SLIDE BÀI GIẢNG _VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU HÚT ÂM

CHƯƠNG II :

VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU HÚT ÂM

VH

1


VH

2


Hút âm và cách âm
Khi sóng âm chạm vào bề mặt vật liệu,
một bộ phận năng lượng âm thanh bị phản
xạ, một bộ phận khác bị hút vào bên
trong vật liệu, một bộ phận nữa xuyên
qua mặt bên kia của vật liệu. Khi phần
lớn các năng lượng âm thanh đi vào trong
vật liệu (bị hút hoặc xuyên qua) còn
năng lượng phản xạ rất nhỏ, chứng tỏ vật
liệu có tính năng hút âm tốt. Khi hệ số
hút âm trên 0.2, có thể gọi là vật liệu
hút âm.
Nguyên lý cách âm - hút âm
Dùng vật liệu hoặc kết cấu chặn sự
truyền đi của âm thanh tạo ra môi
trường yên tĩnh gọi là cách âm. Khi âm
thanh đi vào vật liệu, năng lượng

xuyên qua mặt bên kia của vật liệu rất
nhỏ, chứng tỏ vật liệu có khả năng
cách âm tốt. Chênh lệch decibel giữa
năng lượng âm thanh đi vào và năng
lượng âm thanh xuyên qua ở một mặt
khác chính là lượng cách âm của vật
liệu.
VH

Vật liệu cách âm
3


Cách âm là một khái niệm
mô tả sự giảm của âm thanh
truyền qua giữa hai không
gian riêng biệt bởi cấu
kiện ngăn chia. Về mặt lý
thuyết, vấn đề cách âm cho
công trình cần phải được
quan
tâm
trên
cả
hai
phương diện: âm truyền từ
bên trong cơng trình và âm
truyền từ bên ngồi cơng
trình.
Tiêu âm (hút âm) là biến âm

thanh ù ù trong một phòng
nghe trở nên rõ ràng và
chắc chắn, làm biến mất
những âm thanh dội lại, tạo
ra chất lượng âm thanh tốt
hơn cho phòng hát, phòng
thu.
VH

5


Từ cách giải thích trên, chúng ta có
thể hiểu rằng: Vật liệu hút âm tập
trung vào độ lớn nhỏ của năng lượng
âm thanh phản xạ, mục đích tối thiểu
hóa năng lượng âm thanh phản xạ. Vật
liệu cách âm tập trung vào độ lớn nhỏ
của năng lượng âm thanh xuyên qua ở
mặt bên kia, mục đích tối thiểu hóa
năng lượng âm thanh xuyên qua.

Vật liệu cách âm

Vật liệu hút âm

Vât liệu hút âm cho phép âm thanh dễ
đi vào và xuyên qua, có thể hiểu rằng
nguyên liệu tạo thành vật liệu hút âm
phải xốp (nhiều lỗ), tơi và thơng khí.

Kết cấu của nó là: vật liệu có các lỗ
siêu nhỏ số lượng lớn, liên kết với
nhau, có tính thơng khí nhất định.
Ngược lại, vật liệu cách âm lại đòi
hỏi giảm năng lượng âm thanh xuyên qua
và ngăn chặn sự truyền âm. Vật liệu
cách âm phải chắc, tỉ trọng cao. Ví dụ
như tấm thép, gang,
gạch ngói, kính.
u cầu với vật liệu cách âm là vật
liệu chắc chắn khơng có lỗ, có trọng
lượng lớn.
VH

6


Tán âm và tiêu âm
Trong một khơng gian khép kín, một
phịng, sóng âm từ nguồn âm một mặt
lan truyền trực tiếp đến người nghe
hoặc microphone – đó là trực âm. Mặt
khác nó đập vào các bề mặt giới hạn
của phịng (tường, trần, nền) và các
đồ vật đặt trong phòng rồi phản xạ
trở lại đó là phản âm.

