễm tiếng ồn. Bài giảng này cũng đưa ra những mơ tả về mơi trường ồn và những chính sách làm giảm nhẹ tiếng ồn từ phía cộng đồng nghiên cứu khoa học, các cơ quan chính phủ, các nhĩm ngành cơng nghiệp và dịch vụ cĩ quan tâm. Tương tự như vậy, những nhà hoạch định, các kiến trúc sư, kỹ sư và tất cả những người tham gia thiết kế, xây dựng cũng cần những kiến thức này nhằm giúp cho cơng việc của họ thực hiện được tốt hơn. Những kiến thức này trong vài thập kỷ gần đây đã phát huy được ưu điểm của nĩ trong việc làm giảm nhẹ tiếng ồn, cải thiện điều kiện sống của người dân. Việc xác định và giải quyết các nguồn ồn gồm hai bước cơ bản: • Xác định mức ồn bằng các phương pháp đo đạc hoặc phân tích tiếng ồn. • Tìm hiểu những tiêu chuẩn cho phép, những mục tiêu, hoặc giới hạn nguồn ồn. Bước xác định mức ồn cĩ thể tiến hành dễ dàng nhờ vào các thiết bị đo đạc, bước tìm hiểu các tiêu chuẩn cho phép cũng cĩ thể dễ dàng điều tra nếu khu vực cần điều tra đã được ban hành đầy đủ những quy chế hoặc những quy định về tiếng ồn. Đối với những nguồn ồn phổ thơng như nguồn ồn trên đường bộ, đường sắt, đường hàng khơng, trách nhiệm đầu tiên sẽ thuộc về cơ quan chủ quản những loại hình gây ồn đĩ. Bộ chủ quản phải đề ra được những quy định hướng dẫn việc hạn chế nguồn ồn. Mỗi quốc gia sẽ cĩ những kinh nghiệm riêng trong việc đo đạc và kiểm sốt nguồn ồn. Hầu hết những nhà tư vấn âm học, các kiến trúc sư, các kỹ sư đã và đang tìm mọi cách để biến thế giới trở nên ít ồn hơn. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 4
Chương 1: Tiếng ồn - Loại ơ nhiễm vơ hình Việc kiểm sốt tiếng ồn sẽ cĩ hiệu quả hơn và giảm chi phí xử lý nếu từ ban đầu chúng ta cĩ định hướng quy hoạch tốt. Sẽ rất tốn kém để xử lý một nguồn ồn sau khi nĩ đã phát sinh ra. Cũng qua tập bài giảng này, sinh viên cĩ thể tìm ra những hướng dẫn để kiểm sốt các loại tiếng ồn khác nhau. Sinh viên cĩ thể cĩ những gợi ý để giới hạn tiếng ồn từ nguồn phát sinh, đồng thời được cung cấp những tiêu chuẩn nhằm triệt tiêu tiếng ồn trong mơi trường xung quanh. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 5
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh Chương 2 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA ÂM THANH 2.1 TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ÂM THANH Âm thanh được gây nên bởi bất kỳ một sự rung động nào đĩ và lan truyền trong khơng khí tương tự như sự chuyển động của sĩng dọc. Vì vậy nĩ là một dạng năng lượng cơ học và được xác định bởi các đơn vị năng lượng. Âm thanh từ nguồn phát sẽ tạo nên năng lượng và cường độ của âm thanh tại một điểm trong khơng gian được xác định bởi mức độ lan truyền âm lượng trên một đơn vị khơng gian. Đối với một người trẻ tuổi và khoẻ mạnh, ngưỡng nghe của tai cĩ tần số từ 20 Hz đến khoảng 20.000 Hz. Tuy nhiên tai người chỉ thực sự nhạy cảm với những âm thanh cĩ tần số trong khoảng 500 đến 8.000 Hz. Đối với những âm thanh cĩ tần số trên hoặc dưới ngưỡng này, tai người trở nên kém nhạy cảm. Ngồi ra những người càng già cũng thường hay bị lãng tai. Những người phải tiếp xúc với nguồn tiếng ồn lớn trong một thời gian dài sẽ khơng cảm nhận được những âm thanh cĩ tần số từ trung bình đến cao. Một đặc trưng quan trọng khác về mức độ cảm nhận âm thanh của tai người là khả năng chịu đựng âm thanh cĩ cường độ từ ngưỡng bắt đầu nghe được đến ngưỡng đau đớn, cĩ thể cao hơn 1.000.000 lần so với ngưỡng nghe. Đối với vấn đề thay đổi mức âm, việc tăng hay giảm từ 3 dB trở xuống cĩ thể bỏ qua, tăng hay giảm mức âm 5 dB là cảm nhận được, và việc tăng hay giảm 10 dB sẽ làm tăng gấp đơi hay giảm đi một nửa mức âm đĩ. Chẳng hạn, nếu chúng ta chọn mức ồn tham khảo là 60 dB, như vậy mức ồn 70 dB sẽ gây ra tiếng ồn lớn gấp đơi. Tuy nhiên một mức ồn lớn hay nhỏ hơn 15 dB lại gây ra tiếng ồn lớn gấp đơi hay nhỏ hơn một nửa, chứ khơng phải do mức ồn lớn hay nhỏ hơn 20 dB theo như quy luật đã đề cập ở trên. Tương ứng với điều đĩ, sự gia tăng mức ồn từ 60 dB lên 80 dB sẽ gây ra tiếng ồn tăng gấp 4 lần. Mức độ nhận biết của âm thanh được xác định dựa vào tiếng ồn. Tiếng ồn là một hàm sơ cấp của những thơng số như cường độ, tần số, và thời gian. Cĩ nhiều phương thức để ước lượng mức độ ồn bằng những đo lường vật lý. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 6
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh 2.1.1 Ðịnh nghĩa sĩng âm Về mặt vật lý, âm thanh là những sĩng dao động xuất hiện trong các mơi trường vật chất (chất khí, chất lỏng, chất rắn - gọi chung là mơi trường đàn hồi) khi chịu các lực kích thích. Những lực kích thích là nguồn âm, sĩng dao động được gọi là sĩng âm, và mơi trường trong đĩ cĩ sĩng âm lan truyền gọi là trường âm. Dao động của các nguồn âm gây ra áp lực làm nén hoặc dãn luân phiên các phần tử mơi trường ở hai phía của nĩ. Khi bị kích thích như vậy, các phần tử của mơi trường sẽ dao động quanh một vị trí cân bằng và truyền các dao động đĩ cho phần tử bên cạnh nhờ vào liên kết đàn hồi giữa chúng. Ðến lượt các phần tử này sẽ truyền những dao động mới nhận cho những phần tử tiếp theo. Cứ như thế dao động sẽ được truyền đi xa dần nguồn âm. Như vậy sĩng âm thực chất là sĩng áp suất của mơi trường. Khi các dao động âm truyền đến tai người, chúng sẽ tác động lên cơ quan thính giác và cho ta cảm giác âm thanh. Sự xuất hiện và lan truyền của sĩng âm trong mơi trường đàn hồi được minh họa trong hình 2.1. Hình 2.1. Sĩng âm lan truyền trong mơi trường đàn hồi Sĩng âm mang theo năng lượng gọi là năng lượng âm, nguồn năng lượng này sẽ giảm dần trong trường âm. Khi càng đi xa khỏi nguồn âm, năng lượng âm càng bị chia sẻ cho một lượng nhiều hơn các phần tử cho đến khi tắt hẳn. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 7
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh Xét theo phương dao động của các phần tử mơi trường, sĩng được chia thành các dạng: - Sĩng dọc: khi các phần tử dao động dọc theo phương truyền sĩng. - Sĩng ngang: khi các phần tử dao động vuơng gĩc với phương truyền sĩng. Trong các chất khí và chất lỏng chỉ cĩ sĩng dọc lan truyền, trong chất rắn cĩ thể lan truyền được cả sĩng dọc và sĩng ngang. Trong mơi trường chân khơng sĩng âm khơng thể lan truyền được. Hình 2.2. Các loại sĩng âm a) sĩng dọc, b) sĩng ngang, c) sĩng uốn Ðặc biệt trong các tấm mỏng như sàn hoặc tường nhà cĩ thể lan truyền loại sĩng uốn. Sĩng uốn rất cĩ ý nghĩa khi nghiên cứu phương pháp cách âm cho các kết cấu nhà cửa. Do kích thước hình học của nguồn âm mà sĩng âm lan truyền trong mơi trường cĩ dạng mặt sĩng khơng giống nhau. Chúng ta phân biệt ba dạng sĩng: - Sĩng cầu: khi mặt sĩng là những mặt cầu. Các nguồn điểm phát năng lượng đồng đều trong một mơi trường tĩnh đồng nhất sẽ tạo ra sĩng cầu. - Sĩng phẳng: nếu mặt sĩng là những mặt phẳng. Trong thực tế khơng cĩ nhũng nguồn phát ra sĩng phẳng, nhưng đối với những điểm ở khá xa nguồn âm ta cĩ thể xem sĩng cầu là sĩng phẳng. - Sĩng trụ: trường hợp mặt sĩng là những mặt trụ. Hãy tưởng tượng cĩ một dịng xe ơ tơ cùng loại chạy nối đuơi nhau trên đường, khi đĩ ta cĩ thể xem chúng như một nguồn âm đường phát ra sĩng trụ. Ðặc điểm lan truyền âm thanh của sĩng cầu, sĩng phẳng hay sĩng trụ khơng giống nhau, đặc biệt khác nhau ở sự suy giảm năng lượng xa dần nguồn âm. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 8
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh Hình 2.3. Các dạng sĩng a) sĩng cầu, b) sĩng phẳng, c) sĩng trụ Các đặc trưng cơ bản của sĩng âm: - Tần số âm: là số dao động tồn phần mà các phần tử mơi trường thực hiện được trong 1s, và được ký hiệu là f, đơn vị đo là Hz. Phạm vi dao động âm mà tai người trẻ tuổi cĩ thể cảm thụ được cĩ tần số từ 20 đến 20.000 Hz. - Bước sĩng âm: ký hiệu là λ (m) là khoảng cách gần nhất giữa hai phần tử cĩ cùng pha dao động. Chú ý rằng bước sĩng tỷ lệ nghịch với tần số âm, tần số càng lớn thì bước sĩng càng nhỏ. Trong phạm vi tần số 20 ÷ 20000 Hz bước sĩng âm thay đổi từ 17 m đến 1,7 cm. - Chu kỳ dao động âm: ký hiệu Ta (s), là thời gian để các phần tử thực hiện một dao động tồn phần. - Biên độ dao động âm: độ dời lớn nhất của các phần tử so với vị trí cân bằng. Biên độ càng lớn thì âm thanh càng mạnh. - Vận tốc âm: vận tốc lan truyền của sĩng âm trong mơi trường, nĩ hồn tồn khác với vận tốc dao động của các phần tử. Vận tốc âm phụ thuộc vào đặc điểm, nhiệt độ của mơi trường và dạng sĩng lan truyền. Hình 2.4. Biểu diễn dao động của các phần tử theo thời gian Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 9
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh Trong khơng khí, vận tốc âm được xác định theo cơng thức: co = 331,5 + 0,61t (2.1) trong đĩ co: vận tốc âm (m/s) t: nhiệt độ khơng khí (oC) 331,5: vận tốc âm ở 0oC Bảng 2.1. Vận tốc âm trong một số mơi trường Mơi trường Vận tốc âm (m/s) - Chất khí khơng khí (0oC) 331 khơng khí (20oC) 344 hydrogen 1284 oxygen 316 carbon dioxide 340 - Chất lỏng nước (25oC) 1498 nước biển (17oC) 1510 ÷ 1550 dầu hỏa (34oC) 1295 - Chất rắn thép 6100 nhơm 6400 gỗ thơng 5260 kính 5660 gạch 3650 bê tơng cốt thép 4500 đá granite 6000 (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 10
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh Trong khơng khí, vận tốc âm tăng thêm 0,61 m/s ứng với nhiệt độ tăng lên 1oC. Như vậy vận tốc âm trong khơng khí là 344 m/s sẽ ứng với nhiệt độ khơng khí 20oC. Trong các tính tốn thường lấy vận tốc âm là 340 m/s tương ứng ở 14oC. Quan hệ giữa tần số, bước sĩng, chu kỳ và vận tốc âm thể hiện theo biểu thức: c λ = o =c .T (2.2) f o a trong đĩ co: vận tốc âm trong khơng khí (340 m/s) 2.1.2 Các thơng số đặc trưng của âm thanh a) Cơng suất âm Cơng suất âm, ký hiệu P là năng lượng âm đo bằng W do nguồn âm bức xạ trong 1s. b) Cường độ âm Cường độ âm, ký hiệu I, là số năng lượng trung bình đi qua một đơn vị diện tích vuơng gĩc với phương truyền âm trong một giây. Với đơn vị W/m², cường độ âm là một đại lượng cĩ xét đến hướng truyền âm. c) Mật độ năng lượng âm E Mật độ năng lượng âm, ký hiệu E là năng lượng âm chứa trong một đơn vị thể tích mơi trường trong một giây, đơn vị J/m³. Mật độ năng lượng âm thường được đề cập đến khi tính tốn các phịng kín (trong đĩ âm thanh tới một điểm từ nhiều phía), khi đĩ khơng xét đến hướng truyền âm. d) Áp suất âm Áp suất âm, ký hiệu p, đơn vị N/m² (hay Pa) là áp suất dư (áp suất cĩ thêm so với áp suất khí quyển tĩnh) cĩ trong trường âm. Tại mỗi điểm của trường âm áp suất thay đổi theo chu kỳ từ dương (pha nén) sang âm (pha dãn). Tuy nhiên áp suất tác động lên cơ quan thính giác cũng như các thiết bị đo lường âm thanh là áp suất hiệu quả p , được tính theo cơng thức: p p = max (2.3) 2 trong đĩ pmax: áp suất cực đại tương ứng với biên độ dao động cực đại Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 11
