TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ TIẾNG
ỒN, ĐỘ RUNG
TP.HCM, 09/2009
Nguyễn Chí Hiếu

03/9/2009

1

PHẦN I: KỸ THUẬT CHỐNG ỒN

PHẦN II: KỸ THUẬT CHỐNG RUNG

1


TÀI LIỆU THAM KHẢO
STT

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1

TS. Nguyễn Hải, Âm học và kiểm tra tiếng ồn, NXB Giáo dục -1997

2

PGS – TS Phạm Đức Nguyên, Âm học kiến trúc, NXB Khoa học Kỹ thuật - 2008

3

Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, Giáo trình vật lý kiến trúc

4

Noise Effect Handbook, Office of Scientific Assistant Office of Noise Abatement and
Control, USEPA, Oct 1979, Revised in Jul 1981.

5

Noise an vibration Control engineering, Edited by Leo L. Beranek and István L. Vér.

ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC
KIỂM TRA : 30%
THI CUỐI KỲ : 70%

2


PHẦN I: KỸ THUẬT CHỐNG ỒN
CHƯƠNG 1: ĐẶC TÍNH VẬT LÝ CỦA ÂM THANH
CHƯƠNG 2: LAN TRUYỀN ÂM THANH TRONG
CÁC MÔI TRƯỜNG
CHƯƠNG 3: TIẾNG ỒN VÀ CON NGƯỜI
CHƯƠNG 4: VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU HÚT ÂM
CHƯƠNG 5: CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ỒN

CHƯƠNG 1: ĐẶC TÍNH VẬT LÝ

CỦA ÂM THANH
1.1. Bản chất vật lý của âm thanh

1.2. Các đặc trưng sinh lý của âm thanh

11/2/2008

6

3


1.1. Bản chất vật lý của Âm thanh
1.1.1. Sóng âm
Về mặt vật lý âm thanh chính là dao động của sóng
âm trong môi trường đàn hồi sinh ra khi có các vật
thể dao động được gọi là nguồn âm.
Bản chất của nguồn âm là kích thích sự dao động của
các phần tử kế cận nó nên âm thanh chỉ lan truyền
trong môi trường đàn hồi.
Môi trường đàn hồi: là những môi trường liên tục
gồm những phần tử liên kết chặt chẽ với nhau, lúc
bình thường mỗi phần tử có 1 vị trí cân bằng bền

1.1. 1. Sóng âm
Phân loại phương dao động
Sóng dọc xảy ra trong môi trường chất lỏng, khí.
Sóng ngang xảy ra trong môi trường rắn.
Dạng mặt sóng: Mặt sóng là mặt chứa những điểm
(phân tử) có cùng trạng thái dao động tại một thời điểm

nào đó

Theo đặc điểm của nguồn
Sóng cầu
Sóng phẳng
Sóng trụ
Sóng uốn

4


1.1. 1. Sóng âm
Sóng cầu
Có bề mặt sóng hình cầu đồng tâm.
Xuất hiện khi kích thước nguồn âm
nhỏ hơn nhiều so với khoảng cách giữa
nơi phát và nguồn thu
Sóng phẳng
Xuất hiện trong các ống tròn đều và chỉ
ở những tần số nhất định.
Giữ được biên độ sóng bất biến

1.1. 1. Sóng âm
Sóng trụ
Đặc trưng bởi mặt sóng
hình trụ. Loại sóng này
hiện hữu với những nguồn
âm tạo ra hình cầu như
một ống dài.
Sóng uốn

Lan truyền trong các bản mỏng
Vd: Kết cấu tường

5


1.1. 1. Sóng âm
1.1.1.2. Các đại lượng đặc trưng của sóng âm
Tần số: Số dao động của các phân tử thực hiện trong một 1
đơn vị thời gian
Kí hiệu: f
Đơn vị: (Hz)

f ( Hz ) =

c

λ

Tai người cảm thụ được những âm thanh có tần số từ 16
đến 20.000 Hz.

