THIẾT KẾ TRANG ÂM PHÒNG HOÀ NHẠC

THIẾT KẾ TRANG ÂM PHÒNG HÒA NHẠC
I. VỊ TRÍ XÂY DỰNG:
Phòng hòa nhạc nằm trên khu đất như hình vẽ.
Phía Nam cách trục đường chính 32m
Phía Tây cách trục đường phụ 35m
Phía Bắc giáp khu giải trí văn hóa có nhiều cây xanh
Phía Đông giáp với một trung tâm thò xã gần khu thương nghiệp
II. DỰ KIẾN XÂY DỰNG:
1. Xác đònh kích thước cơ bản:
Với quy mô 800 chỗ ta có thể xác đònh sơ bộ xác đònh diện tích, thể tích theo
chỉ tiêu 7m
3
/ người.
V
dự kiến
= 800 x 7 = 5 600 ( m
3
).
Nếu chọn hình dạng phòng theo kích thước hình chữ nhật cơ bản theo tỷ lệ
thích hợp cho phòng hòa nhạc là:
H : B : L = 1 : 2,5 : 3,5
⇒ 9 x 20 x 32
= 5 760 ( m
3
)
Từ hình dạng này, để:
-Đảm bảo tốt góc nhìn ngang
-Tiết kiệm thể tích & diện tích
-Đảm bảo trường âm tương đối đồng đều và tăng cường mức âm cho
vùng ngồi giữa
Ta triển khai thành hình quạt với tường bên hợp với trục thành góc ϕ= 15

0

là tốt nhất cho góc nhìn.
Vậy ta có hình dạng mặt bằng như hình vẽ với V = 5 760 m
3
2. Sơ bộ xác đònh kích thước sân khấu:
-Sân khấu gồm hố nhạc và phần phục vụ sau bể nhạc phông màn.
-Kích thước sân khấu được xác đònh theo công thức:
B = ( 1,5 2)A và C = 2A
Tuy nhiên do quy mô nhỏ, ta chọn chiều rộng màn bên là 3m
Chiều cao H từ mặt sân khấu tới trần sân khấu: H = 2h+(2 – 4)m
Ta chọn miệng sân khấu
A = 12m
B = 23m
C = 18m
H = 6,5m
[1]
h = 2m
Sân khấu có bể nhạc: L = 16m
L
1
= 4m
Như vậy từ kích thước trên ta có bể nhạc 36m
2
và S
SK
= 89m
2
Sân khấu có thể phục vụ cho 30 đến 40 nhạc công biểu diễn theo chỉ tiêu 0,8
đến 1 m

2
/ người.
3. Bố trí mặt bằng:
-Công trình không có ban công
-Bố trí ghế ngồi so le với góc nhìn người sau qua vai người trước ta có:
.Bố trí 2 dãy ghế, 3 lối đi, lối giữa rộng 1,4m , 2 lối hai bên rộng 0,8m
.Khoảng cách giữa 2 dãy ghế là 0,8m , mỗi ghế rộng 0,5m
.Hàng ghế đầu cách sân khấu 3m
.Hàng ghế cuối cách tường 1,9m
[2]
Theo hình vẽ, ta có:
tgα = = 0,3125 ⇒ α = 17
0
35’
tgβ = = 0,625 ⇒ β = 32
0
4. Xử lý mặt cắt:
Độ dốc:
10 bậc đầu : mỗi bậc cao 12cm , rộng 80cm
10 bậc giữa : mỗi bậc cao 14cm , rộng 80cm ( lối đi 16cm )
4 bậc cuối : mỗi bậc cao 16cm , rộng 80cm ( lối đi 17cm )
Độ dốc công trình :
( 10 x 12 + 2 ) + ( 10 x 14 + 2 ) + ( 4 x 16 + 1 ) = 329 ( cm )
≈ 3,3m
Độ cao sân khấu 1,2m , sân khấu gồm 3 bậc, mỗi bậc cao 12cm
III. TÍNH THỜI GIAN ÂM VANG – CHỌN VẬT LIỆU TRANG ÂM:
1. Tính thời gian âm vang tối ưu:
Ta tính ở 3 tần số 125Hz – 500Hz – 2 000Hz
Đối với tần số 500Hz: T
tư