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh Trong sĩng âm phẳng, quan hệ giữa cường độ, áp suất và mật độ năng lượng âm được thể hiện theo các biểu thức: p² I = (2.4) ρoco I p² và E = = 2 (2.5) co ρoco trong đĩ ρo: khối lượng riêng của khơng khí (kg/m³) Giá trị ρoco gọi là trở âm của khơng khí. Trong điều kiện áp suất khí quyển bình thường, ở nhiệt độ 20oC ta cĩ: 2 ρoco = 415 kg/m s e) Mức âm Âm thanh mà tai người nghe được cĩ cường độ và áp suất thay đổi trong một phạm vi rất rộng. Chẳng hạn áp suất âm cĩ thể thay đổi từ mức nhỏ nhất 2×10-5 N/m² đến mức lớn nhất là 2×101 N/m², như vậy mức khác biệt là một triệu lần. Tương tự như vậy cường độ âm thanh thay đổi đến 1012 lần. Sự thay đổi quá lớn này gây bất tiện và trở ngại cho việc đo lường và đánh giá âm thanh. Một vấn đề đáng quan tâm khi so sánh mức độ cảm nhận âm thanh của tai người là tai người phân biệt áp suất âm giữa 1 và 2 Pa cũng giống như giữa 5 và 10 Pa. Weber Fechner phát hiện rằng cảm giác âm thanh của tai khơng tỷ lệ bậc nhất với năng lượng kích thích mà tỷ lệ với logarit của nĩ. Ðĩ chính là cơ sở của một đơn vị đánh giá âm thanh mới theo thang logarit gọi là mức âm. Vậy mức âm là đơn vị đánh giá âm thanh theo thang logarit của tỷ số giữa áp suất hoặc cường độ âm cần đo với áp suất và cường độ âm được lấy làm tiêu chuẩn so sánh. Theo quy ước quốc tế, các trị số của chuẩn so sánh được lấy tương ứng với các trị số trung bình nhỏ nhất mà tai người cảm thụ được, gọi là ngưỡng quy ước. Như vậy các trị số cường độ và áp suất âm ở ngưỡng quy ước tương ứng là: -12 Io = 10 W/m² -5 po = 2×10 N/m² Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 12
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh Hình 2.5. Quan hệ giữa cảm giác và năng lượng kích thích (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) Mức cường độ âm được tính theo cơng thức: I L I =10× lg (2.6) Io Mức áp suất âm được tính như sau: 2 ⎛ p ⎞ p ⎜ ⎟ L p =10× lg⎜ ⎟ = 20× lg (2.7) ⎝ po ⎠ po trong đĩ I: cường độ âm cần đánh giá (dB) p: áp suất âm cần đánh giá (dB) Mức cơng suất âm: P L P =10× lg (dB) (2.8) Po Mức mật độ năng lượng âm: E L E =10× lg (dB) (2.9) E o Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 13
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh trong đĩ P và E: cơng suất và mật độ năng lượng âm cần đo -12 Po = 10 W: cơng suất ở ngưỡng quy ước -15 Eo = 3×10 J/m³: mật độ năng lượng âm ở ngưỡng quy ước Mức cường độ âm và mức áp suất âm của cùng một âm là như nhau và gọi chung là mức âm. Quan hệ giữa cường độ, áp suất và mức âm được thể hiện trên đồ thị 2.6. Hình 2.6. Quan hệ giữa cường độ, áp suất và mức âm (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) Thực tế cho thấy sự thay đổi mức âm nhỏ nhất mà tai người cĩ thể phát hiện được là 1 dB, nhưng thay đổi 3 dB mới được xem là thay đổi nhỏ nhất cĩ ý nghĩa. Các phép đo âm học thơng thường cho phép sai số 1 ÷ 2 dB. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 14
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh Bảng 2.2. Mức âm của một số nguồn thường gặp Mức độ ồn Mức âm, dB Trường hợp điển hình Ngưỡng đau tai: động cơ máy bay gần; sét đánh 120 gần; trong ga tàu điện ngầm Khơng thể nĩi 110 Tiếng cịi tàu; tàu hỏa chạy qua ga chuyện Dưới cầu đường sắt khi tàu chạy; trong toa tàu điện 100 ngầm, ga tàu hỏa Xưởng cơ khí; phịng máy quạt giĩ trong khách 90 sạn lớn Khĩ nĩi chuyện Xưởng in; nút giao thơng đơng đúc; phịng đợi xe; 80 siêu thị Phải to giọng Rạp hát; cửa hàng; hành lang ngân hàng; trụ sở ồn 70 khi nĩi chuyện 60 Cửa hàng; nhà ăn; tiếng nĩi bình thường; hành lang khách sạn, cơ quan 50 Phịng khán giả rạp chiếu bĩng 40 Radio mở nhỏ; vùng nhà yên tĩnh Nĩi chuyện dễ dàng 30 Vùng nơng thơn; studio phát thanh 20 Tiếng lá rơi khi giĩ nhẹ 10 Giĩ rất nhẹ 0 Ngưỡng nghe của tai người (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 15
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh 2.2 ÐẶC ÐIỂM CẢM THỤ ÂM THANH 2.2.1 Cảm giác to nhỏ - mức to Cảm giác to nhỏ khi nghe âm thanh của cơ quan thính giác người vừa phụ thuộc vào mức âm, vừa phụ thuộc vào tần số âm. Hai âm tuy cĩ cùng mức, nhưng ta nghe to nhỏ khác nhau vì chúng cĩ tần số khác nhau. Cảm giác to nhỏ này của tai được đánh giá bằng mức to và đo bằng phon (phân biệt với dB là đơn vị vật lý). Thang đo phon được thành lập bằng cách chọn âm tần số 1000 Hz làm chuẩn, và trị số mức to phon ở tần số này đúng bằng trị số mức âm dB. Chẳng hạn âm tần số 1000 Hz cĩ mức âm 60 dB thì cĩ mức to là 60 phon. Hình 2.7. Biểu đồ các đường đồng mức to của Robinson và Dadson (Nguồn: ISO 226, 1987a; D.W. Robinson & Dadson, 1956) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 16
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh Mức to của các âm đơn khác xác định bằng cách so sánh chúng với âm chuẩn và trị số của nĩ lấy bằng của âm chuẩn nếu chúng nghe to bằng nhau. Mỗi đường cong trên biểu đồ là tập hợp tất cả các âm đơn cĩ tần số và mức âm khác nhau nhưng đều nghe to như nhau, do đĩ cĩ cùng trị số mức to theo phon. Quan sát các đường đồng mức to cĩ thể nhận thấy: - Tai người cĩ độ nhạy cảm rất kém ở các tần số thấp, từ 20 ÷ 200 Hz. - Ðộ nhạy cảm cao nhất của tai người nằm ở tần số 4000 Hz. 2.2.2 Ðộ to - thang son Độ to là một đại lượng đánh giá cảm giác to nhỏ của âm thanh nhưng nĩ thay đổi theo tỷ lệ bậc nhất đối với cảm giác. Ðơn vị của độ to là son. Quan hệ giữa độ to Ð và mức to M được xác định theo biểu đồ hình 2.8 hoặc theo cơng M −40 thức: Đ = 2 10 (2.10) Như vậy độ to 1 son ứng với mức to 40 phon. Khi tăng độ to từ 1 son lên 2 son, cảm giác nghe to sẽ tăng lên 2 lần. Theo hình 2.8 mỗi khi mức to tăng lên 10 phon, độ to tăng tương ứng hai lần. Hình 2.8. Quan hệ giữa độ to và mức to (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 17
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh Ví dụ: So sánh độ to của hai âm Âm 60 Hz cĩ mức âm 90 dB Âm 1000 Hz cĩ mức âm 85 dB Giải: Xác định mức to của hai âm theo biểu đồ hình 2.7 Âm 60 Hz → M1 = 80 phon Âm 1000 Hz → M2 = 85 phon Xác định độ to theo biểu đồ hình 2.8 Âm 60 Hz → Ð1 = 16 son Âm 1000 Hz → Ð2 = 22,6 son Vậy âm 1000 Hz nghe to gấp 1,5 lần âm 60 Hz. 2.3 ÐO ÂM THANH Các máy đo và phân tích âm thanh hiện đại nhất ngày nay cĩ thể thực hiện nhiều phép đo và đánh giá âm thanh, nhưng chưa cĩ một máy đo nào cĩ thể bắt chước được cách cảm nhận âm thanh của thính giác con người. Vì vậy các máy đo chỉ cĩ thể xác định mức âm (theo dB), nghĩa là một giá trị mang tính vật lý. Những phương pháp xác định âm thanh chính: - Ðo phân tích mức âm theo tần số. - Ðo mức âm tổng cộng về năng lượng theo các thang hiệu chỉnh gần đúng về cảm giác âm thanh của hệ thính giác người. - Ðo tích lũy theo từng khoảng thời gian để xác định trị số trung bình năng lượng âm thanh (mức âm tương đương). - Ghi lại mức áp suất âm (trên băng giấy) hoặc ghi lại âm thanh trên băng, đĩa từ và hiển thị âm thanh. - Ðo thời gian âm vang của phịng và chất lượng cách âm của các kết cấu. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 18
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh Các phép đo âm thanh đều sử dụng máy đo mức âm. Các máy đo mức âm được chia ba loại theo hướng dẫn 179 của IEC (International Electrotechnical Commission): - Loại rất chính xác: dùng khi lập các báo cáo chính thức, khi xây dựng các văn bản luật mơi trường. - Loại tương đối chính xác: dùng cho phép đo khơng phải báo cáo chính thức. - Loại ít chính xác (sai số trên 1 dB): dùng để đánh giá gần đúng. Chú ý rằng mọi máy đo mức âm đều thực hiện phép đo theo hai đặc tính động: - Loại nhanh: tương ứng với một thời gian đáp ứng tương tự tai người (0,1s) áp dụng khi đo âm thanh cĩ mức thay đổi lớn. - Loại chậm: cho phép xác định mức âm tích phân trong một thời gian dài hơn (khoảng 1s), được dùng khi đo âm thanh ít thay đổi (ổn định). 2.3.1 Mức âm hiệu chỉnh A, B, C, D Các máy đo âm thanh hiện nay đều làm việc theo nguyên tắc tác động của áp suất âm thanh, tương tự tai người. Tuy nhiên vẫn cĩ sự khác nhau cơ bản giữa máy đo và tai người. Một micophone cĩ độ nhạy đồng đều với mọi tần số âm thanh. Ngược lại tai người thu nhận áp suất âm và chuyển đổi thành tác động thần kinh mạnh hay yếu cịn phụ thuộc tần số của nĩ. Tai người là một bộ máy chủ quan, cảm giác âm thanh mà tai người thu nhận được đánh giá theo đơn vị phon. Ðể chuyển đổi một cách gần đúng các kết quả đo khách quan của máy về cảm giác chủ quan của tai người, cần đưa vào máy các mạch hiệu chỉnh tương ứng với đường đồng mức to gần mức khảo sát nhất. Tuy nhiên cơng việc này rất phức tạp. Ðể đơn giản cơng việc đĩ người ta chia các đường đồng mức to thành ba vùng và xác định một đường trung bình cho những vùng đĩ. - Vùng A: các đường đồng mức to từ 0 đến 40 dB (tần số 1000 Hz) - Vùng B: từ 40 đến 70 dB (tần số 1000 Hz) - Vùng C: trên 70 dB (tần số 1000 Hz) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 19