1.1.1. Sóng âm
1.1.1.2. Các đại lượng đặc trưng của sóng âm

Chu kỳ: Là số thời gian tính bằng giây để hoàn thành 1dao
động
1
T (s) =
Kí hiệu: T

f
Đơn vị: giây (s)
Bước sóng: Là khoảng cách ngắn nhất giữa 2 điểm có cùng pha
dao động.
c
λ = = c.T
Kí hiệu: λ
f
Đơn vị: m
Tại người cảm thụ được âm thanh có bước sóng λ = 1,7cm ÷20m

6


1.1.1. Sóng âm
Vận tốc truyền sóng âm
Là đặc trưng quan trọng của quá trình truyền âm.
Kí hiệu: c
Đơn vị: m/s
Vận tốc truyền sóng âm phụ thuộc vào môi trường &
dạng của sóng âm lan truyền trong đó.
Vận tốc âm thanh đi trong không khí:

c = 20,05 KT , m / s

c = 331,5 + 0.61t, m/s

7



1.1.2. Các đơn vị đo âm thanh theo hệ thập phân
Công suất của nguồn âm
Công suất của nguồn âm là tổng số năng lượng do nguồn bức xạ
vào không gian trong 1 đơn vị thời gian.
Kí hiệu: W
Đơn vị: Watt (W)
Cường độ âm
Là số năng lượng âm trung bình đi qua 1 đơn vị diện tích đặt
vuông góc với phương truyền trong đơn vị thời gian.
Kí hiệu: I
Đơn vị: W/m2

Ir =

I
4πr 2

1.1.2. Các đơn vị đo âm thanh theo hệ thập phân
Áp suất âm:
Áp suất ở đây là áp suất dư do sóng âm gây ra ngoài áp suất khí
quyển.
Kí hiệu: P
Đơn vị: N/m2
Đối với sóng phẳng

I=

p

2


ρ 0 c0

Âm trở của trường âm
Kí hiệu: Z
Công thức tính:
Z = ρ.C
Đơn vị: kg/m2.s

8


1.1.2. Các đơn vị đo âm thanh theo hệ thập phân
Mật độ năng lượng âm:
Là số năng lượng âm chứa trong 1 đơn vị thể tích của môi
trường.
Kí hiệu: E
Đơn vị: J/m3
Trong sóng âm chạy (chỉ truyền đi không có phản xạ trở lại) thì:
E=

I
P2
= 2
C SC

Mật độ năng lượng âm là một đại lượng vô hướng và là 1 đặc
trưng rất quan trọng trong trường âm khi hướng của sóng âm
không biết.


1.1.3. Các đơn vị đo âm thanh theo thang lôgarít
Mức công suất âm thanh
Là tỷ lệ của năng suất âm thanh đối với năng suất tham khảo
Kí hiệu: Lw
Đơn vị: dB

W
L w = 10 lg 
 Wo


, dB


Mức cường độ âm
Cảm giác nghe to của tai người đối với 1 âm không tỷ lệ thuận
với cường độ của âm đó.
Kí hiệu: LI
Đơn vị: dB

I
LI = 10 lg 
I 0


, dB


9



1.1.3. Các đơn vị đo âm thanh theo thang lôgarít
Mức áp suất âm
Thông thường thì một máy đo mức âm thường dùng để đo áp
suất âm thanh
p
L p = 20 lg (dB )
Kí hiệu: Lp
p0
Đơn vị: dB
Mức mật độ năng lượng âm
Kí hiệu: LE
Đơn vị: dB
L E = 10 lg

E
(dB )
E0

10


1.2. Các đặc trưng sinh lý của âm thanh
Tai người

Là bộ máy thu nhận âm thanh rất
phức tạp, tinh vi và hoàn thiện.
Cơ quan thu nhận âm thanh gồm
tai và não bộ.
Gồm tai ngoài, tai giữa, tai trong

Tai ngoài làm nhiệm vụ thu nhận và hướng sóng âm đến màng
nhĩ.
Tai giữa: truyền sóng từ tai ngoài vào tai trong và biến đổi theo
mức âm thanh độ cứng của màng nhĩ.
Tai trong làm nhiệm vụ biến đổi các dao động cơ học của âm
thanh thành các tín hiệu điện để gửi về não bộ.

1.2. Các đặc trưng sinh lý của âm thanh
Đặc điểm thu nhận âm thanh của tai người

11


Phạm vi nghe âm thanh
Độ nhạy cao nhất của tai nằm ở phạm vi tần số từ 1000 –
5000Hz và giảm dần ở các tần số thấp.
Ngưỡng nghe: Các trị số mức âm nhỏ nhất theo tần số mà
tai người bắt đầu nghe được.
Ngưỡng đau tai: Các trị số lớn nhất mà tai người thu nhận
được.

