2. CHUONG 2 LAN TRUYỀN ÂM THANH TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG

* Sự tắt dần âm thanh trong không khíKhi âm thanh làn truyền trong không khí, năng lượng âm giảm dần theo khoảng cách xa dần nguồn âm và xảy ra hiện tượng tắt dần của âm thanh.. Hiện tượ

Trang 1

CHƯƠNG 2: LAN TRUYỀN ÂM THANH

TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG

KS Nguyễn Trần Ngọc Phương

1

Trang 2

2.1 Lan truyền âm thanh ngoài trời

Khi phân tích sự lan truyền âm thanh ngoài trời, có ba vùng khí quyển nên lưu ý:

Trang 3

* Vùng tự do và Viễn trường

 Vùng tự do là vùng sóng có thể lan truyền thoải mái không gặp vật cản

 Tính chất để nhận dạng viễn trường khoảng cách giữa nguồn âm

và nguồn tiếp nhận phải lớn hơn nhiều kích thước lớn nhất của nguồn âm và bước sóng

 Một đặc tính chung của vùng tự do và viễn trường là mức áp suất

âm sẽ giảm 6dB mỗi khi khoảng cách nguồn tăng gấp đôi

3

Trang 4

* Đặc điểm của sự lan truyền âm thanh ngoài trời

 Không gian ngoài trời là trống trải, vì vậy sóng âm chỉ lan truyền

mà không có sóng trở lại Sóng âm như vậy gọi là sóng chạy

 Sự truyền âm chịu ảnh hưởng của thời tiết như gió, sự 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 có thể gặp chướng ngại vật như nhà cửa,

Trang 5

* Sự tắt dần âm thanh trong không khí

Khi âm thanh làn truyền trong không khí, năng lượng âm giảm dần theo khoảng cách xa dần nguồn âm và xảy ra hiện tượng tắt dần của âm thanh Hiện tượng này là do các 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 môi trường càng lớn.

 Sự hút âm của không khí (sự hút âm nguyên tử): giảm năng lượng âm do ma sát của các phần tử môi trường khi thực hiện dao động.

5

Trang 6

* Sự định hướng âm thanh

Một nguồn âm ít khi phát ra áp suất âm ở tất cả mọi hướng Âm hướng thay đổi theo không gian ba chiều và theo tần số.

Hình: Sơ đồ lan truyền âm thành ngoài trời

nguồn gần mặt đất

6

Trang 7

SỰ GIẢM NĂNG LƯỢNG THEO KHOẢNG CÁCH

 Trường hợp nguồn âm là nguồn điểm

Nếu một nguồn âm điểm có công suất P (W) bức xạ sóng cầu, ở một điểm cách nguồn âm một khoảng r (m), cường độ âm được tính theo công thức:

2

4

r

P I

7

Trang 8

8

Trang 9

Độ chênh lệch mức âm (Delta L )tại các điểm cách nguồn âm các khoảng cách r1 và r2 (với r2 > r1) được xác định theo công thức

mỗi khi khoảng cách tăng 2 lần mức âm sẽ giảm 6 dB

Ví dụ ở một vị trí cách nguồn âm một khoảng 50 m, mức âm

Trang 10

 Trường hợp nguồn âm là nguồn đường

Với nguồn âm đường (bức xạ sóng trụ), độ giảm cường độ âm từ khoảng cách r1 (I1) đến khoảng cách r2 (I2) theo quan hệ

1

2 2

1

r

r I

âm sẽ là 89 dBA.

10

Trang 11

SỰ HÚT ÂM CỦA KHÔNG KHÍ

Sự hút âm của KK ở 20oC và độ ẩm tuyệt đối

11

Trang 12

Sự hút âm của không khí phụ thuộc vào:

 Tần số âm

 Nhiệt độ và độ ẩm của không khí

Ví dụ: Xác định độ giảm mức âm của một nguồn điểm phát

sóng cầu từ khoảng cách nguồn âm đến khoảng cách 50m ở ngoài trời có độ ẩm là 80% tại các tần số 1000Hz và 2000Hz