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh Hình 2.9. Các đường cong hiệu chỉnh A, B, C, D (Nguồn: IEC 179, 1973a; IEC 179a, 1973b) Như vậy ta cĩ các mạch hiệu chỉnh A, B và C tương ứng kết quả đo mức âm được biểu diễn theo dBA, dBB và dBC. Sau này được bổ sung thêm mạch hiệu chỉnh D (mức âm theo dBD) để xét đến tác động gây nhiễu của tiếng ồn tần số cao. Muốn kết quả đo gần đúng nhất với cảm giác của tai người, ta thực hiện phương pháp đo như sau: - Mở mạch hiệu chỉnh A, nếu mức âm đo được khơng vượt quá 40 dB thì kết quả đúng và được biểu diễn theo dBA. - Nếu mức âm lớn hơn 40 dB là kết quả sai, cần phải mở mạch hiệu chỉnh B. Kết quả đúng nằm trong phạm vi từ 40 ÷ 70 dB và biểu diễn theo dBB. - Nếu mức âm vượt quá 70 dB, phải đo theo mạch hiệu chỉnh C (dBC). Tuy nhiên phương pháp đo như vậy quá phiền phức và đơi khi khơng thực hiện được. Vì vậy hiện nay để thực hiện các phép đo, đánh giá và tiêu chuẩn âm thanh, người ta quy định sử dụng mạch hiệu chỉnh A (dBA) để đánh giá tất cả âm thanh, kể cả trong đời sống, sản xuất cơng nghiệp, giao thơng hoặc tiếng ồn máy bay. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 20
Chương 2. Những khái niệm cơ bản của âm thanh 2.3.2 Dãy tần số âm Trong thực tế nếu chỉ đánh giá âm thanh theo một mức âm tổng cộng là chưa đủ mà cần phải phân tích chúng theo các tần số. Tuy nhiên việc phân tích âm thanh trên mỗi tần số trong phạm vi 20 ÷ 20000 Hz là khơng thể thực hiện được và cũng khơng thực sự 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 đĩ bề rộng của dãy tần số được xác định: ∆f = f2 – f1 (2.11) 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. Cĩ ba dãy tần số âm chính: f - Dãy 1 octave khi 2 = 2 f1 1 f 1 - Dãy octave khi 2 = 2 2 = 1,41 2 f1 1 f 1 - Dãy octave khi 2 = 2 3 = 1,26 3 f1 Tên của mỗi dãy thường được gọi theo tần số trung bình của dãy và được xác định theo cơng thức: 1 2 ftb = ()f1.f 2 (2.12) Dãy tần số 1 octave thường được sử dụng trong nghiên cứu tiếng ồn các khu dân cư, 1 trong thành phố và trong phịng. Dãy tần số octave thường được sử dụng trong nghiên 3 1 cứu cách âm của các kết cấu nhà cửa. Dãy tần số octave ít được sử dụng. 2 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 21
Chương 3. Truyền âm Chương 3 TRUYỀN ÂM 3.1 TRUYỀN ÂM NGỒI TRỜI Sự truyền âm ở ngồi trời cĩ những đặc điểm sau đây: - Khơng gian ngồi trời là trống trải, vì vậy sĩng âm chỉ lan truyền đi mà khơng cĩ sĩng trở lại. Sĩng âm như vậy gọi là sĩng chạy. - Sự truyền âm chịu ảnh hưởng của thời tiết như giĩ, phân bố nhiệt độ theo chiều cao từ mặt đất. - Sự truyền âm chịu ảnh hưởng hút âm của vật liệu bề mặt. - Trên đường truyền âm cĩ thể gặp chướng ngại như nhà cửa, cây cối 3.1.1 Sự tắt dần âm thanh trong khơng khí Khi âm thanh lan truyền trong khơng khí, năng lượng âm sẽ giảm dần theo khoảng cách xa dần nguồn âm. Ðĩ là hiện tượng tắt dần của nguồn âm, gây ra do hai nguyên nhân sau: - Sự giảm năng lượng âm theo khoảng cách: càng xa nguồn âm, năng lượng âm phải chia sẻ cho một khối lượng các phần tử mơi trường càng lớn. - Sự hút âm của khơng khí (sự hút âm nguyên tử): giảm năng lượng do ma sát của các phần tử mơi trường khi thực hiện dao động. a) Sự giảm năng lượng âm theo khoảng cách a1. Trường hợp nguồn âm điểm Nếu một nguồn âm điểm cĩ cơng suất P (W) bức xạ sĩng cầu, ở khoảng cách nguồn r (m) cường độ âm được tính: P I = (3.1) r 4πr 2 Cơng thức trên cho thấy mỗi khi khoảng cách r tăng lên gấp đơi, cường độ âm sẽ giảm đi bốn lần. Sự giảm năng lượng của sĩng cầu theo khoảng cách này gọi là quy luật giảm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 22
Chương 3. Truyền âm Logarit hĩa hai vế của cơng thức trên, ta xác định mức âm tại r theo cơng thức: 1 L = L +10× lg (3.2) r P 4πr 2 hay Lr = LP – 20.lgr – 11 (3.3) trong đĩ Lr: mức âm tại khoảng cách r (dB) LP: mức cơng suất âm của nguồn (dB) Hình 3.1. Năng lượng âm giảm theo luật bình phương khoảng cách Hình 3.2. Giảm năng lượng âm theo nguồn âm điểm Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 23
Chương 3. Truyền âm Bài tốn thường gặp là xác định độ chênh lệch mức âm tại các khoảng cách r1 (cĩ mức âm L1) và r2 (cĩ mức âm L2) với r2 > r1. Ta cĩ: r2 ∆L = L1 – L2 = 20.lg (dB) (3.4) r1 Theo cơng thức này mỗi khi khoảng cách tăng 2 lần mức âm sẽ giảm 6 dB. Chẳng hạn cĩ một mức âm 95 dBA ở khoảng cách 50m. Như vậy ở khoảng cách gấp đơi (tức 100m) mức âm sẽ là 89 dBA, và ở khoảng cách 200m mức âm sẽ là 83 dBA. a2. Trường hợp nguồn âm đường Hình 3.3. Sự giảm cường độ của nguồn âm đường Với nguồn âm đường (bức xạ sĩng trụ), độ giảm cường độ âm từ khoảng cách r1 (I1) đến khoảng cách r2 (I2) theo quan hệ: I r 1 = 2 (3.5) I2 r1 Ðộ chênh lệch mức âm giữa các khoảng cách r1 và r2: r ∆L =10.lg 2 (3.6) r1 Cơng thức trên cho thấy đối với nguồn âm đường, mỗi khi khoảng cách tăng lên gấp đơi mức âm sẽ giảm đi 3 dB. Chẳng hạn cĩ một mức âm 95 dBA ở khoảng cách 50 m. Như vậy ở khoảng cách gấp đơi mức âm sẽ là 92 dBA, và ở 200 m mức âm sẽ là 89 dBA. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 24
Chương 3. Truyền âm Hình 3.4. Giảm năng lượng âm theo nguồn âm điểm b) Sự hút âm của khơng khí Hình 3.5. Sự hút âm của khơng khí ở 20oC theo tần số âm và độ ẩm tương đối ϕ (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 25
Chương 3. Truyền âm Sự hút âm của khơng khí phụ thuộc nhiều vào tần số âm, đồng thời phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của khơng khí. Và được xác định theo độ giảm mức âm trên mỗi mét chiều dài truyền âm. Ví dụ: Xác định độ giảm mức âm của một nguồn điểm phát sĩng cầu từ khoảng cách nguồn 1 m đến khoảng cách 50 m ở ngồi trời cĩ độ ẩm 80% tại các tần số 1000 Hz và 2000 Hz. Giải: Ðộ giảm mức âm theo khoảng cách: ∆L1 = 20.lg50 = 34 dB Ðộ giảm mức âm do sự hút âm của khơng khí (ở nhiệt độ 20oC và độ ẩm 80%): tần số 1000 Hz: ∆L2 = 0,0014 × 50 = 0,07 dB tần số 2000 Hz: ∆L1 = 0,0055 × 50 = 0,275 dB Ðộ giảm mức âm tổng cộng ở khoảng cách 50 m so với khoảng cách 1 m: tần số 1000 Hz: ∆L = ∆L1 + ∆L2 = 34,07 dB tần số 2000 Hz: ∆L = ∆L1 + ∆L2 = 34,275 dB 3.1.2 Xác định mức âm tổng cộng của nhiều nguồn Mức âm tại một điểm trong khơng gian cĩ thể do nhiều nguồn âm truyền tới. Khi đĩ mức âm tại đểm khảo sát là mức âm tổng cộng của các mức âm thành phần (khơng xét đến sự lệch pha của các mức truyền tới). a) Trường hợp cĩ hai mức thành phần Âm truyền tới điểm khảo sát gồm hai mức thành phần L1, L2 từ hai hướng khác nhau: I1 L1 =10lg (3.7) Io I 2 và L 2 =10lg (3.8) Io Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 26
Chương 3. Truyền âm Mức âm tổng cộng tại điểm khảo sát được xác định theo cơng thức: I1 + I 2 L Σ =10.lg (3.9) I0 Nếu L1 = L2, như vậy I1 = I2, ta cĩ: I1 L Σ =10.lg 2 = L1 + 10lg2 = L1 + 3 (dB) (3.10) I0 → 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 3.6. Độ tăng mức âm theo độ tăng của mức âm Nếu L1 > L2, nghĩa là I1 > I2. Chọn a (a < 1) là hệ số biểu thị độ chênh lệch giữa I1 và I2, khi đĩ I2 = aI1. Cơng thức (3.8) trở thành: aI1 L 2 =10lg (3.11) Io Mức âm tổng cộng LΣ: I1 + a.I 2 L Σ =10.lg = L1 + 10lg(1+a) (3.12) I0 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 27
Chương 3. Truyền âm Gọi ∆L = 10.lg(1 + a) là mức âm gia tăng, như vậy: L∑ = L1 + ∆L Trị số ∆L phụ thuộc chênh lệch các mức âm thành phần (L1 - L2): I1 a.I1 L1 − L 2 =10.lg −10.lg = −10.lga (3.13) I0 I0 Tính tốn mức âm gia tăng ∆L theo chênh lệch giữa hai mức thành phần (L1 - L2) thể hiện trong bảng 3.1. Bảng 3.1. Mức âm gia tăng phụ thuộc hiệu số (L1 - L2) a L1 - L2 = -10.lga (dB) ∆L = 10.lg(1+a) (dB) 1 0 3,0 0,8 1,0 2,6 0,7 1,6 2,3 0,6 2,2 2,0 0,5 3,0 1,8 0,4 4,0 1,5 0,3 5,2 1,1 0,2 7,0 0,8 0,1 10,0 0,4 (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) b) Trường hợp cĩ n mức âm bằng nhau Khi đĩ ta cĩ: L1 = L2 = L3 = = Ln = L Mức âm tổng cộng được xác định theo cơng thức: L∑ = L + 10.lgn (3.14) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 28
Chương 3. Truyền âm c) Trường hợp cĩ nhiều mức âm khác nhau Mức âm tổng cộng cĩ thể xác định bằng cách cộng dồn theo sơ đồ sau: L L 1 2 L3 L4 L∑ (Ví dụ trường hợp bốn mức thành phần) Ví dụ: Xác định mức âm tổng cộng tại điểm A do bốn nguồn âm cùng truyền đến cĩ mức âm là L1 = 85 dB, L2 = 80 dB, L3 = 82 dB, L4 = 78 dB. Giải: Ta giải bài tốn theo hướng cộng dồn mức âm từ cao đến thấp L1 – L3 = 85 – 82 = 3 dB → ∆L13 = 1,8 dB → L13 = 85 + 1,8 = 86,8 dB L13 – L2 = 86,8 – 80 = 6,8 dB → ∆L123 = 0,8 dB → L123 = 86,8 + 0,8 = 87,6 dB L123 – L4 = 87,6 – 78 = 9,4 dB → ∆L1234 = 0,4 dB → L∑ = 87,6 + 0,4 = 88 dB Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 29
Chương 3. Truyền âm 3.1.3 Ảnh hưởng của giĩ và phân bố nhiệt độ đến sự truyền âm Giĩ cĩ thể ảnh hưởng đến gradient vận tốc của sĩng âm và làm thay đổi mặt sĩng âm thanh. Ở gần mặt đất vận tốc giĩ nhỏ, càng lên cao vận tốc giĩ tăng lên, điều đĩ làm cho các tia âm cĩ xu hướng uốn xuống mặt đất theo chiều giĩ và uốn lên cao theo chiều ngược hướng giĩ tạo thành bĩng âm ở phía này. Giĩ cịn làm thay đổi mức âm theo các hướng khác nhau. Tùy theo vận tốc giĩ, mức âm thuận theo chiều giĩ cĩ thể lớn gấp 2 ÷ 3 lần theo chiều ngược giĩ. Sự phân bố nhiệt độ trong khơng gian khơng đều theo chiều cao và khơng giống nhau giữa ban ngày và ban đêm, cũng như giữa các vùng khác nhau. Ở vùng đồng bằng, ban ngày nhiệt độ gần mặt đất lớn và giảm dần theo chiều cao. Ngược lại vào ban đêm nhiệt độ ở gần mặt đất thấp và tăng dần theo chiều cao. Như vậy hướng của các tia âm sẽ thay đổi, đồng thời dạng mặt sĩng cũng thay đổi theo. Hình 3.7. Ảnh hưởng của giĩ và phân bố nhiệt độ đến sự truyền âm Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 30
Chương 3. Truyền âm 3.1.4 Ảnh hưởng của vật cản đến sự truyền âm Sĩng âm trên đường lan truyền cĩ thể gặp các vật cản như nhà cửa, cây cối Khi đĩ một phần năng lượng âm sẽ phản xạ trở lại sau khi đập vào các vật cản, làm tăng mức âm ở phía trước, đồng thời tạo thành bĩng âm ở phía sau vật cản (độ lớn của bĩng âm phụ thuộc vào kích thước của vật cản và bước sĩng âm). Tần số âm càng cao thì bước sĩng âm càng rõ rệt. Nếu tần số âm thấp, đặc biệt khi bước sĩng âm xấp xỉ hoặc lớn hơn vật cản, âm thanh cĩ thể xâm nhập vào bĩng âm do hiện tượng nhiễu xạ. Tuy nhiên trong cả hai trường hợp, năng lượng âm trong vùng bĩng âm đầu giảm đáng kể so với khi âm thanh lan truyền tự do. Hình 3.8. Sự hình thành bĩng âm (a) tần số cao, (b) tần số thấp 3.2 TRUYỀN ÂM TRONG PHỊNG KÍN 3.2.1 Hệ số hút âm và lượng hút âm Hình 3.9. Sự phản xạ và hút âm của các kết cấu trong phịng Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 31
