am hoc CLC sv

Đo lường âm thanh  Khả năng cách âm của kết cấu ngăn che Nguồn âm Môi trường lan truyền Bộ thu nhận SÓNG ÂM sóng cơ – sóng đàn hồi là sự lan truyền dao động các phần tử của môi trường

NỘI DUNG

 Sóng âm trong các môi trường Âm trở.

 Âm hình học:Tia âm, sự nhiễu xạ âm, phản xạ

âm

 Nghiên cứu âm về mặt năng lượng.

Đo lường âm thanh

 Khả năng cách âm của kết cấu ngăn che

Nguồn âm

Môi trường lan truyền

Bộ thu nhận

SÓNG ÂM (sóng cơ – sóng đàn hồi) là sự lan truyền dao động (các phần

tử của môi trường chỉ dao động quanh vị trí cân bằng của nó)trong môi trường

đàn hồi (môi trường chất khí, chất lỏng và chất rắn).

ÂM THANH là sóng âm có biên độ dao động thính giác nhận biết được

(16Hz -sóng hạ âm < f < 20.000Hz - sóng siêu âm).

ÂM HỌC là môn khoa học về âm thanh.

Hệ thống âm thanh đơn giản bao gồm:

Các loại sóng âm thanh

Sóng cầu Sóng phẳng Sóng trụ Sóng dọc Sóng ngang Sóng uốn

Trong không khí, chất lỏng (sóng dọc) Trong chất rắn (sóng dọc, sóng ngang)

Các đặc trưng cơ bản của sóng âm: bước sóng  (m) hoặc tần số f (Hz)

-Vận tốc truyền sóng: quãng đường lan truyền sóng trong 1 đv thời gian (phụ

thuộc vào tính đàn hồi và nhiệt độ của môi trường)

- Bước sóng : khoảng cách gần nhất giữa 2 phần tử có cùng pha dao động

; m (bước sóng âm17 m – 17 mm)

- Chu kỳ dao động T a: thời gian cần thiết để sóng truyền được 1 bước sóng

; s

- Tần số f: số chu kỳ thực hiện được trong giây ; Hz

- Biên độ dao động: độ dời lớn nhất của các phần tử so với vị trí cân bằng

-Trong môi trường đồng nhất và

đẳng hướng thì âm thanh truyền

với vận tốc không đổi.

-Vận tốc lan truyền của sóng âm

trong môi trường không khí:

kém như bông, nhung, xốp…… thì

truyền âm kém > vật liệu cách

Trở kháng âm (Âm trở)

-Là đại lượng đặc trưng cho mức độ cản trở sự truyền sóng âm

trong môi trường.

Z= ρ.c (kg/m2.s)

ρ [kg/m3 ]: Mật độ môi trường c[m/s]: Vận tốc truyền âm trong môi trường

Không khí ở điều kiện tiêu chuẩn và nhiệt độ 20oC: Z=41,5

g/cm2.s

Áp suất âm

v-vận tốc dao động của các phần tử môi trường, cm/s

Âm hình học

-Nghiên cứu tính chất âm thanh

bằng phương pháp tia âm.

-Coi sóng âm truyền đi trong

không gian như những tia bức

xạ, tương tự tia sáng Các véc tơ

âm chỉ hướng truyền âm và

vuông góc với mặt sóng tại mỗi

điểm.

-Áp dụng nhiều trong thiết kế và

có độ chính xác cao ở phạm vi

tần số cao

Các tia âm dưới dạng vector

âm chỉ hướng truyền âm và vuông góc với mặt sóng tại mỗi điểm trên nó:

- Góc tới = góc phản xạ

- Tia tới và tia phản xạ nằm trong cùng mặt phẳng vuông góc với tấm phản xạ.

-Áp dụng: dựng các bản vẽ tia

âm để hình dung trường âm phản xạ trong phòng khán giả.