500
= K lgV = 0,41 x lg 5 760 = 1,54 sec
( phòng biễu diễn K = 0,41 )
Đối với tần số 125Hz: T
tư
125
= R
125
T
tư
500
= 1,4 x 1,54 = 2,156 sec
(R
125
= 1,4 )
Đối với tần số 2000Hz: T
tư
2000
= R
2000
T
tư
500
= 1,0 x 1,54 = 1,54 sec
[3]
(R
2000
= 1,0 )
2. Tính hệ số hút âm trung bình các tần số :
Tổng diện tích bề mặt trong phòng:

Tường bên ( 2 x 30 x 9 ) + ( 2 x 11 x 7 ) = 694 m
2
Tường cong sân khấu 2 x 2,5 x 3,8 = 19 m
2
Tường sau sân khấu 10 x 3.8 = 38 m
2
Tường sau lưng khán giả 32 x 7 = 224 m
2
Trần trước sân khấu 10 x 22 = 220 m
2
Trần sau 10 x 22 = 220 m
2
Trần sau sân khấu 9 x 15 = 135 m
2
Trần sau cùng 20 x 6 = 120 m
2
Sàn = 908 m
2
Sàn sân khấu = 102 m
2
Diện tích mặt ghế = 128 m
2
Diện tích phông màn sân khấu = 167 m
2
( tường dựng trước khán giả )
Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc = 2 975m
2
Đối với tần số 125Hz và 500Hz dùng công thức:
T= ⇒ ln(1-α ) =
Thay T

tư
125
= 2,156 vào, ta có: ln(1-α )= ⇒ α
125
= 0,15
Thay T
tư
500
= 1,54 vào, ta có: ln(1-α )= ⇒ α
500
= 0,19
Đối với tần số 2000Hz dùng công thức:
T= ⇒ ln(1-α ) =
Thay T
tư
2000
= 1,54 và m = 0,0025 là hệ số hút âm của không khí ở 20
0
C vào,
ta có: ln(1-α )= + ⇒ α
2000
= 0,18
3. Tính lượng hút âm thay đổi:

Đối tượng hút
âm
Hệ số hút âm
125Hz 500Hz 2000Hz
Ghế da
Người

0,18
0,38
0,28
0,37
0,28
0,41
[4]
Đối với tần số 500Hz xác đònh A
tđ
với 4 trường hợp có mặt của khán giả: 0%
; 50% ; 70% ; 100%
A
tđ
của tần số 500Hz:
Đối tượng hút âm
Hệ số hút
âm
A
tđ
500
= N α
0% 50% 70% 100%
Ghế tựa da
Khán giả
A
tđ
của người +
ghế
0,28
0,37

224
0
112
148
67,2
207,2
0
296
224 260 274,4 296
A
tđ
của 3 tần số 125Hz, 500Hz, 2000Hz khi 70% khán giả có mặt:
Đối tượng hút âm
Số lượng
đối
tượng
125Hz 500Hz 2000Hz
α
N α
α
N α
α
N α
Ghế tựa da
Khán giả
A
tđ
của người +
ghế
240

460
0,1
8
0,3
8
43,2
174,
8
0,2
8
0,3
7
67,2
207,
2
0,2
8
0,4
1
67,2
188,
6
218 274,4 255,8
4. Tính tổng lượng hút âm trong phòng :
Đối với tần số 125Hz và 500Hz:
A
125
= S α
125
= 2 975 x 0,15 = 446,25 ( m