Chương 3. Truyền âm Khi âm thanh truyền trong phịng kín đến gặp một bề mặt kết cấu sẽ cĩ hiện tượng: - Một phần năng lượng âm sẽ phản xạ trở lại vào phịng. - Một phần năng lượng âm sẽ truyền qua kết cấu sang phịng bên cạnh. - Một phần mất đi trong vật liệu kết cấu. Nếu gọi Ip là cường độ âm phản xạ, Ih là cường độ âm bị hút (bao gồm phần năng lượng âm truyền qua kết cấu và phần mất đi), giá trị cường độ âm tới mặt kết cấu: It = Ip + Ih (3.15) Ðể đặc trưng cho tính chất hút âm của vật liệu người ta dùng hệ số hút âm α: I α = h (3.16) I t Tính chất phản xạ âm thanh của vật liệu được đặc trưng bởi hệ số phản xạ âm β: I β = p (3.17) I t Do đĩ α + β = 1 (3.18) Khả năng hút âm của một bề mặt cĩ diện tích S được đánh giá bằng lượng hút âm tương đương của nĩ, ký hiệu là A và được xác định theo cơng thức: A = S.α (m2) (3.19) Ví dụ: Tính lượng hút âm tương đương của một bề mặt diện tích S = 100 m2 cĩ hệ số hút âm α = 0,35. Giải: Lượng hút âm tương đương A = 100 × 0,35 = 35 (m2) Nĩi cách khác bề mặt khảo sát 100 m2 cĩ khả năng hút âm tương đương một diện tích hồn tồn hút âm là 35 m2. Ðể đơn giản người ta gọi nĩ là lượng hút âm. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 32
Chương 3. Truyền âm Một phịng sẽ cĩ nhiều bề mặt diện tích khác nhau Si với hệ số hút âm khác nhau αi. Lượng hút âm của một phịng là lượng hút âm tổng cộng của tất cả các bề mặt và các vật cĩ trong phịng đĩ. Lượng hút âm được xác định theo cơng thức: A = ∑Si.αi + ∑am.Nm (3.20) trong đĩ Nm: số lượng các vật hút âm cĩ trong phịng am: lượng hút âm của một vật 3.2.2 Trường âm trực tiếp và trường âm phản xạ Giả thiết rằng trong một phịng kín cĩ một nguồn S phát ra âm thanh. Năng lượng âm tai người nghe N trong phịng đĩ nhận được gồm hai phần: - Năng lượng âm trực tiếp tới từ nguồn I1. - Năng lượng âm của các phản xạ từ các bề mặt trong phịng I2. Hình 3.10. Trường âm trong phịng kín S - nguồn âm, N - người nghe Năng lượng âm trực tiếp cĩ thể xác định như khi truyền âm ngồi trời, nghĩa là: P I = (3.21) 1 4.π.r 2 trong đĩ P: cơng suất của nguồn âm r: khoảng cách từ nguồn âm đến điểm N Âm thanh khi đập vào các bề mặt, một phần năng lượng sẽ bị hút, vì vậy năng lượng âm sau một lần phản xạ tới N cĩ thể xác định theo cơng thức: Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 33
Chương 3. Truyền âm 4(1−α) I = P (3.22) 2 S.α S .α A trong đĩ α = ∑ i i = (3.23) ∑Si S Trị số Sα/(1 - α) được gọi là hằng số của phịng, ký hiệu là B đặc trưng cho tính chất hút âm của một phịng. S.α A B= = (3.24) (1−α) (1−α) Khi phịng ít hút âm, giá trị α nhỏ nên trị số B cũng nhỏ. Trị số B lớn chứng tỏ phịng hút âm mạnh. Thay B vào cơng thức (3.22) ta được: 4 I = .P (3.25) 2 B Do đĩ năng lượng âm tổng cộng tại N là: ⎛ 1 4 ⎞ I = I + I = P⎜ + ⎟ (3.26) r 1 2 ⎜ 2 ⎟ ⎝ 4πr B ⎠ Logarit cả hai vế ta xác định được mức âm tại N: ⎛ 1 4 ⎞ L =10lg P⎜ + ⎟ −10lg I r ⎜ 2 ⎟ 0 ⎝ 4πr B ⎠ ⎛ 1 4 ⎞ hay L = L +10lg⎜ + ⎟ (3.27) r P ⎜ 2 ⎟ ⎝ 4πr B ⎠ trong đĩ Lp: mức cơng suất của nguồn âm Từ cơng thức (3.27) ta nhận thấy: • Ở khoảng cách r đủ lớn trị số 1/4πr² sẽ rất nhỏ so với 4/B, khi đĩ mức âm trong phịng khơng cịn phụ thuộc vào khoảng cách. Ðồng thời bắt đầu từ khoảng cách đĩ mức âm trong phịng được coi là cố định. Trường âm trong vùng này gọi là trường âm phản xạ. Ta cĩ: 4 L ≈ L +10lg (3.28) px p B Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 34
Chương 3. Truyền âm • Khi người nghe ở gần nguồn âm (r rất nhỏ), trị số 1/4πr² trở nên khá lớn so với 4/B, khi đĩ chúng ta trở về bài tốn truyền âm ngồi trời. Truyền âm trong vùng này gọi là truyền âm trực tiếp. Khi đĩ: 1 L ≈ L +10lg (3.29) tt p 4πr 2 Như vậy trường âm trong phịng cĩ thể biểu diễn theo biểu đồ, trong đĩ trục tung là hiệu mức âm (Lr - Lp) và trục hồnh là khoảng cách r từ nguồn âm đến điểm khảo sát. Khoảng cách chuyển tiếp từ trường âm trực tiếp sang trường âm phản xạ gọi là khoảng cách giới hạn rgh. Hình 3.11. Trường âm trực tiếp và trường âm phản xạ (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) Trong thực tế các nguồn âm thường bức xạ khơng đều theo các hướng khác nhau, nghĩa là nguồn âm cĩ tính định hướng rõ rệt. Khi đĩ cơng thức (3.27) cĩ dạng: ⎛ Q 4 ⎞ L = L +10lg⎜ + ⎟ (3.30) r P ⎜ 2 ⎟ ⎝ 4πr B ⎠ trong đĩ Q: hệ số định hướng (xác định bằng tỷ số giữa cường độ âm theo hướng khảo sát và cường độ trung bình đối với mọi hướng ở cùng khoảng cách) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 35
Chương 3. Truyền âm 3.3 ÂM HỌC PHỊNG 3.3.1 Quá trình thu nhận âm thanh trong phịng Trường âm hình thành trong phịng là tổng hợp của âm trực tiếp và các âm phản xạ từ các bề mặt trong phịng đến tai người nghe. Nếu ta tắt nguồn âm thì âm thanh khơng tắt ngay lập tức mà sẽ giảm dần, sau một thời gian ngắn mới tắt hẳn. Giả thiết cĩ một trường âm lý tưởng trong phịng, hệ số hút âm trung bình của phịng được tính theo cơng thức (3.23): ∑Si .α i A α tb = = (3.31) ∑Si S Trường hợp trong phịng cĩ các vật hút âm (người, bàn ghế ) thì lượng hút âm A xác định như cơng thức (3.20) và khi đĩ hệ số hút âm trung bình sẽ là: 1 α = (∑ α S + a N ) (3.32) tb S i i ∑ m m Quãng đường đi trung bình giữa hai lần phản xạ: 4V l =c τ= (3.33) tb 0 S trong đĩ c0: vận tốc âm trong khơng khí (m/s) τ: thời gian trung bình giữa hai lần phản xạ 4V τ= (3.34) c0S V: thể tích phịng (m³) Số lần phản xạ n trong một giây được tính: 1 c S n = = 0 (3.35) τ 4V Khi cĩ một nguồn âm phát ra trong phịng, quá trình thu nhận âm thanh cĩ thể chia làm 3 giai đoạn: • Giai đoạn tăng: năng lượng âm tăng dần nhờ được bổ sung thêm các phản xạ cho âm trực tiếp. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 36
Chương 3. Truyền âm • Giai đoạn ổn định: xảy ra do sự cân bằng giữa năng lượng âm do nguồn bức xạ và năng lượng âm bị hút trong phịng. Khi đĩ nếu giữ cố định cơng suất nguồn âm thì năng lượng âm trong phịng là một trị số ổn định, khơng thay đổi. • Giai đoạn giảm: xảy ra sau khi tắt nguồn âm; năng lượng sẽ giảm dần, âm đến trước tắt trước, đến sau tắt sau cho đến khi tắt hẳn. Trên cơ sở phương trình vi phân cân bằng năng lượng âm trong phịng: dE V. = P − P (3.22) dt a h trong đĩ V: thể tích của phịng (m³) E: mật độ năng lượng âm Pa: cơng suất âm của nguồn Ph: năng lượng âm bị hút trong một giây Giả thiết sự hút âm trong phịng (trên các bề mặt và trong khơng khí) xảy ra một cách liên tục, do đĩ năng lượng cũng giảm một cách liên tục. Phương trình mật độ năng lượng âm cho 3 giai đoạn này như sau: 4Pa − δ t Giai đoạn tăng: E t = ()1−e (3.23) c0 A 4Pa Giai đoạn ổn định: E 0 = (3.24) c0 A − δ t Giai đoạn giảm: E g = E 0e (3.25) trong đĩ t: thời gian (lấy t = 0 khi E = E0) c A δ= 0 4V Giai đoạn tăng và ổn định xảy ra khá nhanh (tính bằng phần mười giây), cịn giai đoạn giảm xảy ra chậm hơn (cĩ thể tính bằng giây) và cĩ ảnh hưởng lớn đến chất lượng thu nhận âm thanh trong các phịng. Chính giai đoạn này tạo ra tiếng vang trong phịng nên cịn được gọi là quá trình âm vang, và thời gian âm thanh tắt dần trong quá trình đĩ là thời gian âm vang. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 37
Chương 3. Truyền âm Ðể đánh giá định lượng quá trình âm vang, người ta đưa vào đại lượng “thời gian âm vang chuẩn”, ký hiệu T (s). Ðây là thời gian cần thiết để năng lượng âm trong quá trình tắt dần tự do trong phịng giảm được một triệu lần so với trị số ban đầu. Tương ứng với độ giảm này của năng lượng, mức âm sẽ giảm được 60 dB. E1 6 L E =10lg =10lg10 =60dB (3.26) E 2 Sử dụng thời gian âm vang chúng ta cĩ thể đánh giá định lượng quá trình âm vang của một phịng là nhanh (T nhỏ) hay chậm (T lớn). 3.3.2 Xác định thời gian âm vang a) Cơng thức Sabine E Theo định nghĩa thời gian âm vang thì t = T khi g =10−6 . E 0 Từ cơng thức (3.24) ta cĩ: 6× 4 V 6× 4 V T = × = × (3.27) c0 lge A 340× 0.43 A V ⇒ T =0.16 (3 .28) A trong đĩ T: thời gian (s) V: thể tích phịng (m³) A: lượng hút âm (m²) Năm 1902 Sabine cơng bố cơng thức này chỉ từ những thực nghiệm. Mãi 30 năm sau, người ta mới chứng minh được nĩ bằng lý thuyết. b) Cơng thức Eyring Khi lượng hút âm của phịng lớn (αtb > 0.2) tính tốn T theo cơng thức Sabine thường cho kết quả khác nhiều so với thực tế. Vì vậy vào năm 1930 C.F. Eyring đã đưa ra giả thiết về sự hút âm khơng liên tục của phịng (sự hút âm xảy ra gián đoạn mỗi khi âm thanh đập vào bề mặt phịng) để tìm cơng thức mới tính thời gian âm vang. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 38
Chương 3. Truyền âm Nếu năng lượng âm ở giai đoạn ổn định là E0 thì theo Eyring năng lượng âm cịn lại sau lần phản xạ thứ nhất là: E1 = E0 (1 - α) (3.29) Năng lượng âm cịn lại sau lần phản xạ thứ hai: 2 E2 = E0 (1 - α) (3.30) Và sau lần phản xạ thứ n: n En = E0 (1 - α) (3.31) Vì τ là thời gian giữa hai lần phản xạ nên thời gian t sau n lần phản xạ là: 4V t = nτ= n (3.32) c0S c S hay n = 0 .t 4V c S 0 .t 4V do đĩ E n = E 0 (1−α) (3.33) c S E 0 .t ⇒ n =(1−α) 4V E 0 -6 Theo định nghĩa thời gian âm vang, khi t = T ta cĩ En/E0 = 10 . Như vậy: c S 0 .T 10−6 =(1−α) 4V (3.34) 6×4×V hay T = (3.35) − c0 .lge.S.ln(1−α tb ) 0.164× V ⇒ T = (3.36) − S.ln(1−α) Hoặc đổi sang logarit cơ số 10, ta cĩ: 0.071× V T = (3.37) − Slg(1−α tb ) Cơng thức (3.36) và cơng thức (3.37) chính là cơng thức Eyring. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 39
Chương 3. Truyền âm Chú ý rằng cơng thức Sabine và cơng thức Eyring chỉ khác nhau ở trị số α và [-ln(1 - α)]. Khi α nhỏ thì giá trị [-ln(1 - α)] ≈ α, và khi đĩ cơng thức Eyring sẽ trở thành cơng thức Sabine. Tuy nhiên khi α lớn, hai trị số này khác nhau rõ rệt, cơng thức Eyring cho kết quả chính xác hơn cơng thức Sabine khi αtb > 0.2. Hình 3.12. Quan hệ giữa α và [-ln(1 - α)] (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) c) Cơng thức Millington Khi vật liệu hút âm trong phịng bố trí khơng đều, trường âm trong phịng sẽ khơng đạt được độ khuếch tán cao, thời gian âm vang tính tốn theo cả hai cơng thức Sabien và Eyring đều cho kết quả với sai số khá lớn. Khi đĩ ta cĩ thể sử dụng cơng thức Millington (1932) để tính tốn, trong đĩ lượng hút âm của phịng được xác định như tổng lượng hút âm của tất cả các bề mặt. 0.16×V T = (3.38) − ∑Si ln(1−α i ) Tuy nhiên một điều bất hợp lý của cơng thức này là nếu áp dụng cho một phịng cĩ bề mặt hồn tồn hút âm (αi = 1) thì T = 0. Chú ý: khi sử dụng các cơng thức (3.28), (3.36), (3.37) và (3.38) đối với những tần số cao (f > 1000 Hz) cần thêm vào đĩ lượng hút âm của khơng khí trong phịng, cụ thể: V (3.28) ⇒ T =0.16 (3.28a) A + nV Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 40