Sự phản xạ âm phụ thuộc kích thước bề mặt phản xạ

Khi âm thanh tới một bề mặt có kích thước là a, xảy ra các hiện tượng sau:

+ Khi a >> λ (1,5 – 2) lần thì xảy ra hiện tượng phản xạ định hướng Đây là

hiện tượng tốt trong trường âm Người ta lợi dụng hiện tượng này để thiết kế

các âm phản xạ bổ sung cho các điểm xa nguồn âm.

+ Khi a ≈ λ, xảy ra hiện tượng phản xạ khuếch tán Đây cũng là hiện tượng

tốt trong trường âm.

+ Khi a << λ, xảy ra hiện tượng nhiễu xạ âm thanh Đây là hiện tượng xấu

trong trường âm cần loại bỏ Nguyên lý âm hình học chỉ được áp dụng chi a

>> λ.

Kết luận: Bề mặt phòng chỉ cho phản xạ định hướng các sóng âm có

bước sóng nhỏ hơn nhiều lần so với kích thước kết cấu (2-4 lần –

nguồn Ministere de I’environnement et du cadre de vie Moins de bruit dans la ville 1979)

Vì vậy lý thuyết âm hình học là lý thuyết của âm thanh tần số cao

Phương pháp vẽ tia âm phản xạ Đối với bề mặt phản xạ phẳng

Dựng tia phản xạ bằng nguồn âm ảo qua bề

mặt phản xạ

Đối với bề mặt phản xạ cong lõm, cong lồi

Nhiễu xạ âm

NL âm giảm đáng kể -> giảm chất lượng âm thanh

- Cường độ âm nhỏ nhất của 1 sóng âm nào đó đủ để tai người nghe thấy gọi

là “Ngưỡng nghe” Âm có tần số khác nhau  cảm giác mạnh yếu khác nhau

- Tai người nhạy nhất với âm có tần số trong khoảng 1000 – 3000Hz (5000Hz)

Với các tần số khác, tai người kém nhạy hơn.

Cường độ âm Ngưỡng nghe nhỏ nhất là trong khoảng tần số 1000 – 3000 Hz

(5000Hz)

Cường độ âm I

Đối với âm chuẩn  Cường độ và áp suất ở Ngưỡng nghe:

Io = 10-12 W/m2; po= 2.10-5 N/m2

 Cường độ âm lớn nhất tai người có thể chịu được gọi là “Ngưỡng đau”.

Đối với âm chuẩn  Cường độ và áp suất ở Ngưỡng đau:

Io = 1 W/m2; po = 2.10 N/m2

Cảm giác nghe to đối với một âm không tỷ lệ thuận với cường độ và áp suất của

âm đó

- Khi cường độ âm tăng từ I o tới I thì cảm giác nghe to tăng tỷ lệ với

Dựa thep phép gần đúng bậc nhất của phản ứng thính giác  lập ra 1

thang logarit để đo mức mạnh yếu của âm thanh: MỨC ÂM

Mức âm.