2
)
A
500
= S α
500
= 2 975 x 0,19 = 565,25 ( m
2
)
Đối với tần số 2000Hz:
A
2000
= S α
2000
= 2 975 x 0,18 = 535,50 ( m
2
)
5. Tính lượng hút âm cố đònh khi có 70% khán giả có mặt:
Tần số 125Hz : A
cđ
125
= A
125
- A
tđ
125
= 446,25 – 218 = 227,25 (m
2
)
Tần số 500Hz : A

cđ
500
= A
500
- A
tđ
500
= 565,25 – 274,4 = 290,85 (m
2
)
Tần số 2000Hz: A
cđ
2000
= A
2000
- A
tđ
2000
= 535,50 – 255,8 = 279,70 (m
2
)
6. Chọn vật liệu trang âm:
Bề mặt 125Hz 500Hz 2000Hz
[5]
ST
T
Vật liệu &
kết cấu hút
âm
Diệ

n
tích
(m
2
)
α
Sα
α
Sα
α
Sα
1
2
3
4
5
6
7
Tường
sau sân
khấu hút
âm 10 x
3,8
Tường
cong sau
sân khấu
Tường 2
bên phía
sau
11x7x 2

Tường 2
bên
2x30x2,
1
Tường 2
bên phía
trên
2x30x6,
9
Tường
sau lưng
khán giả
3 lớp gỗ dán
dày 1cm đóng
trên sườn gỗ
cách tường
5cm hút âm
Tường quét
sơn phản xạ
âm
Gỗ dán đục lỗ
d=5mm,
D=40mm,
L=10cm hút
âm
Trát vữa quét
sơn phản xạ
âm, cao 2,1m
Tấm sợi gỗ
dày gắn sát

tường dày
2,6cm
Gỗ dán đục lỗ
d = 5mm, D
= 4mm,
L = 10cm
Phía sau bọc
vải nhét bông
8kg/m
2
dày
50mm ép chặt
38
19
154
126
414
126
72
0,36
7
0,01
0,03
7
0,01
0,06
0,67
3
13,9
4

0,19
5,7
1,26
24,8
4
84,8
0,27
9
0,02
0,29
3
0,02
0,37
0,50
7
10,6
0,38
45,2
0,108
153,1
8
63,9
0,09
3
0,02
0,10
8
0,02
0,60
0,19

1
3,53
0,38
16,6
2,52
248,4
24,06
1,44
[6]
8
9
10
11
Tường 2
bên sân
khấu
Trần
Sàn lối
đi
Cửa đi
Phông
màn sân
khấu
vào gỗ
Tường trát vữa
quét sơn phản
xạ âm
Vữa vôi trên
lưới phản xạ
âm

Sàn bt trải
thảm dày 9mm
hút âm
Bọc nệm da
dày hút âm
Rèm vải to có
lông dày
0,65kg/m
2
704
373
14,
04
46,
8
0,01
0,04
0,09
0,32
0,14
0,72
28,1
6
33,5
4,68
6,55
0,02
0,06
0,21
0,32

0,55
1,44
42,24
78,3
4,68
25,7
0,02
0,04
0,27
0,32
0,7
28,16
100,7
1
1,68
32,7
204,34 274,96 263,18
7. Kiểm tra sai số:
A
cđ
125
⇒ x 100 ≈ -10%  ±10%
A
cđ
500
⇒ x 100 ≈ - 5,46% < ±10%
A
cđ
2000
⇒ x 100 ≈ - 5,91% < ±10%

Vậy kết quả chấp nhận được do sai số nằm trong phạm vi cho phép.
IV. QUY HOẠCH CHỐNG ỒN:
Phía Nam công trình giáp đường phố chính, nguồn ồn do xe.
Cụ thể : 1000xe/h; 60% xe tải ; v = 40km/h ; mức ồn 78dB.
Mức ồn cho phép của phòng hòa nhạc là 35dB.
Phía Tây công trình là đường phụ, lượng xe là 1000xe/h.
Mức ồn là 73dB Mức ồn cho phép là 50dB.
Phía Đông giáp khu thương nghiệp ⇒ mức ồn là 70dB.
Phía Bắc giáp khu văn hóa giải trí ⇒ mức ồn là 50dB.
Ta phải chống ồn 3 phía như sau:
[7]
1. Đối với mặt cắt qua sảnh 1.1:
Tra bảng theo hiệu chỉnh mức âm ta lấy 78dB . Mặt cắt này ta phải giải quyết
chống ồn ở sảnh là 70dB .
Ta có 2 lớp kết cấu có khối lượng là P
1
và P
2
:
P
1
= h
1