Độ giảm mức âm tổng cộng ở khoảng cách 50m so với khoảng cách 1m

Tần số 1000 Hz: ∆ L = ∆ L1 + ∆ L2 = 34,07 dB Tần số 2000 Hz: ∆ L = ∆ L1 + ∆ L2 = 34,275 dB

12

Trang 13

* Xác định mức âm của nhiều nguồn

Mức âm tại một điểm trong không gian có thể do nhiều nguồn

âm truyền tới Khi đó, mức âm tại điểm khảo sát là mức âm tổng cộng của các mức thành phần (không xét đến sự lệch pha của các mức truyền tới)

13

Trang 14

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

14

Trang 15

+ Nếu L1 > L2, nghĩa là I1 > I2 Chọn a (a < 1) là hệ số biểu thị độ chênh lệch giữa I1 và I2 khi đó I2 = aI1 Do đó:

Trang 16

a L1 L2 = 10.lga

(dB) ∆L = 10.lg (1+a)

(dB)

10,80,7

01,01,6

3,02,62,30,6

0,50,4

2,23,04,0

2,01,81,50,3

0,20,1

5,27,010,0

1,10,80,4

Mức âm phụ thuộc vào hiệu L1 – L2

16

Trang 17

17

Trang 18

→ ∆L123 = 0,8 dB

→ L123 = 86,8 + 0,8 = 87,6 dBL123 - L4 = 87,6 - 78 = 9,4 dB

Trang 19

 ***Ảnh hưởng của các điều kiện khí tượng đến truyền âm

 Ảnh hưởng của gió

Gió làm ảnh hưởng đến gradien vận tốc của sóng âm, do đó làm thay đổi mặt sóng âm thanh

Ở gần ở mặt đất vận tốc gió nhỏ, khi độ cao tăng lên vận tốc cũng tăng lên, làm cho các tia âm có xu hướng uốn xuống mặt đất theo chiều gió và uốn lên cao theo chiều ngược hướng gió tạo thành bóng âm

Gió làm thay đổi mức âm theo các hướng khác nhau, tùy theo vận tốc gió, mức âm thuận theo chiều gió có thể lớn gấp 2

– 3 lần theo chiều ngược gió

19

Trang 20

 Với những điều kiện ổn định, vận tốc gió thường được diễn tả như sau

Phương trình diễn tả sự thay đổi của vận tốc âm thanh theo

độ theo chiều cao

Sự biến thiên vận tốc theo chiều cao

20

Trang 21

Tác động của gradien gió

Hướng gió

21

Hướng gió

Trang 22

22

Sự hình thành bóng âm ở âm thanh có tần số cao (a)

và tần số thấp (b)

Trang 23

Tác động của gradien nhiệt độ

Khi chỉ có gradient nhiệt độ hệ sóng và bóng âm đối xứng quanh nguồn

âm

23

Trang 24

Tác động của gradien nhiệt độ và gió

24

Trang 25

Khi có nhiệt độ giảm theo chiều cao nhiệt độ

Khi có cả ảnh hưởng của gió và nhiệt độ

25

Trang 26

 ***Ảnh hưởng của tường chắn đến truyền âm

Ảnh hưởng bởi nguồn âm

26

Trang 27

 Đặt một tường chắn giữa nguồn âm đáng kể.

 Sự giảm âm do tường chắn cho nguồn đường và nguồn điểm phụ thuộc vào hàm số Fresnel

Xác định khả năng làm giảm tiếng ồn của tấm chắn bằng cách tra đồ thị dựa vào N

27

Trang 28

1 Một xa lộ nằm cách 18m đặt trước bức tường cao 2,5m Xác định mức âm giảm được ở tần số trung tâm là 1500Hz tại nguồn tiếp nhận cách tường 10m, 20m cho trường hợp một

xe và cả đoàn xe Chiều cao của nguồn phát là 0,5m, nguồn tiếp nhận là 1,5m

Áp dụng

28

Trang 29

2 Một tường chắn bê tông dày 100mm, được xây xung quanh trạm biến thế Chiều cao tường chắn là 2,5m đặt cách máy biến thế là 10m, nguồn tiếp nhận đặt cách máy là 30m Hệ số định hướng của trạm biến thế là Q=1 Mức công suất âm và tổn thất

âm thanh qua tường chắn ở phổ tần số cho trong bảng sau:

Tần số, Hz 125 250 500 1000 2000 4000

a Xác định áp suất âm (L) tương ứng tại nguồn tiếp nhận – R - với dãy tần số đã cho khi có tường và không có tường chắn

b Xác định mức áp suất âm theo thang A tại nguồn tiếp nhận

29

Trang 30

- Có tường: LR (ΔLtc  tra bảng), Tính N =?