 Mức âm (L): là đơn vị đánh giá âm thanh theo thang logarit

(cơ số 10) của tỷ số giữa áp suất hoặc cường độ âm cần đo với

áp suất và cường độ âm lấy làm chuẩn

 Logarit của tỉ số I/Io được đặt tên là Ben (B) nhưng vì đây là đơn

Mức õm của một số nguồn thường gặp

Mức ỏp suất õm Mức cường độ õm

- Giới hạn cực hạn mà con ngời có thể

chịu đợc đối với tiếng ồn

- Đau chói tai, nguyên nhân gây bệnh

mất trí, điên

- Gây bệnh thần kinh và nôn mửa, làm

yếu xúc giác và cơ bắp

-Ngưỡi đau tai Động cơ mỏy bay

-Tiếng cũi tầu, tàu hỏa chạy qua ga

-Trong toa tàu điện ngầm, ga tàu hỏa

- Xưởng cơ khớ, phũng mỏy quạt giú

trong cỏc phũng kỹ thuật

- Xưởng in Giao thụng đụng đỳc Siờu

thị

- Nhà hỏt Trụ sở ồn

-Tiếng núi bỡnh thường Trong nhà

hàng, cơ quan, hành lang

Năng lượng âm khi âm lan truyền ngoài trời

 Đặc điểm chung

 Phép cộng mức âm – Mức âm tổng cộng

 Tính toán độ suy giảm mức âm theo khoảng cách

Năng lượng âm khi âm lan truyền trong phòng kín

 Hiện tượng phản xạ, xuyên qua và hút âm

Trường âm trong phòng kín

 Hệ số hút âm và lượng hút âm, thời gian âm vang

Đặc điểm:

-Sóng truyền ở ngoài trời là sóng chạy: chỉ lan truyền đi mà không quay trở lại do

không gian ngoài trời là trống trải;

- Truyền âm ngoài trời chịu ảnh hưởng của thời tiết: gió, phân bố nhiệt độ theo

chiều cao từ mặt đất;

- Chịu ảnh hưởng của hút âm bề mặt đất;

- Truyền âm có thể gặp chướng ngại vật như nhà cửa, tường chắn, hàng cây;

Năng lượng âm ngoài trời

Tính toán độ suy giảm năng lượng âm theo khoảng cách

- Càng ra xa nguồn âm, năng

lượng chia nhiều cho các phân tử

không khí

- Do sự hút âm của không khí

(ma sát)

Tính độ suy giảm mức âm ∆L (dB)

Nguồn âm điểm

+ Cường độ âm: định luật giảm tỉ lệ

nghịch với bình phương khoảng cách:

mỗi khi khoảng cách tăng lên gấp đôi,

cường độ âm giảm đi bốn lần

Ir= P/ 4π r2

Trong đó:

I: cường độ âm;

P: công suất nguồn (W);

r: khoảng cách tới nguồn âm (m)

+ Mức âm tại khoảng cách r:

Lr= Lp– 20 lgr – 11 (dB)

Nguồn âm điểm

Mức âm chênh lệch tại các khoảng cách:

ΔL = L1– L2= 20 lg r2/ r1(dB)

Nhận xét: khi khoảng cách tăng lên gấp đôi, mức âm giảm đi 6

dB

Trường hợp tổng quát: nguồn âm điểm có tính định hướng Q (

Q là tỷ số giữa cường độ âm theo hướng khảo sát và cường độ

trung bình đối với mọi hướng ở cùng khoảng cách) bức xạ năng

lượng P (W) vào một góc khối Ω, cường độ âm ở khoảng cách r:

Lr = Lp + 10lgQ - 20lgr – 10 lg Ω (dB)

Nguồn âm đường

+ Quan hệ giữa cường độ và khoảng cách: độ giảm cường độ

âm từ khoảng cách r1(I1) đến khoảng cách r2 (I2) theo quan hệ:

I1/I2= r2/r1+ Độ chênh lệch mức âm:

ΔL = 10 lg r2/ r1(dB)

Nhận xét: khi khoảng cách tăng lên gấp đôi, mức âm giảm đi 3

dB.

Bài tập

Trên một phương truyền âm, mức âm tại điểm A là 60 dB, tại

điểm B là 40 dB Tính mức âm tại trung điểm của AB Biết đây

Sự hút âm của không khí

Phụ thuộc:

-Tần số âm;

- Nhiệt độ, độ ẩm không khí;

Xác định theo độ giảm mức âm

trên mỗi m chiều dài truyền âm

1250 800

-Bài tập

Mức áp suất âm tại các tần số theo dải 1/3 octa đo được cho trong bảng

dưới.

Hãy xác định mức âm theo dải 1 octa và thể hiện cả hai trường hợp trên

biểu đồ mức âm theo dải tần số trên cùng một hình vẽ.

Nhận xét sự khác nhau giữa hai đường biểu diễn.