Chương 3. Truyền âm 0.164× V (3.36) ⇒ T = (3.36a) − S.ln(1−α) + nV 0.071× V (3.37) ⇒ T = (3.37a) − Slg(1−α tb ) + nV 0.16×V (3.38) ⇒ T = (3.38a) − ∑Si ln(1−α i ) + nV trong đĩ n: lượng hút âm của 1 m³ khơng khí Bảng 3.2. Lượng hút âm của khơng khí n ở 20°C Độ ẩm khơng khí Lượng hút âm theo tần số (n/m³) (%) 2000 Hz 4000 Hz 30 0.0119 0.0379 40 0.0104 0.0287 50 0.0096 0.0244 60 0.0090 0.0224 70 0.0085 0.0213 80 0.0081 0.0204 90 0.0080 0.0200 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 41
Chương 4. Những loại hình của tiếng ồn Chương 4 NHỮNG LOẠI HÌNH CỦA TIẾNG ỒN 4.1 PHÂN LOẠI CÁC NGUỒN ỒN Tiếng ồn là tất cả những âm thanh gây cho chúng ta cảm giác khĩ chịu, quấy rầy điều kiện làm việc, sinh hoạt, nghỉ ngơi và cảm nhận âm thanh của con người. Tiếng ồn rất đa dạng và cĩ nhiều nguồn gốc khác nhau. 4.1.1 Phân loại theo vị trí nguồn ồn Tiếng ồn trong nhà: những tiếng ồn do chính con người và các thiết bị phục vụ đời sống vật chất - tinh thần của con người tạo ra, chẳng hạn tiếng nĩi, tiếng bước chân đi lại, tiếng radio, tivi và các máy mĩc thiết bị khác, tiếng ồn phát ra từ thang máy, những đường ống dẫn nước Tiếng ồn bên ngồi nhà: tiếng ồn tạo ra do các phương tiện giao thơng vận tải, các sân vận động, sân chơi thiếu nhi, các điểm sinh hoạt văn hĩa, thể thao, các hoạt động trên đường phố, các nhà máy và xí nghiệp sản xuất 4.1.2 Phân loại theo nguồn gốc phát sinh và các đặc điểm lan truyền Tiếng ồn khí động: những tiếng ồn phát ra và lan truyền trong khơng khí như tiếng nĩi, tiếng hát, tiếng từ các loa phát thanh Tiếng ồn va chạm: tiếng ồn tạo ra do sự va chạm của các vật thể, lan truyền theo kết cấu nhà cửa, trong các vật thể rắn, trong đất. Chẳng hạn tiếng chân người hoặc các vật rơi trên nền nhà, chấn động gây nên từ các phương tiện vận tải Tiếng ồn kết cấu (hay vật liệu): tiếng ồn lan truyền trong các kết cấu nhà cửa hay trong các vật chất ở thể rắn nĩi chung; nguồn gốc của nĩ cĩ thể là tiếng ồn khí động hay tiếng ồn va chạm. 4.1.3 Theo thời gian tác dụng của tiếng ồn Tiếng ồn ổn định: những tiếng ồn cĩ mức ồn theo thời gian thay đổi khơng quá 5 dB, chẳng hạn tiếng ồn của các trạm biến thế, những máy mĩc khi hoạt động. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 42
Chương 4. Những loại hình của tiếng ồn Tiếng ồn khơng ổn định: những tiếng ồn cĩ mức ồn thay đổi theo thời gian trên 5 dB, như tiếng ồn của các phương tiện giao thơng, tiếng ồn từ các sân chơi, sân thể thao, của các loai máy xây dựng Loại tiếng ồn này cĩ thể chia ra: - Tiếng ồn ngắt quãng: mỗi tác động ồn kéo dài trên 1 giây xen kẽ quãng nghỉ. - Tiếng ồn xung: nếu mỗi tác động ồn kéo dài khơng quá 1 giây. 4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ÐO VÀ ÐÁNH GIÁ TIẾNG ỒN Tiếng ồn cĩ thể đo và đánh giá theo: - Phổ tiếng ồn, trong phạm vi tần số từ 63 Hz đến 8000 Hz, theo dãy tần số 1 octave hoặc 1/3 octave. - Mức ồn tổng cộng theo thang A, B, hoặc C của máy đo tương ứng với mức âm thấp trung bình hoặc cao của nguồn. Do đặc điểm bức xạ tiếng ồn của các nguồn khác nhau, người ta quy định các phương pháp đo và đánh giá riêng cho mỗi loại nguồn ồn đã đề cập đến. 4.2.1 Các nguồn ồn ổn định và cố định Phổ tiếng ồn hoặc mức ồn tổng cộng theo thang A (dBA) thường được xác định ở một khoảng cách nguồn xác định. Khi kích thước nguồn ồn khá nhỏ, các điểm xác định mức ồn thường đặt trên một bán cầu cách nguồn ồn 1m. Ðối với những nguồn ồn cĩ kích thước như trạm biến thế, sân thể thao, sân chơi các điểm đo tiếng ồn đặt cách chu vi nguồn ồn một khoảng nhất định, thường lấy bằng 7,5m. Các phép đo chính xác phải tiến hành trong trường âm tự do, khơng cĩ sĩng phản xạ với mức ồn nền rất thấp. Trong âm học thường dùng các phịng câm - phịng cĩ bề mặt gần như hồn tồn hút âm - để xác định đặc tính của các nguồn ồn nhỏ (chẳng hạn xác định bức xạ của các loa). Tuy nhiên do phần lớn các phép đo âm học được thực hiện tại hiện trường, khi đĩ chúng ta được các kết quả đo gần đúng và phải tuân theo một số quy định chuẩn (TCVN 5964/1995). Nếu chênh lệch dưới 4 dB hoặc mức ồn nền dao động quá lớn theo thời gian thì phép đo khơng cịn chính xác và nên hủy bỏ. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 43
Chương 4. Những loại hình của tiếng ồn 4.2.2 Nguồn ồn chuyển động Nguồn ồn chuyển động là những nguồn ồn gây ra từ các phương tiện giao thơng. Tiếng ồn của chúng được đánh giá bằng mức âm theo thang hiệu chỉnh A (dBA) ở cách trục đường 7,5 m và trên độ cao 1,2 m so với mặt đường. Phép đo phải tiến hành theo đúng phương pháp trong TCVN 5948/1999 (ISO-00362-1998). Máy đo mức âm khi đĩ đặt ở chế độ nhanh và trị số đo đọc theo độ lệch cực đại của kim đo. Hình 4.1. Sơ đồ đo mức ồn của phương tiện giao thơng 4.2.3 Nguồn ồn khơng ổn định Các nguồn ồn khơng ổn định bức xạ tiếng ồn cĩ mức thay đổi (trên 5 dB) theo thời gian. Ðể đặc trưng cho mức ồn thay đổi này người ta dùng một trị số cố định gọi là mức ồn tương đương. Theo định nghĩa ISO-R1999, mức ồn tương đương trong một thời gian T là mức ồn cố định và liên tục phát ra trong thời gian đĩ, gây ra cùng một ảnh hưởng tới con người như tiếng ồn khơng ổn định. Về mặt vật lý, mức ồn tương đương là mức ồn trung bình cĩ xét đến tần suất xuất hiện của các mức cố định các thành phần khác nhau (thường chia thành những khoảng cách nhau 5 dB, chẳng hạn mức 60 dBA gồm các mức từ 58 ÷ 62 dBA; mức 65 dBA gồm những mức từ 63 ÷ 67 dBA ) và được tính theo cơng thức: n 1 0,1LAi L Atd =10.lg ∑ t i .10 (4.1) T i=1 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 44
Chương 4. Những loại hình của tiếng ồn trong đĩ T: thời gian đo tiếng ồn (s) ti: thời gian tác động của tiếng ồn (s) cĩ mức LAi (thời gian để lấy số liệu của một mức ồn LAi) i: số lượng các số đo tiếng ồn Các máy đo tiếng ồn hiện nay đã được lập trình sẵn để đo và xác định trực tiếp mức âm tương đương trong khoảng thời gian từ 1 phút đến 24 giờ đo (máy đo tích phân mức âm). 4.3 NGUỒN CỦA TIẾNG ỒN 4.3.1 Tiếng ồn cơ khí, từ các nhà máy cơng nghiệp Ngành cơng nghiệp chế tạo máy là nguồn gốc gây ra những vấn đề nghiêm trọng về tiếng ồn, ảnh hưởng trực tiếp đến đội ngũ cơng nhân làm việc trong lĩnh vực này. Nĩ gây ra mức ồn cao ngay cả bên trong và bên ngồi khu vực nhà máy. Ở những nước cơng nghiệp, ước lượng cĩ khoảng 15 ÷ 20% số cơng nhân hoặc nhiều hơn bị ảnh hưởng bởi mức ồn từ 75 ÷ 85 dBA. Nguồn ồn này phụ thuộc vào loại máy mĩc thiết bị và sẽ tăng lên theo cơng suất của máy. Những loại thiết bị chuyển động quay quanh trục và chuyển động tay quay (pitton) phát ra những âm thanh dễ nghe, khơng khí di chuyển trong thiết bị cĩ xu hướng phát ra âm thanh trên một chuỗi tần số rộng. Những mức ồn cao hơn được tạo ra trong những thiết bị hoặc dịng khí lưu thơng với tốc độ cao (quạt, van xả khí nén) hoặc những hệ máy mĩc tác động (máy nghiền, máy cắt đường, máy điều hịa). Trong những khu cơng nghiệp, tiếng ồn phát ra từ nhiều nguồn khác nhau, trong đĩ cĩ những nguồn tự nhiên. Những tiếng ồn cĩ nguồn gốc nhân tạo là các máy mĩc, cĩ thể gây ra những xung động khĩ chịu bằng cách tạo ra những âm thanh tạm thời. Với những máy sinh ra luồng khơng khí chuyển động thường phát ra tiếng ồn ở tần số thấp. Loại tiếng ồn này ít bị hấp thụ bởi vách tường hoặc những cấu trúc khác và nĩ cĩ thể lan truyền rất xa với mức tiêu hao năng lượng rất thấp. Ở những khu dân cư, tiếng ồn chủ yếu phát ra từ các thiết bị sinh hoạt hàng ngày (máy sưởi, hệ thống thơng giĩ, giao thơng), tiếng nĩi, âm nhạc, và nhiều nguồn âm khác đến từ láng giềng. Tương ứng với tần số thấp, hệ thống thơng giĩ trong các khu dân cư phát ra nguồn ồn ở mức thấp lẫn mức trung bình. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 45
Chương 4. Những loại hình của tiếng ồn Trong một nhà máy, các máy mĩc hoạt động tốt nhất là khơng gây ra tiếng ồn ảnh hưởng đến những cộng đồng xung quanh. Ðể làm được điều đĩ, mơ hình các nhà máy và loại thiết bị ít ồn được khuyến khích, hoặc bố trí khu vực nhà máy sản xuất tách biệt với các khu dân cư nhạy cảm với tiếng ồn. Ngồi ra cĩ thể hạn chế thời gian vận hành máy mĩc thiết bị của các nhà máy. 4.3.2 Tiếng ồn do giao thơng đường bộ a) Giới thiệu Tiếng ồn của xe cộ trên đường giao thơng chủ yếu phát ra do động cơ và ma sát giữa xe với đất và khơng khí. Ðộng cơ xe sẽ gây ra tiếng ồn khi chạy với vận tốc trên 60 km/h. Mức ồn giao thơng được xác định từ số lượng các phương tiện lưu thơng, vận tốc của xe cộ, tỷ lệ các loại xe vận tải nặng, và bề mặt đường sá. Ðặc biệt những vấn đề về tiếng ồn thường xảy ra ở các khu vực cĩ sự thay đổi tốc độ liên tục, chẳng hạn tại các đèn giao thơng, các đoạn dốc, và các giao lộ. b) Tiếng ồn dịng xe 1. Ðặc điểm Tiếng ồn dịng xe là tiếng ồn do tất cả các xe cùng chạy trên đường tạo ra. Loại tiếng ồn này cĩ ý nghĩa rất quan trọng đối với cuộc sống của người dân thành phố. Tiếng ồn giao thơng chiếm tỷ trọng từ 60 ÷ 90% tiếng ồn thành phố, và mức ồn ở các thành phố lớn trên thế giới cứ mỗi năm tăng lên 1 dB trong vịng 50 năm trở lại đây. Như vậy cứ sau 10 năm cảm giác độ to của tiếng ồn lại tăng gấp 2 lần. Mức ồn của dịng xe được đo ở điểm cách trục của làn xe gần nhất 7,5 m và ở độ cao 1,2 m tại một mặt cắt của đường giao thơng (khơng phải tại các nút giao thơng). Mức ồn của dịng xe phụ thuộc: - Cường độ dịng xe: tổng lượng xe chạy trên đường trong một giờ, ký hiệu N (xe/giờ). Cường độ dịng xe càng lớn, mức ồn càng cao. - Vận tốc dịng xe (km/giờ). - Ðặc điểm của đường: loại mặt đường, độ dốc. - Ðặc điểm của các cơng trình hai bên đường. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 46