Độ cao của âm thanh
Cảm giác âm thanh cao hay thấp, thanh hay trầm do tần
số quyết định.
Tần số càng cao, âm càng thanh.
Tần số càng nhỏ, âm nghe càng thấp, càng trầm.
Theo cảm giác độ cao của tai người chia làm ba phạm vi tần
số
Tần số thấp từ 16 - 355 Hz
Tần số trung bình 355Hz – 1400Hz

Tần số cao từ 1400 – 20000Hz

12


1.2.3. Âm sắc
Âm thanh chỉ có một tần số gọi là đơn âm.

Âm trong thường gặp trong đời sống hàng ngày là những
âm phức hợp, là tổ hợp của nhiều tần số khác nhau.
Trong một âm phức hợp bao giờ cũng có một âm cơ bản –
âm có cường độ mạnh nhất có tần số f0 và các họa âm (có tần
số 2f0, 3f0,…và các âm có tần số khác.

Dao động âm là tổng hợp của dao động âm cơ bản với các
họa âm và các âm tần số khác có mặt trong âm phức hợp.

1.2.4. Mức to, độ to
Mức to, độ to của 1 âm là sức mạnh cảm giác do âm thanh gây
nên trong tai người, nó phụ thuộc vào p & tần số của âm. Tai
người nhạy cảm với âm có f = 4000 Hz & giảm dần đều 20 Hz.

1.2.3.1. Mức to (Fôn – F)
Cảm giác to nhỏ khi nghe âm thanh của tai người được đánh
giá mức to & xác định theo phương pháp so sánh giữa âm cần
đo với âm tiêu chuẩn.

Đối với âm tiêu chuẩn, mức to có trị số bằng mức áp suất
âm (đo dB). Muốn biết mức to của 1 âm bất kỳ phải so sánh
với âm tiêu chuẩn

Với âm tiêu chuẩn: Mức to ở ngưỡng nghe là 0 Fôn
ngưỡng chói tai là 120 Fôn.
Cùng 1 giá trị áp suất âm, tần số càng cao => mức to càng
lớn.

13


1.2.3.1. Độ to (Sôn – S)
Khi so sánh âm này to hơn âm kia bao nhiêu lần ta dùng
khái niệm “độ to”.

Độ to là 1 thuộc tính của thính giác, cho phép phán đoán
tính chất mạnh yếu của âm thanh.
Mối liên hệ giữa Sôn & Fôn như sau: S = 20,1(F-40)

14


Hiện tượng che lấp
Hiện tượng che lấp xảy ra khi chúng ta nghe âm thanh trong
môi trường ồn.
Khi đó sự cảm thụ âm thanh khó khăn hơn do tiếng ồn che lấp
một phần âm thanh cần nghe.
Hiện tượng che lấp là sự giảm ngưỡng nghe trong môi trường
ồn.
Tiếng ồn có tần số càng thấp và mức âm càng lớn hiệu quả che
lấp càng mạnh.
Âm thanh ở tần số cao có lợi để nghe rõ tiếng nói nhưng bị che
lấp nhiều hơn.


15


1.3. Đo âm thanh
Các phép đo âm thanh chính
Đo phân tích mức âm thanh theo tần số
Đo mức âm tổng cộng về năng lượng theo thang hiệu
chỉnh gần đúng về cảm giác âm thanh của cơ quan thính
giác người
Đo tích lũy theo từng khoảng thời gian để xác định trị số
trung bình năng lượng âm thanh.
Ghi lại mức áp suất âm

Đo thời gian âm vang của phòng và chất lượng cách âm
của kết cấu
Đo tính năng âm học của vật liệu

1.3. Đo âm thanh (tt)
Đo bằng vật lý sau đó chuyển về đo cảm giác fôn của tai người
ta dùng mạch chuyển đổi A, B, C, D.

A: Mức thấp: 0 ÷ 40dB

M: Micro phôn

B: Mức trung bình: 41 ÷ 70dB

K: Bộ khuyếch đại (tăng âm)


C: Mức cao: 71 ÷ 120 dB

L : Bộ lọc tần số

D: Mức rất cao: > 120 dB

TG: Máy tự ghi
MH : màn hình

16


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.
Sự khác nhau cơ bản giữa máy đo và tai người ở chỗ: một
microphon lý tưởng có độ nhạy đồng đều với mọi tần số âm
thanh.