1
= 0,2 x 850 = 170 ( kg/m
2
)
P
2

= h
2

2
= 0,1 x 600 = 60 ( kg/m
2
)
Vậy: P
1
+ P
2
= 230 kg/m
2
> 200kg/m
2
, Ta sử dụng công thức :
R
trung bình
= 23 lg P – 9 + ∆R ( dB )
Tra bảng, ta có ∆R = 4cm (  = 5cm )
Vậy: R
trung bình
= 23 lg230 + 4 – 9 = 49 ( dB )
Tường trước sảnh có 2 cửa đi 2 cánh 2x2
m
x2,4
m
⇒ S
c
= 2 x 2 x 2,4 = 9,6 ( m

2
)
Diện tích tường và cửa là 20 x 6 = 120 ( m
2
)
với kết cấu P = 10 kg/m
2
< 200 kg/m
2
nên:
R
c
= 13 lgP + 13 = 13 lg10 + 13 = 26 ( dB )
Lượng cách âm tổng hợp của kết cấu:
R = R
tường
– 10 lg [ 1 + ( 10
0,1( Rt - Rc )
–1 )]
= 49 – 10 lg [ 1 + ( 10
0,1 ( 49 – 26 )
–1 ] ≈ 36,73 (dB)
Vậy mức ồn cho phép mép ngoài xãy ra khi ta có kết cấu trên:
L = 35 + 36,73 = 71,73 (dB)
Mà sảnh có nguồn ồn 70 dB ⇒ so với kết cấu trên thỏa mãn
Xem nguồn ồn ở đường như nguồn ồn điểm với khoảng cách :
S = 1000 = 1000 = 40 (m)
Tra bảng ⇒ K = 0,9 R
1
= 7m

[8]
Dùng công thức đối với nguồn điểm :
lgR
n
=
Với L
1
= 78 dB L
n
= 70 dB K
n
= 1,1 : mặt đất phủ cỏ xanh và cây thấp.
Thay vào công thức ta được :
lgR
n
= = 1,24
⇒ R
n
= 17,5 m
2. Đối với mặt cắt 2-2:
Cần chống ồn 2 phía
Diện tích cửa sổ thông gió là 14 x 0,5 = 7 ( m
2
)
Vậy mức giảm áp suất âm qua cửa là ∆R = 10 lg
với A = 430m
2
⇒ ∆R = 10 lg =17,88 (dB)
Vậy mức âm cho phép ở mép ngoài tường bên là:
L

n
= 35 + 17,88 = 52,58 (dB)
so với mức âm cho phép 50dB là hợp lý.
Ta chọn giải pháp đảm bảo cách âm cho tường ngoài là 50 dB
Đối với tường giáp đường chọn giải pháp cách âm là tường chắn dọc theo
chiều dài và dãi cây xanh cách ly.
Chiều cao công trình là 11m
Theo yêu cầu công trình và theo sơ đồ trên, chiều cao cần thiết h
2
của tường
chắn là: = ⇒ h
2
= 2,6m
⇒ Chiều cao tường H = 2,6 + 0,5 = 3,1 ( m )
Độ giảm mức âm qua tường chắn:
W = ( H + - K )
với α =arctg = 20
0
55’ ⇒ cosα = 0,936
Tính với dãy octave có tần số trung bình 500Hz ; λ = 0,68m
a = 7m ; b = 21m ; K = 11m ; H = 3,1m ; h
1
= 0,5m
W = ( 3,1 + - 11 ) ≈ 0
⇒ ∆L = 6 dB ( ∆L = f
( W )
: tra biểu đồ suy ra kết quả )
[9]
Quy hoạch cây xanh cách ly :
Ta có : S = 1000 = 1000 = 40