Chương 4. Những loại hình của tiếng ồn - Thành phần của dịng xe: tỷ lệ % các loại xe thành phần trong dịng xe. Thơng thường chia làm ba loại xe thành phần: xe khách và xe vận tải nặng; xe tải và xe khách nhẹ; xe mơ tơ hai và ba bánh. Khi xem xét những quy luật tiếng ồn giao thơng ở nước ta hiện nay, cần chú ý đến một số đặc điểm của dịng xe tại các thành phố lớn: - Cường độ dịng xe thấp, trung bình 1000 ÷ 2000 xe/h trong giờ cao điểm, trường hợp cực đại cĩ thể lên đến 3000 xe/h. Trong khi đĩ nhiều thành phố khác trên thế giới cường độ dịng xe đạt 4000 ÷ 5000 xe/h. - Trong thành phần dịng xe, xe mơ tơ hai bánh chiếm đến 60 ÷ 80%. Ở các thành phố lớn khác, thành phần xe hai bánh khơng đáng kể, và cĩ đến 30 ÷ 60% các xe tải nặng. - Các phương tiện giao thơng khơng được kiểm sốt về tiếng ồn, vì vậy tình trạng các dịng xe hai, ba bánh và xe nhẹ thường cĩ mức ồn cao hơn các xe vận tải nặng. - Vận tốc dịng xe thấp do cĩ nhiều xe thơ sơ. 2. Phương pháp đánh giá Tiếng ồn dịng xe là khơng ổn định và cần phải được đánh giá theo mức ồn tương đương (LAtd). Năm 1968, nghiên cứu của J. Foxon và F. Pearson cho thấy cĩ thể nhận được phân bố chuẩn của mức ồn cả khi cường độ dịng xe lớn và nhỏ. Hiện nay trên thế giới sử dụng phương pháp phân tích thống kê để nghiên cứu tiếng ồn dịng xe và đã lập được biểu đồ xác suất phân bố mức ồn (biểu đồ 4.3). Từ biểu đồ chúng ta rút ra một số trị số cĩ ý nghĩa của tiếng ồn dịng xe: - L10: mức ồn ≥ 10% thời gian đo, là mức ồn trung bình cực đại của dịng xe, tương đương mức ồn của một xe (đặc trưng cho tiếng ồn đường phố). - L90: mức ồn ≥ 90% thời gian đo, tương đương với mức ồn nền của đường (đặc trưng cho tiếng ồn đường phố). - L50: mức ồn ≥ 50% thời gian đo, tương đương mức ồn trung bình của dịng xe. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 47
Chương 4. Những loại hình của tiếng ồn Hình 4.2. 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, chúng ta cần chú ý: - Ðo vào giờ cao điểm. - Thời gian đo là 10 phút khi cường độ dịng 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 dịng xe cần phải đo 20 ÷ 30 phút. 3. Trị số tính tốn của mức ồn dịng xe Trong giao thơng để xác định mức ồn dịng xe, người ta thường sử dụng mức ồn tương đương (LAtd) làm mức ồn tính tốn. Mức ồn tương đương thường thấp hơn mức L10 khoảng 1 ÷ 2 dB khi cường độ dịng xe là 500 ÷ 3000 xe/h. Nước ta chưa cĩ tiêu chuẩn quy định mức ồn giao thơng tính tốn. Vì vậy 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 tốn. Và ký hiệu là LAtd(8÷20h), đơn vị dBA. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 48
Chương 4. Những loại hình của tiếng ồn Bảng 4.1. Mức ồn tương đương tính tốn mỗi giờ của dịng xe cĩ 20% xe tải và xe khách nặng, vận tốc 40 km/h Cường độ N (xe/h) 40 50 60 80 100 150 200 300 400 500 Mức ồn (LAtd, dB) 65 65,5 66 66,5 67 68 69 70 70,5 71 Cường độ N (xe/h) 700 900 1000 1500 2000 3000 4000 5000 10000 Mức ồn (LAtd, dB) 72 72,5 73 74 74,5 75,5 76 77 78 Các trị số trong bảng được hiệu chỉnh theo các trường hợp thực tế sau: - Theo số lượng xe tải và xe khách nặng: tăng, giảm 13% → hiệu chỉnh ± 1 dBA - Theo số lượng xe tải và xe khách động cơ diesel: giảm khơng quá 10% → hiệu chỉnh 0 dBA tăng 10% → hiệu chỉnh ± 1 dBA - Theo vận tốc dịng xe: 7 ÷ 80 km/h: tăng giảm 7% → hiệu chỉnh ± 1 dBA 80 ÷ 120 km/h: tăng 20% → hiệu chỉnh + 1 dBA - Theo độ dốc chiều dọc đường: độ dốc 0% → hiệu chỉnh 0 tăng 2% → hiệu chỉnh ± 1 dBA - Theo chiều rộng đường phố cĩ nhà hai bên đường: rộng trên 50 m → hiệu chỉnh 0 giảm 10 m → hiệu chỉnh + 1 dBA Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 49
Chương 4. Những loại hình của tiếng ồn Ví dụ: Xác định mức ồn giao thơng tính tốn của đường phố cĩ các đặc điểm - Số lượng xe trên đường, cường độ dịng xe, mức ồn tương đương (xem bảng) - Vận tốc dịng xe: 30 km/giờ - Ðộ dốc dọc đường: 0% - Ðường phố rộng 40 m cĩ nhà hai bên Giải: Mức ồn tương đương theo cường độ dịng xe lấy theo bảng 3.1 cĩ các hiệu chỉnh về thành phần dịng xe, vận tốc dịng xe cho ở bảng dưới đây Bảng tính mức ồn tương đương của dịng xe Giờ trong ngày 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 Cường độ N (xe/h) 1800 1500 1000 800 800 600 700 900 1000 1200 400 80 LAtd 74,5 74 73 72 72 71,5 72 72,5 73 73,5 70,5 66,5 Xe tải nặng 10% 8% 20% 30% 20% 15% 30% 25% 10% 10% 20% 20% Hiệu chỉnh (dB, A) -1 -1 0 +1 0 +0,5 +1 +0,5 -1 -1 0 0 Xe tải diesel 5% 8% 15% 10% 20% 10% 5% 10% 8% 5% 10% 20% Hiệu chỉnh (dB, A) 0 0 +0,5 0 +1 0 0 0 0 0 0 +1 Vận tốc (km/giờ) 30 40 50 50 50 40 40 50 40 30 30 40 Hiệu chỉnh (dB, A) -1,5 0 +1,5 +1,5 +1,5 0 0 +1,5 0 -1,5 -1,5 0 Trị số tính (dB, A) 72 73 75 74,5 74,5 72 73 74,5 72 71 69 67,5 L Ltb = ∑ td = 72,5 dBA Atd 12 Hiệu chỉnh độ dốc đường: 0 Hiệu chỉnh theo độ rộng đường phố: + 1 dBA Vậy mức ồn giao thơng tính tốn từ 8 ÷ 20 giờ: LAtd(8÷20h) = 73,5 dBA Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 50
Chương 4. Những loại hình của tiếng ồn Hình 4.3. Mức ồn do ơ tơ và xe tải (vận tốc 70 km/giờ) gây ra ở khoảng cách 15 m 4.3.3 Tiếng ồn do giao thơng đường sắt Tiếng ồn đường sắt phụ thuộc chủ yếu vào vận tốc các đồn tàu nhưng rất biến động và cịn chịu ảnh hưởng bởi kiểu động cơ, tải trọng, đường ray. Ngồi ra tiếng ồn cịn phát ra từ các trạm dừng, từ quầy vé, từ các hệ thống tránh đường tàu. Ðặc biệt đối với các đồn tàu cao tốc (vận tốc trên 250 km/giờ), mức độ ồn cĩ thể so sánh được với mức ồn do máy bay phản lực gây ra. Tiếng ồn giao thơng đường sắt được đánh giá theo mức ồn tương đương ở điểm cách đường ray gần nhất 7,5 m. Bảng 4.2. Mức ồn tương đương của giao thơng đường sắt theo cường độ đồn tàu (dBA) khi vận tốc 40 km/giờ Cường độ tàu (đơi tàu/giờ) 1 2 3 4 5 6 Tàu khách 68 71 73 74,5 75 76 Tàu hàng 73 76 78 79,5 80,5 81 Hiệu chỉnh theo vận tốc đồn tàu được xác định như sau: - v = 40 km/giờ → hiệu chỉnh 0 - v = 45 km/giờ → hiệu chỉnh 2,5 dBA Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 51
Chương 4. Những loại hình của tiếng ồn - v = 50 km/giờ → hiệu chỉnh 4,0 dBA - v = 55 km/giờ → hiệu chỉnh 5,5 dBA - v = 60 km/giờ → hiệu chỉnh 6,5 dBA - v = 65 km/giờ → hiệu chỉnh 7,5 dBA - v = 70 km/giờ → hiệu chỉnh 8,0 dBA - v = 80 km/giờ → hiệu chỉnh 9,0 dBA 4.3.4 Tiếng ồn do máy bay Hình 4.4. Mức ồn do máy bay phản lực gây ra ở độ cao 300 m a) Ðặc điểm Kể từ khi được phát minh, máy bay là nguyên nhân gây ra tiếng ồn từ 20 ÷ 30 năm trở lại đây. Ðầu tiên là loại máy bay phản lực tua bin đã làm dâng lên sự phản ứng của cộng đồng chống lại ngành hàng khơng thương mại và hàng khơng quân sự. Nhiều nghiên cứu cho rằng tiếng ồn do máy bay gây ra cao hơn các loại tiếng ồn khác (B. Berglund, Lindvall & Nordin, 1990). Ngày nay tiếng ồn phát ra từ động cơ của các loại máy bay phản lực mới đã được giảm bớt nhờ vào cánh quạt làm giảm vận tốc dịng khơng khí qua tua bin. Tuy nhiên bản thân cánh quạt lại gây ra nguồn ồn trong quá trình máy bay hạ hoặc cất cánh nếu khơng được bố trí các bộ lọc âm trên nắp đậy cánh quạt. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 52
Chương 4. Những loại hình của tiếng ồn Nhìn chung các máy bay nếu càng lớn và nặng sẽ tạo ra nguồn ồn lớn hơn. Các loại máy bay nhỏ như loại dành cho các doanh nghiệp, loại bay huấn luyện, và cho mục đích giải trí cũng gây ra nguồn ồn quấy rầy khu vực dân cư xung quanh. Những sân bay cĩ lưu thơng loại máy bay trực thăng sẽ đặc biệt gây ồn ào. Cần phân biệt hai khái niệm: - Tiếng ồn máy bay: tiếng ồn ở dưới mặt đất khi máy bay bay qua. Nếu tuyến bay thường xuyên bay ngang qua khu vực dân cư sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống của người dân nơi đĩ. - Tiếng ồn quanh sân bay: thường phát triển theo hướng đường băng cất và hạ cánh của máy bay (theo hường song song và vuơng gĩc với chúng). Khi nghiên cứu quy luật lan truyền tiếng ồn từ đường băng, chúng ta cĩ thể xác định vùng đệm cách ly để bảo vệ cho các khu dân cư xung quanh sân bay. Tiếng ồn máy bay cĩ những đặc điểm khác với các nguồn ồn đã trình bày ở trước (về tần số, thời gian tác dụng, ảnh hưởng đến người dân ). Vì vậy phương pháp đánh giá, tiêu chuẩn của tiếng ồn loại này cũng khác các cách đã biết. Hiện nay trên thế giới phổ biến hai loại đơn vị đánh giá tiếng ồn máy bay: - Ðơn vị PN, dB (Perceived Noise - tiếng ồn cảm nhận): dựa trên cơ sở đánh giá cảm giác khĩ chịu của tiếng ồn máy bay (loại tiếng ồn chứa nhiều tần số cao) đối với người dân. Ðơn vị PN xác định theo cơng thức: PN, dB = dB(D) + 7 trong đĩ dB(D) là mức ồn đo theo thang hiệu chỉnh D của máy đo. - Ðơn vị dBA: mức âm đo theo thang hiệu chỉnh A của máy đo. Mối tương quan giữa hai đơn vị: LPN – LA ≈ 12 dB Phân tích ảnh hưởng của tiếng ồn máy bay đối với người dân theo hai loại đơn vị đo, mức âm theo thang hiệu chỉnh A phù hợp hơn với sự cảm thụ tiếng ồn máy bay ngồi trời của người dân. Vì vậy Phạm Ðức Nguyên, 2000 đề nghị sử dụng đơn vị mức âm theo hiệu chỉnh A để đánh giá tiếng ồn máy bay. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 53
Chương 4. Những loại hình của tiếng ồn b) Phương pháp đánh giá Ðể đánh giá tiếng ồn của máy bay về đặc điểm tiếng ồn và ảnh hưởng quấy nhiễu của nĩ đối với người dân, thơng thường sử dụng hai thơng số: - Mức ồn cực đại của một chuyến bay LAmax (dBA). - Mức ồn tương đương trong suốt thời gian ban ngày (chẳng hạn từ 6 giờ đến 22 giờ) và ban đêm (từ 22 giờ đến 6 giờ) cĩ xét đến số lần máy bay bay qua và mức ồn của nĩ. Các nghiên cứu về ảnh hưởng tiếng ồn máy bay đối vơi dân cư cho thấy: - Theo mức âm cực đại LAmax: LAmax = 75 ÷ 77 dBA: khơng gây ảnh hưởng đến khu dân cư LAmax = 80 ÷ 85 dBA: cĩ 38 ÷ 49% người dân phàn nàn khĩ chịu LAmax = 90 ÷ 100 dBA: cĩ 65 ÷ 92% dân cư phản ứng mạnh - Theo mức âm tương đương LAtd: LAtd = 62 dBA (ban ngày), và 52 dBA (ban đêm): khơng gây ảnh hưởng đến dân cư 4.3.5 Tiếng ồn do máy bay siêu thanh Một chiếc máy bay nếu bay vượt quá vận tốc âm thanh sẽ tạo hiện tượng va chạm sĩng âm - sonic boom. Khi đĩ hành khách trên máy bay sẽ cĩ cảm giác được nâng lên - hạ xuống - nâng lên đột ngột kèm theo một tiếng nổ rất to. Những dao động sĩng này được ghi nhận riêng biệt và gọi là sĩng N. Hiện tượng va chạm sĩng âm với cường độ cao cĩ thể gây nguy hiểm. Hiện tượng va chạm sĩng âm với cường độ thấp cĩ thể gây phản xạ giật mình. Hiện tượng “sonic boom” phụ thuộc vào tầm bay cũng như vào cơng suất máy bay. Một máy bay siêu thanh ở độ cao 50 km khi gây ra hiện tượng “sonic boom” cĩ thể nghe được từ mặt đất (C.H.E. Warren, 1972). Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 54