Hiện tượng này của sóng âm cứ lặp đi lặp
lại, mỗi lần gặp chướng ngại thì một phần
năng lượng của sóng âm sẽ bị tiêu vào vật

liệu cấu tạo vật đó, ta gọi là hiện tượng
hấp thụ âm thanh (nền tảng của tiêu âm),
một phần phản xạ trở lại gọi là âm phản xạ.
Âm thanh đập vào bề mặt lại được khuếch tán
đều ra các hướng gọi là hiện tượng tán xạ
âm thanh. Vì sóng âm phản xạ từ tất cả các
hướng tới người nghe nên tạo thành một
trường âm tán xạ, tạo cảm giác âm thanh
không gian hoặc âm thanh quang cảnh.
VH

7


Tán âm chính là việc điều
hướng sóng âm theo nhiều hướng
khác nhau để tạo ra âm thanh
chân thực hơn. Nếu chỉ tiêu âm
hồn tồn có thể gọi là làm
chết âm thanh trong một căn
phòng. Để âm thanh nổi, “sống”
hơn phải nói đến kỹ thuật tán
âm. Phịng nghe lý tưởng nên
hồ trộn của các mặt phẳng hấp
thu và phản xạ âm thanh dành
cho các tần số trung và tạo ra
âm thanh chân thực hơn.

Tán âm tránh được các phản xạ
trực tiếp đồng thời và do đó,

mang lại âm thanh tự nhiên hơn
so với âm thanh va đập vào mặt
phẳng hay mặt cong. Ngồi ra,
tán âm cịn có mục đích quan
trọng trong phòng thu là giảm sự
chồng chéo nốt của các nhạc cụ
đang được thu đồng thời.
VH

8


Khi sóng âm tới trên bề mặt vật thể, năng lượng âm một phần
phản xạ trở ra, một phần xuyên qua, một phần tổn thất trong
vật thể

VH

9


Nguyên lý hút âm
Nguyên lý hút âm là nguyên nhân
gây ra tổn thất năng lượng âm khi
vật liệu (hay kết cấu) tiếp xúc
với trường năng lượng âm. Khi sóng
âm tới trên bề mặt vật liệu sẽ gây
ra một áp lực cưỡng bức vật liệu
uốn cong. Năng lượng âm phải tiêu
hao để thắng sức cản nội bộ duy

trì dao động è năng lượng âm biến
thành năng lượng cơ.

Nếu vật liệu rỗng trong q trình
sóng âm xun qua khe rỗng phải sử
dụng năng lượng để thắng trở lực ma
sát và tính nhớt của mơi trường
khơng khí, làm cho khơng khí dao
động trong khe rỗng è biến năng
lượng âm thành năng lượng nhiệt.
VH

10


v Vật liệu xốp, rỗng.
v Bản mỏng dao động cộng hưởng hút âm
v Lọ khơng khí, bản đục lỗ, khơng khí
dao động cộng hưởng hút âm
Khi sóng âm tới trên bề mặt vật
thể, năng lượng âm một phần phản
xạ trở ra, một phần xuyên qua,
một phần tổn thất trong vật thể

I – VẬT LIỆU XỐP, RỖNG

o Vật liệu xốp, rỗng gồm các loại sản phẩm:
dệt, vải, len, thảm...
o Các loại vật liệu sợi: bơng, bơng khống
chất, bơng thuỷ tinh...

o Các loại vật liệu gia công: giấy bồi, tấm
sợi gỗ ép, bã mía ép, vữa xốp...

Sóng âm tới: áp lực âm khi + khi -, đẩy khơng khí
dao động tới lui trong khe rỗng:

1
f =
2π

K
m

Khơng khí dao động: khối lượng nhỏ è tần số cao.
Chiều dày khe rỗng: khả năng hút âm phụ thuộc vào chiều dày, khơng khí
đẩy tới lui trong khe rỗng có giới hạn.
VH

11


Chọn chiều dày hợp lý
Khi thiết kế chọn chiều dày của thảm hợp lý sẽ đảm bảo đạt được hiệu
quả cao nhất đồng thời tiết kiệm vật liệu. Chiều dày kinh tế của thảm
có thể xác định bằng cơng thức:

δ=

800

cm

r .ω . f

Vật liệu xốp

Chiều dày hợp lý (cm)

Bông, nõn
Bông, sợi bơng
Thảm len, thảm lơng
Sợi khống chất
Vữa trát khơ
Các tơng
Tấm sợi gỗ (2000 – 2500 N/cm2)
Tấm thạch cao xốp

Đến
Đến
Đến
Đến

VH

79
40
18
9
3,5
2

0,75
0,6

12


v Cấu tạo vật liệu rỗng

d

Khơng khí

K

m
500 ÷ 700

Vật liệu rỗng

§

Vật liệu rỗng chế tạo thành những tấm cứng, có thể hoặc bố trí
trực tiếp trên nền cứng hay trên hệ sườn cách tường 5 – 10cm.
Liên kết theo chu vi.