- Xác định mức âm theo thang A (dB, A) khi biết phổ âm thanh

+ B1: Hiệu chỉnh các trị số đo về thang A (bảng 1.6, tr.39);

+ B2: Cộng mức âm ở tất cả các dải tần số theo phương pháp tổng

Hiện tượng phản xạ, xuyên qua và hút âm

1- Âm tới (incident sound) 2- Âm phản xạ (reflected sound) 3- Âm bị hút (absorbed sound) 4- Âm truyền qua (transmitted sound)

- Hệ số hút âm : đặc trưng cho khả năng

hút âm của vật liệu, phụ thuộc tần số góc

tới của sóng âm, chiều dày các lớp vật liệu

α = Ih/ It

- Hệ số phản xạ âm :

β = Ip/ It

 α + β = 1 (100%)

Trường âm trong phòng kín:trường âm trực tiếp, trường âm phản xạ

Lan truyền âm trong phòng

Năng lượng âm trực tiếp tới điểm khảo sát: I1= P/4r2

Năng lượng âm sau 1 lần phản xạ: I2= P.4(1-)/S 

P- công suất nguồn âmr- khoảng cách từ nguồn âmđến điểm khảo sát

- hệ số hút âm của bề mặtphản xạ

Năng lượng âm tổng cộng tại điểm khảo sát

I= I1+ I2= P/4r2 +P.4(1-)/S 

Mức âm tổng cộng tại điểm khảo sát

Lr= Lp+ 10lg ( 1/4 π r2+ 4(1-)/ / S )

-Trường âm phản xạ: khi r đủ lớn, mức âm trong phòng không phụ

thuộc khoảng cách và bắt đầu từ khoảng cách đó, mức âm trong

phòng được coi là cố định: Lpx= Lp+ 10lg 4(1-)/ / S 

- Trường âm trực tiếp: khi người nghe ở gần nguồn âm

Ltt= Lp + 10lg 1/4 π r2

- Khoảng cách giới hạn: khoảng cách chuyển tiếp từ trường âm

trực tiếp sang trường âm phản xạ xác định theo biểu đồ hình 1.42

Lượng hút âm tương đương của một bề mặt A (m2) được tính:

A: Absorption surface

α: Hệ số hút âm của vật liệu, phụ thuộc góc tới (góc tới vuông góc hút âm lớn nhất) tuy

nhiên âm đến bề mặt theo mọi hướng nên hệ số hút âm thường tính là hệ số trung bình theo mọi hướng,

mỗi một vật liệu có hệ số hút âm khác nhau với những tần số khác nhau

VD: Mặt trần có α = 0,4 và S = 120m2 , lượng hút âm tương đương

của trần là: A = 0,4x120 = 48 (m2) khả năng hút âm của trần tương

Các bề mặt cố định trong phòng: Trần, tường, sàn, cửa kính/ gỗ….

Lượng hút âm tương đương:

Lượng hút âm của 1 phòng A (m2) có người:

Hãy tính tổng lượng hút âm của phòng trong các trạng thái sau:

a) Khi phòng trống, không có người ngồi ghế

b) Khi phòng có đầy đủ người ngồi trên tất cả các ghế

c) Khi phòng có 50 ghế trống

Quá trình thu nhận âm thanh trong phòng:

GĐ 1- năng lượng âm tăng do có thêm các phản xạ cho âm trực tiếp

GĐ 2- NL ổn định do cân bằng giữa NL âm bị hút và NL âm do nguồn

phát ra

GĐ 3- NL âm giảm dần khi tắt nguồn âm

Thời gian âm vang

Thời gian âm vang (reverberation): là thời gian cần thiết để năng

lượng trong quá trình tắt dần tự do trong phòng giảm được 106 (1

triệu lần) so với trị số ban đầu Tương đương với độ giảm này của NL,

Thời gian âm vang đóng vai trò quan trọng đến CL âm thanh: (bản chất vật lý, bản chất sinh lý)