Để chuyển đổi một cách gần đúng các kết quả đo khách quan
của máy về cảm giác chủ quan của tai người bằng các mạch
hiệu chỉnh tương ứng với đường đồng mức to gần mức khảo
sát nhất.
Hiện nay các phép đo và đánh giá tiêu chuẩn âm thanh quy
định chỉ sử dụng mạch hiệu chỉnh A (dBA) để đánh giá tất
cả các âm thanh.

Dải tần số âm
Mỗi dải tần số được xác định bởi tần số giới hạn dưới và tần
số giới hạn trên.

Bề rộng của dải tần số:

∆f = f 2 − f1
Có ba dải tần số âm chính sau:
Dải 1 ôcta khi f2/f1 = 2
Dải ½ ôcta khi: f2/f1 = 21/2 = 1,41
Dải 1/3 ôcta khi f2/f1 = 21/3 = 1,26

17


Các thiết bị đo âm thanh

Thiết bị đo mức áp suất âm

Thiết bị đo cường độ âm

Phổ âm
Biểu diễn biểu đồ mức âm theo các tần số của chúng.

Tiếng ồn trắng: năng lượng âm phân bố đều nhau trên mọi
tần số, mức âm tăng dần theo dải 1 ôcta hoặc 1/3 ôcta.
Tiếng ồn hồng: có mật độ năng lượng phổ tỷ lệ nghịch với
tần số hoặc năng lượng cố định cho mỗi khoảng tần số theo tỷ
lệ lôgarit. (hình biểu diễn)

18


Phương pháp biểu diễn và tính toán kết quả đo

Xác định và biểu diễn phổ âm theo dải 1 ôcta từ kết quả đo
theo dải 1/3 ôcta.
Mức âm theo dải 1 ôcta là tổng mức năng lượng âm của ba
dải 1/3 ôcta tương ứng.
Kết quả mức âm theo dải 1 ôcta tương ứng của ba dải 1/3
ôcta

Lôcta = 10 lg

I1 + I 2 + I 3
P + P + P3
= 20 lg 1 2
I0
P0

Lôcta = 10lg ∑

Hoặc

Ii
P
= 20lg ∑ i
I0
P0

Bài tập áp dụng:
• Xác định và biểu diễn phổ âm theo dải 1 ôcta từ các kết quả đo âm
thanh theo dải 1/3 ôcta cho trong bảng:
Tần số của dải 1/3
ôcta

Mức âm, dB
Tần số của dải 1
ôcta

100
52

125

150

200

54

56

62

125

250

320

400

65

63


68

250

500

540

800

72

70

63

500

1000

1250

1600

65

69

55


1000

2000

2500

3200

55

55

45

2000

4000

5000

47

48

4000

Mức âm theo dải 1 ôcta luôn lớn hơn trị số âm lớn
nhất trong giải 1/3 ôcta
Khi mức âm của dải 1/3 ôcta bằng nhau, mức chênh

lệch giữa hai giải lớn nhất và bằng 5dB
Không thể xác định mức âm dải 1/3 ôcta khi biết mức
âm của dải 1 ôcta tương ứng

19


Xác định mức âm theo thang A
Các trị số hiệu chỉnh về thang A theo dải ôcta 1 có thể xác định bằng
biểu đồ hoặc bảng sau:
Tần số Hz
100
125
160
200
250
320
400
500
640

Trị số hiệu chỉnh, dB Tần số Hz Trị số hiệu chỉnh, dB
-19
800
-1
-16
-16
1000
0
0

-13,5
1250
+0,5
-11
1600
+1
-8,5
-8,5
2000
+1
+1
-6,5
2500
+1,5
-5
3200
+1
-3
-3
4000
+1
+1
-2
5000
+0,5

Xác định mức âm theo thang A
Bước 1: hiệu chỉnh các trị số đo về thang A
Bước 2: Cộng mức âm ở tất cả các dải tần số theo phương
pháp tổng năng lượng

Ví dụ: theo phổ âm thanh của dải 1 ôcta ở ví dụ trên xác định
mức âm tổng cộng theo thang A.