§

Vật liệu rỗng dạng bọt như vữa xốp, beton bọt... đặt những vật
liệu này cách tường 5 – 10cm sẽ tăng khả năng hút âm tần số
thấp. Khối lượng thường từ 1000 – 1200kg/m3.

§

Vật liệu rỗng dạng sợi như tấm bông amiang, tấm sợi gỗ, tấm dăm
bào...vừa rẻ, nhẹ, khối lượng từ 200 – 250kg/m3.

VH

13


II – BẢN MỎNG DAO ĐỘNG CỘNG HƯỞNG HÚT ÂM
Có khả năng hút âm tần số thấp và khuếch tán âm tốt.
Bản cộng hưởng có cấu tạo: gồm một bản mỏng có thể bằng gỗ dán,
carton, amiang...đặt cố định trên hệ khung gỗ gắn trên tường, lớp
khơng khí giữa bản và tường để trống hoặc nhồi vật liệu rỗng.

Tường
d

K

Khơng khí hoặc vật liệu rỗng

m

500 ÷ 700
Joan chìm

Joan nổi

Ván ép

Khối lượng lớn: hút âm ở tần số thấp

VH

14


III – LỌ KHƠNG KHÍ DAO ĐỘNG CỘNG HƯỞNG HÚT ÂM (còn gọi là lọ Hémohol)
Cấu tạo:
Cấu tạo như những lọ thường thấy, bụng
lọ kín có thể trịn, vng, đa giác. Cổ
lọ có chiều dài nhất định, khơng khí
trong miệng lọ thơng với khơng khí
trong phịng qua miệng lọ. Thể tích bụng
lọ nhỏ, lọ chơn trong tường, trần,
miệng lọ nhìn vào phòng.

V

a = 2R

l

VH

15

Nguyên lý hút âm

V

a = 2R

l

m
K

Khi chiều dài bước sóng của sóng âm
tới lớn hơn kích thước của lọ, sóng
âm kích động các phần tử khơng khí
trong cổ lọ dao động tới lui như một
piston. Khơng khí trong miệng lọ
khơng thốt ra được và thể tích lớn
hơn cổ lọ rất nhiều nên có tác dụng
như một lị xo đàn hồi K, co dãn dao
động tới lui của cột khơng khí trong
cổ lọ

VH

16


IV – CÁC LOẠI HÚT ÂM KHÁC
• Chỏm hút âm: thường gắn trên trần để
hút âm gần nguồn.

•

•

Khe hở khơng khí dao động cộng
hưởng hút âm: khe hở hẹp chạy suốt
chiều dại bụng khơng khí. Ngun
lý hút âm giống như lọ Hémohol.

Kết cấu hút âm di động: trong những
phòng vạn năng, do có nhiều mục đích
sử dụng khả năng khác như hoà nhạc,
ca
kịch,
chiếu
phim,
hội
họp...thường dùng kết cấu hút âm di
động cho phù hợp từng loại chức
năng.

VH

17


Lượng hút âm của người và ghế:
• Lượng hút âm của khán giả trong phòng bằng số lượng khán giả có
mặt nhân với hệ số đơn vị hút âm của mỗi người cộng với chỗ ngồi.

• Lượng hút âm của ghế: khi khán giả khơng đủ, sẽ có ghế trống,
tổng lượng hút âm trong phòng thay đổi. Khi thiết kế lưu ý vấn đề
này.
• Lượng hút âm của miệng sân khấu: tuỳ thuộc chức năng phòng khán
giả.
VH

18


Các loại vật liệu hút âm có tác dụng trang trí:
năng hút âm phụ thuộc vào cách lắp đặt, ghép thành
Thảm mỏng treo tự do: khi sóng âm tới gây uốn cong
Vật liệu khơng có tính năng trang trí: nhờ miếng
với hệ khung xương

thảm, rèm... Khả
múi, có nếp gấp.
tia sóng.
ốp bên ngồi gắn

Suất đục lỗ : P = (diện tích lỗ đục / tổng diện tích tấm vải) x 100%

VH

19


Chủng loại

Đặc điểm

Nguyên lý hút âm

Phạm vi ứng dụng

f =
Vật liệu rỗng hút
âm

Vật liệu
rỗng

Sản phẩm
dệt

Bản mỏng dao động
cộng hưởng hút âm

1
2π

K
m

-Vật liệu rỗng -Sóng âm cưỡng bức -Chủ yếu hút
bọc ngồi
khơng khí trong khe tần
số
cao

-Sản phẩm dệt
rỗng dao động, trở lực trung.
ma sát, tính nhớt biến
năng lượng âm thành
năng lượng nhiệt.
-Khơng khí dao động
lui tới qua sản phẩm
dệt, ma sát tiêu hao
năng lượng âm.