Chương 4. Những loại hình của tiếng ồn 4.3.6 Tiếng ồn trong xây dựng, thực hiện cơng việc cơng cộng, và tiếng ồn quân sự Xây dựng cơng trình là những cơng việc phát tán nguồn ồn, từ hoạt động của cần cẩu, máy trộn xi măng, máy hàn, búa đĩng, máy khoan và nhiều hoạt động khác nữa. Các thiết bị dùng trong xây dựng thường gây ồn và ít được bảo trì, và việc tổ chức xây dựng cũng thường tạo ra mơi trường ồn ào. Những cơng việc phục vụ cơng cộng như quét dọn vệ sinh, hốt đổ rác cũng gây ra tiếng ồn vì thường hoạt động vào những thời điểm nhạy cảm trong ngày. Ngồi ra các hoạt động quân sự cũng gây ra tiếng ồn, chẳng hạn như di chuyển xe tăng, máy bay phản lực, những khẩu pháo lớn nhỏ. Nguồn ồn này tương đối đặc biệt, chẳng hạn nếu so sánh với các loại máy bay dân dụng khi huấn luyện cất và hạ cánh. 4.3.7 Tiếng ồn từ hệ thống tiện ích nhà ở Các hệ thống phục vụ tiện ích trong những ngơi nhà sẽ ảnh hưởng đến cư dân sinh sống bên trong và ngồi ngơi nhà. Chẳng hạn hệ thống thơng giĩ và điều hồ khơng khí, hệ thống các đường ống, bơm thốt nhiệt, đều tạo ra tiếng ồn ảnh hưởng đến mơi trường xung quanh. Tiếng ồn đến từ những láng giềng của chúng ta là một trong những nguồn ồn khơng mong muốn. Và mức độ ảnh hưởng sẽ càng nghiêm trọng hơn nếu thiếu sự săn sĩc bảo trì các thiết bị gia đình như máy hút bụi, máy giặt, máy cắt cỏ Và nếu láng giềng của bạn là người thích các hoạt động xã hội, bạn sẽ càng bị quấy rầy hơn với các buổi tiệc hoặc họp mặt của họ. 4.3.8 Tiếng ồn từ các hoạt động giải trí Theo đà phát triển của xã hội, ngày càng cĩ nhiều hoạt động giải trí sử dụng đến các máy mĩc thiết bị, chẳng hạn đua xe mơ tơ, xe lướt sĩng, lướt ván nước, xe trượt tuyết gây ồn ào cho mơi trường hơn trước kia. Thú vui săn bắn cũng quấy nhiễu dân cư sinh sống trong khu vực, thậm chí chơi tennis hoặc tiếng chuơng nhà thờ cũng gây phiền tối. Các buổi hịa nhạc disco hoặc nhạc rock luơn vượt quá ngưỡng nghe cho phép (cả bên trong lẫn bên ngồi). Một điều cần chú ý đến khi xây dựng nhà cửa là các vách chắn phải cĩ khả năng giới hạn tiếng ồn xâm nhập vào khơng gian riêng tư của chúng ta. Tuy nhiên điều đĩ cũng khĩ thực hiện được. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 55
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố Chương 5 CHỐNG TIẾNG ỒN TRONG THÀNH PHỐ 5.1 ẢNH HƯỞNG CỦA TIẾNG ỒN ÐỐI VỚI CON NGƯỜI Tiếng ồn khơng phải lúc nào cũng cĩ hại cho con người. Nếu tiếng ồn ở mức thấp khoảng 10 ÷ 20 dB sẽ tạo nên mơi trường bình thường quen thuộc và tạo được sự cân bằng cho hệ thống thần kinh của chúng ta. Nhưng nếu mức ồn tăng lên, thậm chí khi mức âm cịn khơng đáng kể (khoảng 50 ÷ 70 dB) sẽ ảnh hưởng xấu đến các hoạt động của con người. Âm thanh mà con người cảm thụ được thơng qua tai nhưng tiếng ồn khơng chỉ gây ảnh hưởng xấu đến tai mà cịn gây nhiều thay đổi xấu trên nhiều cơ quan và bộ máy khác của cơ thể. Ảnh hưởng xấu của tiếng ồn đối với cơ thể phụ thuộc vào mức và phổ tiếng ồn, thời gian tác dụng của nĩ trong một ngày, quá trình con người tiếp xúc với tiếng ồn, phụ thuộc lứa tuổi, giới tính và tình trạng sức khỏe của mỗi người. Khi chịu tác động của tiếng ồn, độ nhạy cảm của tai giảm xuống và ngưỡng nghe tăng lên. Hiện tượng này gọi là sự thích nghi của tai, đĩ là một phản ứng tự vệ của cơ thể chống lại tiếng ồn. Khi rời mơi trường ồn đến nơi yên tĩnh, độ nhạy cảm sẽ hồi phục lại rất nhanh (sau 2 ÷ 3 phút). Tuy nhiên sự thích nghi của tai chỉ cĩ mức độ nhất định. Tác dụng kéo dài của tiếng ồn làm giảm độ nhạy của tai, nhất là ở các tần số cao và thời gian hồi phục từ vài giờ đến vài ngày, đồng thời tai xuất hiện cảm giác mệt mỏi. Nếu tác dụng của tiếng ồn lặp lại nhiều lần tai sẽ mất dần khả năng hồi phục, sau một thời gian sẽ phát triển thành những bệnh lý gây thối hĩa trong tai, dẫn đến bệnh nặng tai và gây điếc. Như vậy khi tai cảm thấy mệt mỏi là dấu hiệu đầu tiên báo hiệu sự phát triển của bệnh nặng tai và bệnh điếc. Theo số liệu của WHO: - Tiếp xúc lâu dài với mức âm tương đương 80 dBA trong một ca làm việc (8 giờ) chưa gây ra bệnh điếc nghề nghiệp. - Nếu mức âm 85 dBA sẽ cĩ 10% cơng nhân bị điếc sau 40 năm tiếp xúc. - Mức âm 90 dBA sẽ cĩ 10% cơng nhân bị điếc sau 10 năm tiếp xúc và 16% sau 20 năm tiếp xúc. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 56
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố - Mức âm 95 dBA sẽ cĩ 17% cơng nhân bị điếc sau 10 năm tiếp xúc và 28% sau 20 năm tiếp xúc. - Mức 100 dBA cĩ 12% cơng nhân bị điếc sau 5 năm, 29% sau 10 năm và 42% sau 20 năm tiếp xúc. Nhiều nghiên cứu thống kê đi đến kết luận rằng tiếng ồn của các thành phố lớn là nguyên nhân làm giảm độ thính của tai và tăng số người bị bệnh nặng tai. Chẳng hạn ở các vùng nơng thơn của Pháp nếu cứ 100.000 dân cĩ 20 ÷ 30 người mắc bệnh nặng tai thì ở các thành phố lớn lên đến 100 ÷ 120 người. Ở Mỹ năm 1967 cĩ 11 triệu người lớn và 3 triệu trẻ em thành phố được chẩn đốn mất thính giác. Các nghiên cứu gần đây cho thấy tiếng ồn gây ra các bệnh ở hệ thần kinh và các cơ quan bên trong sớm hơn nhiều so với những biến đổi thối hĩa ở cơ quan nghe. Tiếng ồn trước hết ảnh hưởng xấu đến trạng thái chức năng của hệ thần kinh trung tâm, gây ức chế làm giảm sự chú ý và khả năng tập trung làm việc của con người (đặc biệt đối với lao động trí ĩc). Nếu quá trình lao động càng phức tạp, càng cần nhiều tập trung chú ý thì tiếng ồn càng làm giảm năng suất lao động, tăng phế phẩm và gây nhiều tai nạn lao động. Ảnh hưởng của mức ồn đến con người - 30 ÷ 35 dBA: khơng ảnh hưởng đến giấc ngủ - 40 dBA: ảnh hưởng đến giấc ngủ; điều kiện làm việc trí ĩc tốt - 50 dBA: phá rối giấc ngủ rõ rệt; điều kiện tốt cho sinh hoạt và nghỉ ngơi - 65 dBA: quấy rầy cơng việc, sinh hoạt; bắt đầu gây ảnh hưởng xấu đến tâm sinh lý con người - 80 dBA: chưa gây ảnh hưởng xấu đến tai khi tiếp xúc lâu dài - 85 dBA: bắt đầu gây bệnh nặng tai và bệnh điếc - 100 dBA: gây tổn thương khơng hồi phục ở tai - 120 dBA: gây đau tai - 150 dBA: tức khắc gây tổn thương thính giác Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 57
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố Tiếng ồn mạnh thường gây ra bệnh đau đầu, chĩng mặt, cảm giác sợ hãi, bực tức vơ cớ, trạng thái tâm thần khơng ổn định. Tiếng ồn cịn gây ảnh hưởng xấu đến hệ tim mạch gây kéo dài chu kỳ tim, tần số nhịp tim hạ thấp. Tác dụng liên tục của tiếng ồn là nguyên nhân của bệnh loét, viêm dạ dày do rối loạn tiêu hĩa. Ngồi ra tiếng ồn cĩ ảnh hưởng mạnh đến trẻ em, đặc iệt đối với những người bị bệnh thần kinh, tim mạch, các bệnh nhân sau những ca mổ nặng. Nĩ làm giảm hiệu quả của các quá trình điều trị và tăng thời gian lưu lại trong bệnh viện. Nhiều nhà nghiên cứu khẳng định tiếng ồn trong các thành phố lớn rút ngắn tuổi thọ của con người từ 10 ÷ 12 năm. 5.2 TIÊU CHUẨN MỨC ỒN CHO PHÉP 5.2.1 Phương pháp tiêu chuẩn Phương pháp tiêu chuẩn trước hết phải xuất phát từ đặc điểm cảm thụ âm thanh của tai người. Mặt khác cần chú ý đến các đặc điểm bức xạ của tiếng ồn (về mức, tần số, thời gian ) và ảnh hưởng khác nhau của chúng đối với dân cư. Hiện nay trên thế giới đang áp dụng một số tiêu chuẩn theo các phương pháp khác nhau. Một quốc gia cĩ thể sử dụng khơng chỉ một phương pháp tiêu chuẩn. a) Ðường NR (Noise Rating) Ðường NR là một họ đường cong đánh giá ảnh hưởng quấy nhiễu của tiếng ồn trong phạm vi tần số từ 31,5 đến 8000 Hz theo dãy 1 octave. Biểu đồ họ đường cong NR được xây dựng dựa trên biểu đồ các đường đồng mức âm. Chỉ số NR là trị số mức âm dB ở tần số chuẩn 1000 Hz được lấy làm tên gọi các đường cong. Các trị số của họ đường NR cho trong bảng 5.1. Mức âm tổng cộng theo hiệu chỉnh A của mỗi đường cong (LA, dBA) thường cao hơn các chỉ số NR từ 5 ÷ 8 dB. Vì vậy cĩ thể viết quan hệ giữa chúng: LA – NR ≈ 5 dB Khi đánh giá tiếng ồn thực tế theo NR, cần đo và dựng phổ tiếng ồn theo dãy tần số 1 octave rồi đặt nĩ lên biểu đồ các đường NR (đường đứt nét). Trị số của đường khảo sát là đường NR kề nĩ nhỏ nhất khi khơng cĩ điểm nào của đường này nằm dưới đường khảo sát (theo hình trị số của đường khảo sát là NR-59). Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 58
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố Hình 5.1. Biểu đồ họ đường cong NR (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 59
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố Bảng 5.1. Trị số mức âm theo họ đường cong NR Mức âm theo dãy tần số 1 octave, dB Chỉ LA số NR 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 (dBA) 20 51 39 31 24 20 17 14 13 25 25 55 44 35 29 25 22 20 18 30 30 59 48 40 34 30 27 25 23 35 35 63 52 45 39 35 32 30 28 40 40 67 57 49 44 40 37 35 33 45 45 71 61 54 49 45 42 40 38 50 50 75 66 59 54 50 47 45 43 55 55 79 70 63 58 55 52 50 49 60 60 83 74 68 63 60 57 55 54 65 65 87 79 72 68 65 63 61 59 70 70 92 83 77 73 70 68 66 64 75 75 96 87 82 78 75 73 71 70 80 80 99 92 86 83 80 78 76 74 85 (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) b) Ðường NC (Noise Criterion) Ðường NC là một họ đường cong do L. Beranek đề xuất năm 1957 được sử dụng phổ biến tại Mỹ, Anh Chỉ số của mỗi đường cong là mức âm tại tần số xấp xỉ 2000 Hz (chính xác là 1697 Hz) của đường đĩ. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 60
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố Hình 5.2. Họ đường cong NC Hình 5.3. So sánh hai họ đường cong NR và NC (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 61