Thời gian âm vang phụ thuộc thể tích (V), tổng lượng hút âm phòng

(αtb) tần số âm và vị trí nguồn âm

- Khi phòng hút âm ít (αtb ≤ 0,2) dùng CT Sabine

- Khi phòng hút âm nhiều (αtb > 0,2) dùng CT Eyring

- Kết quả càng chính xác khi trường âm trong phòng khuếch tán càng

Độ ẩm không khí % Lượng hút âm n/m 3 theo tần số

Một giảng đường có kích thước 21 x 15 x 4,2 m, bên trong bố trí 60 bộ

bàn ghế đôi Giả thiết ở tần số 500 Hz, lượng hút âm tương đương

mỗi bộ bàn ghế là 0,15 m2, của mỗi sinh viên và sách vở khi ngồi ghế là

0,41 m2 Sử dụng công thức Sabine để thực hiện các yêu cầu sau:

a, Tính lượng hút âm yêu cầu (khi không có sinh viên), lượng hút âm

cố định yêu cầu của giảng đường và thời gian âm vang khi sinh viên dự

học đầy đủ;

b, Tính thời gian âm vang của phòng khi số sinh viên dự học là 75%

Đo âm thanh

 Máy đo âm thanh

 Đo mức âm tổng cộng Hiệu chỉnh mức

âm

ĐO MỨC ÂM TỔNG CỘNG

• 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 có sự khác nhau cơ bản giữa máy đo và tai người

- Máy đo, microphone có độ nhạy đồng đều với mọi tần số âm thanh

-Tai người thu nhận áp suất âm và chuyển đổi thành tác động thần kinh mạnh

hay yếu còn phụ thuộc tần số của nó

• Tai người là một bộ máy chủ quan, cảm nhận âm thanh mà tai người thu nhận

được đánh giá to hay nhỏ theo đơn vị phôn

Để chuyển đổi một cách gần đúng các kết quả đo khách quan của máy về cảm giác

chủ quan của tai người, cần thêm vào máy các mạch hiệu chỉnh tương ứng với

các đường đồng mức to gần mức tham khảo nhất Tuy nhiên công việc này rất

phức tạp

Để đơn giản người ta chia các đường đồng mức to thành ba vùng và xác định

một đường trung bình cho những vùng đó

•Vùng A: các đường đồng mức to từ 0 - 40 dB (tần số 1000 Hz)

•Vùng B: các đường đồng mức to từ 40 - 70 dB (tần số 1000 Hz)

•Vùng C: các đường đồng mức to trên 70 dB (tần số 1000 Hz)

Trong thực tế người ta sử dụng đo mức âm tương đương theo đặc tính

A ký hiệu là dB,A là mức hiệu chỉnh cao nhất để có kết quả gần đúng với

cảm giác của tai người

CHƯƠNG 2 Môi trường âm thanh

Mức âm hiệu chỉnh A, B, C

2.4 Đo âm thanh

BT tai lop

Tìm mức âm tại 1 điểm gần ray do 1 đoàn tàu gây ra nếu

biết mức âm khi chưa có tàu chạy qua là 70 dBAvà mức âm

khi tàu chạy qua là 95 dBA?

Các loại âm thanh / tiếng ồn trong nhà: Âm không khí, Âm va chạm,

(impact sound): âm sinh ra do có tác động trực

tiếp lên kết cấu, thường năng lượng được phân

bố trên diện tích nhỏ nên âm va chạm có cường

độ lớn hơn nhiều so với âm không khí

Đánh giá cách âm không khí:

W4 : năng lượng âm truyền qua

W1 : năng lượng âm tới

R , khả năng cách âm càng tốt.