âm
và

Bản
mỏng
đặt
cách tường một
khoảng trống δ,
có thể đặt vật
liệu rỗng xun
khơng khí

số

Áp lực âm cưỡng bức -Hút
dao động uốn cong. Trở thấp
lực uốn cong tiêu hao
năng lượng âm

VH

âm

tần

20


Lọ Hémohol

Lọ khơng khí chơn
trong
kết
câu,
miệng lọ hướng vào
phịng, cổ lọ có
hoặc khơng có vật
liệu rỗng

Sóng âm tới cưỡng
bức khối khơng khí
dao động tới lui
trong cổ lọ, trở
lực ma sát của
thành cổ lọ tiêu
hao năng lượng âm.

Bản đục lỗ

Bản đục lỗ đóng

trên hệ sườn gỗ
gắn trên tường.
Có thể đệm hoặc để
trống

Nguyên lý hút âm Hút
âm
tần
giống như tập hợp thấp,
trung
nhiều lọ Hémohol cao.
chung một bụng lọ.

VH

Hút âm tần số thấp
và trung, tính lực
chọn tần số hút âm
rất mạnh.

21

số
và


Lực cản

r

của một vài vật liệu xốp, rỗng
r (N.S/cm4)

Vật liệu
Sợi
Nỷ
Tấm
Vữa
Vữa
Vải
Vải
Vải

bông khống và bơng thuỷ tinh.

0,0001
0,00015
0,035
0,00008
0,08

sợi gỗ 2000-2500N/m3
xốp hút âm
trát thơng thường
thơ thưa
hoa thưa
thuỷ tinh

–
–

–
–
–

r1 (N.S/cm4)

0,003
0,0009
0,26
0,0006
0,33
0,00003
0,00005 -0,00006
0,00003 – 0,001

Vị trí lắp đặt ảnh hưởng rất lớn tới khả năng hút âm của vật liệu,
vd: một tấm vải mỏng đặt trên tường cứng, khả năng hút âm của vải phụ
thuộc vào khoảng cách giữa tấm vải và mặt tường. Kết quả thực nghiệm
cho thấy sóng âm tới tần số 950Hz, phương tới vng góc với mặt vải,
hệ số hút âm α lớn nhất khi vải cách mặt tường 9cm, bằng ¼ bước sóng
λ, âm tần số 2700Hz.

VH

22


V – XỬ LÝ KIẾN TRÚC VẬT LIỆU HÚT ÂM
1- Lựa chọn và bố trí vật liệu hút âm

Cùng một loại vật liệu
nhưng dán sát tường hoặc
đặt cách tường một lớp
khơng khí, khả năng hút
âm khác nhau rất nhiều.
Bố trí vật liệu hút âm
cần chú ý tính chất vật
lý của vật liệu. Tính
năng co dãn trong mơi
trường làm việc của vật
liệu.
Đa số vật liệu hút âm có tính dẫn nhiệt kém. Cần đề phòng hiện tượng
ngưng tụ nước trong vật liệu.

VH

23


Chú ý cường độ chịu
lực, tính hút nước,
khả năng xâm thực,
mức độ chịu lửa,
tính năng cách âm,
hệ số phản xạ ánh
sáng...
Bố trí trên những
bề
mặt
tiếp

xúc
trường năng lượng
âm. Bố trí như thế
nào để năng lượng
âm các tần số tới
xấp xỉ bằng nhau
trên các hướng.

VH

24


VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU HÚT ÂM

Cấu tạo hút âm bằng vật liệu xốp đặt sau tấm đục lỗ (gọi tắt là vật
liệu tiêu âm đục lỗ) là dạng vật liệu hễ hiểu chỉnh khả năng hút âm
VH

25


VH

26