Các giá trị ở ngưỡng quy ước:
I0 = 10-12W/m2

p0 = 2.10-5N/m2

W0 = 10-12W

E0 = 3.10-15J/m3

20


CHƯƠNG 2: TRUYỀN ÂM THANH TRONG
CÁC MÔI TRƯỜNG
2.1. Sự lan truyền âm thanh ngoài trời

2.2. Âm thanh trong môi trường kín

2.3. Các hiện tượng truyền âm

2.1. Sự lan truyền âm thanh ngoài trời
Khi phân tích sự lan truyền âm thanh ngoài trời, có ba vùng khí
quyển nên lưu ý:
Lớp biên bề mặt từ mặt đất đến độ cao từ 30 – 60m
Vùng chuyển tiếp kéo dài từ 30 – 60m

500 – 600m


Tầng khí quyển tự do ở độ cao từ 500 – 600m
Khí quyển tự do

Sóng không gian

500 – 600m
Vùng quá độ
30 – 60m
Lớp biên bề mặt
Nguồn

Sóng không
đối đất
Sóng đất đối đất

Điểm nhận

Hình 2.1: Ba loại sóng âm cơ bản trong khí quyển

21


Vùng tự do và vùng 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.

2.1. Sự lan truyền âm thanh ngoài trời
Đặc điểm:
Không gian ngoài trời là trống trải, vì vậy sóng âm chỉ lan
truyền đi mà không có sóng trở lại.
Sự lan truyền âm chịu ảnh hưởng của thời tiết như: gió, sự
phân bố nhiệt độ theo chiều cao từ mặt đất.
Sự lan truyền âm chịu ảnh hướng hút âm của bề mặt đất
(đất xới, đất trồng cỏ, trồng cây, mặt nước, mặt bê tông…)
Trên đường truyền âm có thể gặp chướng ngại như nhà
cửa, tường chắn, hàng cây…

22


2.1.1. Sự tắt dần âm thanh trong không khí
Khi âm thanh lan truyền trong không khí, năng lượng âm
sẽ giảm dần theo khoảng cách xa dần nguồn âm. Do các
nguyên nhân sau:
Càng xa nguồn âm, năng lượng âm phải chia sẻ cho
một khối lượng các phần tử môi trường càng lớn. Đó
là sự giảm năng lượng âm theo khoảng cách.
Do ma sát của các phần tử môi trường không khí thực
hiện dao động. Sự giảm dao động này gọi là sự hút âm
nguyên tử.

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.

2
p θ
Hệ số định hướng: Q
Q =
p

Chỉ số định hướng

2

DI = 10 lg Q , dB

Hình 2: Sơ đồ lan truyền âm thành ngoài trời nguồn gần mặt đất

23


2.1.1.1. Sự giảm năng lượng âm theo khoảng cách
Trường hợp nguồn âm điểm
Một nguồn âm điểm có công suất W bức xạ sóng cầu,
khoảng cách nguồn âm r(m) thì cường độ âm có thể xác
định bằng công thức:

Ir =
L r = L w + 10lg

1
4πr 2

W

4πr 2

⇒ Lr = L p − 20 lg r − 11, dB

Mức chênh lệch mức âm tại các khoảng cách r1 và r2 với r2 > r1
∆L = L1 − L2 = 20 lg

r2
, dB
r1

2.1.1.1. Sự giảm năng lượng âm theo khoảng cách
Trường hợp nguồn âm đường
Xét nguồn âm đường (bức xạ sóng trụ), độ giảm cường độ âm
từ khoảng cách r1 đến khoảng cách r2:

I1 r2
r
= ⇒ ∆L = 10 lg 2 , dB
I 2 r1
r1
Về mặt lý thuyết các sóng phẳng không suy giảm năng
lượng theo khoảng cách, mà chỉ suy giảm do sự hút âm
nguyên tử.

24


2.1.1.2. Sự hút âm của không khí
Biểu đồ xác định sự hút âm của không khí ở 200C theo tần số âm và độ

ẩm tương đối
1,0

0%
=8
0% ϕ
0% = 6
=4 ϕ

0,002
0,001

ϕ

0,005

0%

0,02
0,01

=2

0,2
0,1
0,05

ϕ

Hút âm không khí, dB/m


0,5

0,0005
0,0002
0,0001
100k 50k 20k 10k 5k

2k 1k

500 200 100

Tần số, Hz

Bảng 2.1: Hệ số hút âm của không khí theo nhiệt độ và độ ẩm

25