VD: R = 40, =?

t: năng lg âm truyền qua, i: năng lượng âm tới

Đánh giá cách âm không khí:

Phòng 1: nguồn âm là tiếng ồn trắng hoặc hồng Phòng 2: phòng đo cách âm

Khả năng cách âm được xác

Đánh giá cách âm va chạm: tiếng ồn va chạm ( 264)

- Phòng có nguồn ồn: sử dụng máy 5 búa,

1 giây cho 10 va chạm tiêu chuẩn

(standard tapping machine theo ISO 140)

- Mức âm đo được ở phòng cách âm đượchiệu chỉnh về một phòng có lượng hút âmchuẩn là 10m2 và được gọi là mức âm vachạm chuẩn dưới sàn (normalized impactsound level)

- Quy định các đường tiêu chuẩn cách âm là đường đặc tính tần số R hoặc Lc

trong phạm vi tần số 100-3200 theo dải 1/3 octave.

- Sử dụng các đường tiêu chuẩn này để tính chỉ số cách âm không khí CK

Kết cấu cách âm tốt khi có CK lớn hoặc CV nhỏ

Phương pháp tiêu chuẩn cách âm (TCXDVN277: 2002)

Miền xấu

Quy định các đường tiêu chuẩn cách âm là đường đặc tính tần số R hoặc Lctrong

phạm vi f = 100~3200 Hz theo dải 1/3 octave

Sử dụng các đường tiêu chuẩn này để tính chỉ số cách âm không khí CK hoặc

chỉ số cách âm va chạm CV

Miền xấu

đường tiêu chuẩn cách âm

Tiêu chuẩn cách âm TCXDVN 277:2002

PP tiêu chuẩn xác định chỉ số cách âm

- So sánh đường đặc tính tần số R

của kết cấu với đường tiêu chuẩn

Rtc

- Xác định các sai số xấu giữa

đường R của kết cấu và đường

tiêu chuẩn Rtc(chỉ tính sai số

thuộc miền xấu: sai số nằm dưới

đường tiêu chuẩn)

- Tính tổng các sai số xấu ∑ ϭi

- So sánh đường đặc tính tần số Lccủa kết cấu với đường tiêu chuẩn

Lctc

- Xác định các sai số xấu giữađường Lccủa kết cấu và đườngtiêu chuẩn Lctc(chỉ tính sai số

thuộc miền xấu: sai số nằm trên

đường tiêu chuẩn)

Tính chỉ số cách âm không khí Tính chỉ số cách âm va chạm

Phương pháp tiêu chuẩn xác định chỉ số cách âm

Xác định chỉ số cách âm CK / CV của kết cấu

 Nếu ∑ Iϭ i I ≤ 32 và gần 32 dB

thì CK = 52 dB (Rtc ở f = 500Hz)

hoặc CV = 65 dB (Lctcở f = 500Hz)

 Nếu ∑ IϭiI > 32 thì

Tịnh tiến số nguyên lần dB đường

R’ (hoặc L’c) sao cho tổng sai số

xấu mới Iϭ i I là lớn nhất và gần với

32 dB nhất

Khi đó

CK = giá trị Rtc tịnh tiến ở f=500Hz

CV = giá trị Lctctịnh tiến ở f=500Hz

Kết cấu cách âm tốt khi có CK lớn hoặc CV nhỏ

• Chất lượng cách âm của các kết cấu được đánh giá bằng chỉ số cách âm CK,

CV

khi đánh giá CAKK của sàn và tường → CK, dB;

khi đánh giá CAVC của sàn → CV, dB

1 Kết cấu có yêu cầu cách âm cao : tường, sàn của

trong nhà văn hóa, hành chính, văn phòng, bệnh

viện, nhà ở, khách sạn …

2 Kết cấu có yêu cầu cách âm trung bình: tường,

sàn giữa các căn hộ chung cư, giữa các phòng làm

việc trong nhà hành chính, bệnh viện, trường học (

tường)…

3 Kết cấu có yêu cầu cách âm thấp: 45 66

Tiêu chuẩn cách âm Việt Nam