- Không tường: Lw-ΔLkc

30

Trang 31

Độ giảm mức âm do cây xanh gây ra được xác định bằng công thức Meister F và Ruhrberg W (Đức)

Hệ số hút âm của cây xanh, dB/m

31

Trang 32

 ***Ảnh hưởng của cây xanh đến truyền âm

Khi trên đường lan truyền sóng âm gặp các dãy cây xanh ngoài phần năng lượng âm giảm do khoảng cách và hút âm của không khí năng lượng âm thanh còn bị tiêu hao do:

 Một phần năng lượng bị phản xạ trở lại từ hàng cây Một phần năng lượng bị hút và khuếch tán trong đám cây Tác dụng phản xạ như tường chắn có thể làm giảm mức âm 1,5dB mỗi khi gặp một dãy cây xanh

 Khả năng hút âm và khuếch tán âm thanh của cây xanh phụ thuộc vào loại cây với mức độ rậm rạp của lá, khoảng 0,12 –0,17dB/m

32

Trang 33

2.2 Lan truyền âm thanh trong môi trường kín

Chú ý:

 Hình dạng của khu vực bên trong

 Đặc tính phản xạ và hấp thụ âm thanh của các bề mặt

 Trong trường hợp của những khu vực rộng lớn thì tác dụng của

sự hấp thụ âm thanh do sự tương tác của sóng âm với không khí tạo nên

33

Trang 34

***Hệ số hút âm

Khi âm thanh lan truyền trong phòng kín tới gặp một bề mặt kết cấu sẽ xảy ra các hiện tương

 Một phần năng lượng âm sẽ phản xạ trở lại vào phòng

 Một phần năng lượng âm sẽ truyền qua kết cấu

 Một phần bị tiêu tán trong vật liệu kết cấu

Khi α min  không có âm thanh truyền qua

34

Trang 35

***Lượng âm bị hút

 Khảnănghútâmcủamộtbềmặtcódiệntích S bằnglượngâmhúttươngđương

 Khitrongphòngkhôngcóvậtdụng, có i bềmặtkhácnhau, mỗibềmặtcóhệsốαkhácnhauứngvới S tươngứng, thì A ()– lượngâmhútđượcxácđịnh

Trang 36

*** Trường âm trực tiếp

 Lệ thuộc vào nguồn âm và khoảng cách, không chịu ảnh hưởng bởi kích thước và đặc tính phản dội của phòng

 Năng lượng âm trực tiếp có thể xác định như khi truyền âm

ở ngoài trời

Tính định hướng

36

Trang 37

Trong trường vang dội

Trong trường trực tiếp

Khi xét tính định hướng

37

Trang 38

Một phòng 4,6m x 9,2m x 3m với một nguồn âm 10µw đặt tại giữa góc dưới của bức tường 4,6m

Các hệ số hấp thụ của phòng là:

+ tường at = 0,02, + sàn as = 0,1,

+ trần atr = 0,02.

Hãy tìm mức áp suất âm thanh ở giữa phòng và đánh giá mức

âm thanh trực tiếp.

LR =?

LR –TT =?

38

Trang 39

Áp dụng

Hãy tính các hệ số truyền qua và phản dội đối với các sóng

phẳng trong không khí đi thẳng góc đến mặt nước Trở kháng đặc trưng của không khí là Z1 = 415kg/m2.s và của nước là Z2 = 1,48.106 kg/m2.s.

39

Trang 40

2.3 Các hiện tượng truyền âm

Truyền âm giữa hai môi trường

- Hệ số âm năng truyền qua

- Hệ số âm năng phản dội

40

Trang 41

Trường hợp tia tới lệch góc với bề mặt phân giới

Hệ số âm năng phản dội sẽ là

Định dạng
Số trang	41
Dung lượng	2,17 MB