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố Hình 5.3 là so sánh hai họ đường cong NR và NC. Ta thấy các đường NC cĩ trị số thấp hơn các đường NR đối với các tần số dưới 1000 Hz. Cách đánh giá mơi trường ồn theo chỉ số NC cũng giống như khi đánh giá theo chỉ số NR. c) Mức ồn tổng cộng thang A, dBA Ưu điểm của cách đánh giá này là chỉ dùng một trị số, đĩ là mức năng lượng âm tổng cộng trong tồn bộ phạm vi tần số bức xạ của âm thanh theo hiệu chỉnh A. Vì vậy cách đánh giá theo thang A là đơn giản, phù hợp với hướng dẫn của ISO và được chấp nhận gần như ở tất cả các nước trên thế giới. Tuy nhiên nhược điểm của nĩ là khơng cho biết sự phân bố năng lượng tiếng ồn theo các dãy tần số, vì vậy khơng thuận tiện khi thiết lập những biện pháp chống tiếng ồn. 5.2.2 Tiêu chuẩn mức ồn cho phép a) Tiêu chuẩn mức ồn tối đa cho phép Bảng 5.2. Giới hạn tối đa cho phép tiếng ồn khu vực cơng cộng và dân cư (dBA) Khu vực 6 ÷ 18h 18 ÷ 22h 22 ÷ 6h Khu vực cần đặc biệt yên tĩnh: bệnh viện, thư viện, 50 45 40 nhà điều dưỡng, nhà trẻ, trường học, nhà thờ, chùa Khu dân cư, khách sạn, cơ quan hành chính 60 55 50 Khu dân cư xen kẽ trong khu thương mại, dịch vụ, 75 70 50 sản xuất (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) Tiêu chuẩn mức ồn tối đa cho phép trong các khu vực cơng cộng và dân cư của Việt Nam (TCVN 5949-1998) được giới thiệu trong bảng. Tuy nhiên tiêu chuẩn này chưa cho phép đạt được mơi trường âm thanh tiện nghi khi làm việc, nghỉ ngơi và giấc ngủ. Nguyên nhân cơ bản do đặc điểm kiến trúc thống hở của nước ta với cửa sổ gần như mở quanh năm, làm cho mức ồn ngồi nhà và trong nhà chênh lệch nhau rất ít (từ 0 đến 5 dB). Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 62
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố b) Tiêu chuẩn mức ồn cho phép Tiêu chuẩn mức ồn cho phép trong các nhà máy, xí nghiệp quy định mức âm tương đương trong suốt ca lao động (8 giờ) khơng được vượt quá 85 dBA. Mức cực đại khơng được vượt quá 115 dBA (TCVN 3985-1999). Như vậy trong tiêu chuẩn Việt Nam cịn thiếu mức ồn cho phép cho các khơng gian bên trong. Ðể bổ sung thiếu sĩt này, Phạm Ðức Nguyên đề nghị tiêu chuẩn mức ồn cho phép của 10 loại khơng gian trong nhà. Bảng 5.3. Mức ồn cho phép trong nhà TT Loại phịng LA,tđ, dBA Chỉ số NR 1 Studio âm thanh 20 ÷ 30 15 ÷ 25 2 Phịng hịa nhạc 25 ÷ 30 20 ÷ 25 3 Nhà hát 30 ÷ 35 25 ÷ 30 4 Hội họp và chiếu bĩng 35 ÷ 40 30 ÷ 35 5 Phịng hội thảo nhỏ, lớp học 40 ÷ 45 - 6 Văn phịng, thư viện 40 ÷ 45 - 7 Phịng ngủ (nhà ở, khách sạn, bệnh viện) 45 ÷ 50 - 8 Phịng khám bệnh viện 40 ÷ 45 - 9 Phịng làm việc với máy tính 45 ÷ 50 - 10 Nhà hàng, văn phịng tổng hợp 50 ÷ 55 - c) Tiêu chuẩn tiếng ồn của máy bay Tiêu chuẩn tiếng ồn của máy bay khi bay qua các khu vực dân cư Bảng 5.4. Tiêu chuẩn tiếng ồn máy bay Mức ồn cho phép (dBA) Từ 8 ÷ 20 giờ Từ 20 ÷ 8 giờ Mức cực đại 85 75 Mức tương đương 65 55 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 63
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố 5.3 LAN TRUYỀN TIẾNG ỒN GIAO THƠNG TRONG THÀNH PHỐ Trong thành phố tiếng ồn chủ yếu do giao thơng gây nên, nĩ khơng những cĩ tỷ trọng lớn, cường độ cao, mà cịn xuất hiện gần như suốt thời gian trong ngày. Tiếng ồn giao thơng cĩ thể lan truyền dọc theo các đường phố, đặc biệt khi đường phố cĩ nhà ở hai bên và chiều rộng hẹp, tạo thành một hành lang cĩ mức ồn rất cao. Tuy nhiên mức ồn này chỉ ảnh hưởng chủ yếu đến các ngơi nhà ở mặt đường. Ngồi ra sự lan truyền tiếng ồn theo phương vuơng gĩc với đường phố cĩ khả năng phá vỡ mơi trường âm thanh yên tĩnh của các cơng trình nằm sâu trong thành phố, quấy rối đời sống và cơng việc của người dân. 5.3.1 Lan truyền tiếng ồn trên địa bàn bằng phẳng Sự giảm dần mức âm theo khoảng cách xa dần đường giao thơng do hai nguyên nhân đã bàn đến trong chương 3 gây ra, đĩ là : a) Mức âm giảm theo khoảng cách Sự giảm mức âm theo khoảng cách xa nguồn âm đã được đề cập trong chương 3. - Ðối với nguồn âm điểm: cơng thức (3.4) - Ðối với nguồn âm đường: cơng thức (3.6) b) Do sự hút âm của khơng khí Khi âm thanh lan truyền trên một bề mặt, năng lượng âm cịn bị giảm bớt một phần do sự hút âm của bề mặt này. Do đĩ trong tính tốn người ta thêm vào các cơng thức nĩi trên một hệ số hút âm của các bề mặt kb: r2 - Ðối với nguồn âm điểm ∆Lkc = kb.20.lg (5.1) r1 r2 - Ðối với nguồn âm đường ∆L kc = k b .10.lg (5.2) r1 trong đĩ mặt đất phẳng, đất cày kb = 1,0 mặt đất trồng cỏ kb = 1,1 mặt đường nhựa kb = 0,9 Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 64
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố Trong thực tế dịng xe chạy trên đường phố cĩ thể xem như một nguồn âm dãy - một dạng trung gian giữa hai nguồn âm kể trên: mỗi phương tiện giao thơng là một nguồn âm, chúng nằm trên một đường thẳng và cách nhau một khoảng S xác định: v S=1000 tb (5.3) N trong đĩ S: khoảng cách giữa hai xe (m) vtb: vận tốc trung bình của dịng xe (km/giờ) N: cường độ dịng xe (xe/giờ) Hình 5.4. Ðộ giảm mức ồn giao thơng (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 65
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố Bảng 5.5. Quan hệ giữa S và N (vtb = 40 km/giờ) N 2000 1000 666 500 400 333 285 250 222 200 S 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) Ðộ giảm mức âm theo khoảng cách của dịng giao thơng (nguồn âm dãy) cĩ thể xác định trong trường hợp mặt đất phẳng kb = 1,0 và ở độ cao 1,2 ÷ 1,5 m. Ðường giảm S = 200 m cĩ thể xem là đường giảm của nguồn điểm, cịn đường S = 20 m tương ứng với nguồn âm đường (cường độ dịng xe 2000 xe/giờ). 5.3.2 Lan truyền tiếng ồn trên địa hình cĩ nhà cửa Nhà cửa, tường rào cĩ thể làm giảm đáng kể mức ồn giao thơng do hiệu quả tạo thành “bĩng âm” phía sau nĩ. Các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy độ giảm của mức ồn phụ thuộc: - Ðặc điểm của nguồn âm (nguồn âm điểm, đường hay nguồn dãy) - Vị trí của tường chắn và điểm khảo sát so với nguồn âm - Kích thước tường chắn - Tần số âm thanh Dưới đây là phương pháp tính tốn gần đúng mức ồn sau tường chắn đối với nguồn điểm và nguồn đường: a) Nguồn âm điểm Ðộ giảm ồn sau tường chắn tại điểm khảo sát phụ thuộc tỷ số: 2(a + b − c) n = (5.4) λ trong đĩ a, b, c: các kính thước ứng với hình vẽ (m) λ: bước sĩng âm (m) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 66
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố Hình 5.5. Biểu đồ xác định độ giảm mức ồn sau tường chắn ∆Ltc đối với nguồn âm điểm, tường chắn dài vơ hạn (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) Ví dụ: Hãy xác định độ giảm mức ồn sau một bức tường dài vơ hạn ở các tần số 250 Hz và 500 Hz đối với nguồn âm điểm. Cho biết a = 10,5m; b = 15,5m; c = 25m. Giải: 340 10,5 +15,5 − 25 f = 250 Hz → λ = = 1,36m → n250 = = 1,47 250 1,36 340 10,5 +15,5 − 25 f = 500 Hz → λ = = 0,68m → n500 = = 2,94 500 0,68 Tra biểu đồ 4.5 xác định được mức ồn giảm do tường chắn ∆Ltc: f = 250 Hz → ∆Ltc = 15 dB f = 500 Hz → ∆Ltc = 17,5 dB Như vậy tần số càng cao, mức ồn sau tường chắn càng giảm mạnh. Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 67
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố b) Nguồn âm đường Ðối với nguồn âm đường, chiều dài tường chắn cĩ ảnh hưởng lớn đến độ giảm mức ồn. Sơ đồ tính tốn của trường hợp này giới thiệu trên hình 5.6. Hình 5.6. Sơ đồ tính tốn độ giảm mức ồn sau tường chắn Phương pháp của Scholes W. E và Sargent I. W xác định độ giảm mức ồn như sau: - Xác định độ giảm mức ồn cực đại ∆Lmax phụ thuộc vào δ = (a + b - c) Bảng 5.6. Ðộ giảm mức ồn cực đại sau tường chắn ∆Lmax (dBA) δ = a + b – c (m) 0,005 0,01 0,02 0,04 0,06 0,10 ∆Lmax (dBA) 6 7 8 9 10 11 δ = a + b – c (m) 0,14 0,20 0,28 0,36 0,48 0,63 ∆Lmax (dBA) 12 13 14 15 16 17 δ = a + b – c (m) 0,83 1,0 1,4 1,8 2,4 3,3 6,0 ∆Lmax (dBA) 18 19 20 21 22 23 24 (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 68
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố max - Xác định các độ giảm ∆Lα1, ∆Lα2 theo các gĩc α1, α2 và ∆L . Bảng 5.7. Ðộ giảm mức ồn theo tường chắn ∆Lα (dBA) Gĩc α (o) max ∆L dBA 45 50 55 60 65 70 75 80 85 6 1,2 1,7 2,3 3,0 3,8 4,5 5,1 5,7 6,0 8 1,7 2,3 3,0 4,0 4,8 5,6 6,5 7,4 8,0 10 2,2 2,9 3,8 4,8 5,8 6,8 7,8 9,0 10,0 12 2,4 3,1 4,0 5,1 6,2 7,5 8,8 10,2 11,7 14 2,6 3,4 4,3 5,4 6,7 8,1 9,7 11,3 13,5 16 2,8 3,6 4,5 5,7 7,0 8,6 10,4 12,4 15,0 18 2,9 3,7 4,7 5,9 7,3 9,0 10,8 13,0 16,8 20 3,1 3,9 4,9 6,1 7,6 9,4 11,3 13,7 18,7 22 3,3 4,1 5,1 6,3 7,9 9,8 11,9 14,5 20,7 24 3,5 4,3 5,3 6,5 8,2 10,2 12,6 15,4 22,8 (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) - Xác định trị số hiệu chỉnh H theo hiệu số ∆Lα1 - ∆Lα2 (dBA) với ∆Lα1 > ∆Lα2. Bảng 5.8. Số hiệu chỉnh H vào mức ∆Lα2 (dBA) ∆Lα1 - ∆Lα2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 H (dBA) 0 0,8 1,5 2,0 2,4 2,6 2,8 2,9 3,0 3,0 3,0 3,0 (Nguồn: Âm học kiến trúc - Cơ sở lý thuyết và các giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên) - Mức ồn giảm sau tường chắn xác định theo cơng thức: ∆Ltc = ∆Lα2 + H (dBA) (5.5) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 69
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố Ví dụ: Hãy xác định độ giảm mức ồn tại điểm A sau ngơi nhà làm tường chắn cĩ các o o kích thước sau: a = 10m; b = 14,5m; c = 22,1m; α1 = 45 ; α2 = 60 . Giải: Xác định ∆Lmax: δ = 10 + 14,5 – 22,1 = 2,4 (m) Theo bảng 5.6 ta cĩ ∆Lmax = 22 (dBA) Xác định ∆Lα1 và ∆Lα2 (bảng 5.7) o α1 = 45 → ∆Lα1 = 3,3 o α2 = 60 → ∆Lα2 = 6,3 Xác định số hiệu chỉnh H theo bảng 5.8 ∆Lα1 - ∆Lα2 = 6,3 – 3,3 = 3 (dBA) do đĩ H = 1 (dBA) Mức ồn giảm tại điểm A là: ∆Ltc = 3,3 + 1 = 4,3 (dBA) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 70
Chương 5. Chống tiếng ồn trong thành phố 5.3.3 Lan truyền tiếng ồn qua dãy cây xanh Trên đường lan truyền nếu sĩng âm gặp các dãy cây xanh thì ngồi phần năng lượng âm giảm do khoảng cách, âm thanh cịn bị tiêu hao đáng kể do: - Một phần năng lượng bị phản xạ lại từ hàng cây giống như với tường chắn. - Một phần năng lượng bị hút và khuếch tán trong đám lá cây. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy: - Tác dụng phản xạ như tường chắn cĩ 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, cĩ trị số vào khoảng 0,12 ÷ 0,17 dB/m. Hình 5.7. Sơ đồ lan truyền tiếng ồn qua dãy cây xanh Như vậy độ giảm mức âm thêm ∆Lcx do các dãy cây xanh gây ra cĩ thể xác định theo cơng thức của Meister F. và Ruhrberg W. ∆Lcx = 1,5Z + βΣBi (5.6) trong đĩ Z: số dãy cây xanh Bi: bề rộng mỗi dãy cây xanh β: hệ số hút âm của cây xanh (phụ thuộc tần số âm) Biên soạn: Nguyễn Võ Châu Ngân (MSc. WRE) 71