r
n
= 28m > = = 20
⇒ sử dụng công thức tính:
L
n
= L
1
– K
n
( 15 lgSr
n
– 33,3 ) – 1,5Z – β Σ B
m
L
n
= 73 – 1 [ 15 lg(40 x 28 ) + 33,3 – 1,5 x 2 – 0,2 x 10
= 55,56 (dB)
Vậy mức ồn mức ồn tại C sau khi làm tường chắn kết hợp cây xanh cách ly là :
L
C
= 55,56 – 6 = 49,56 (dB) < 50 dB
⇒ phương pháp đạt yêu cầu.
3. Đối với khu thương nghiệp :
Có mức ồn là 70 dB
Dùng tường chắn và cây xanh cách ly, chọn r
1
= 7m , h : chiều cao nguồn ồn từ
chân đến miền 1,4m.
Chiều cao h

2
= = 2,24 ( m )
Chiều cao tường H = 1,4 + 2,24 = 3,64 ( m )
W = ( H + - K ) = 0
[10]
⇒ ∆L = 6 dB
Xem khu thương nghiệp là nguồn điểm, ta chọn
r
1
= 7m ; r
n
= 30m ; K = 1,1 ; Hệ số kể đến tác dụng hút âm của cỏ là:
L
n
= L
1
– 1,1 x 10 lg - 1,5 x 2 – 0,3 x 1,4
L
n
= 55,88 dB
Vậy mức ồn còn lại qua cây xanh và tường chắn
L
C
= 55,88 – 6 = 49,88 ( dB ) ⇒ đạt yêu cầu.
4. Đối với khu giải trí :
Vì mức ồn thấp lại có phòng đệm sau sân khấu nên ta không cần phải tính
toán .
V. KIỂM TRA :
1. Thời gian âm vang :
Hệ số hút âm trung bình khi có 70% khán giả là α =

-Với tần số 125Hz ta có: α
125
= = 0.15
Theo công thức Erin, ta có
T
tư
125
= = = 2,01 ( sec )
-Tần số 500 Hz : α
500
= = 0,19
T
tư
500
= = = 1,55 ( sec )
-Tần số 2000 Hz: α
2000
= = 0,18
T
tư
2000
= = = 1,64 ( sec )
[11]
Xét tần số 500 Hz với sự có mặt của 0%, 50%, 70%, 100% khán giả. Tính
tương tự, ta có:
α
0%
= 0.14
T
tư

0%
=2.16
α
50%
= 0.18
T
tư
50%
= 0.64 sec
α
70%
=0.19
T
tư
70%
= 1.55 sec
α
100%
= 0.23
T
tư
100%
= 1.42 sec
2.Kiểm tra áp suất âm trong phòng ( tại 4 vò trí ):
A: Hàng ghế đầu tại diểm9 giữa : r=6.5 m
B: Hàng ghế giữa phòng tại giữa : r=15m
C: Hàng ghế cuối tại điểm giữa : r=24m
D: Hàng ghế cuối trùng điểm góc : r=25m
*Đối với điểm A: r =6.5m , áp dụng công thức
lgP = 10lgW + 10lg[ + ] + 120

lgP = 10lgW + 10lg[ + ] + 120
Trong đó R= = = 841
Thay vào, ta được:
lgP=10lgW+10lg0.008 + 120
= -18,63 + 10lg0.008 + 120 ≈ 80 (dB)
( lgW lấy theo B )
*Đối với điểm B: r = 15m
Mức âm yêu cầu 80 dB nên công suất cần thiết:
lgP = 10lgW + 10lg[ + ] + 120
80 = 10lgW + 10lg[ + ] + 120
⇒ lgW = -1,863
⇒ W = 0,0137 = 137 x 10
–4
( Watt )
*Đối với điểm C: r =24m , áp dụng công thức
lgP = 10lgW + 10lg[ + ] + 120
lgP = -18,63 + 10lg[ + ] + 120
≈ 79,86 dB
[12]
*Đối với điểm D: r =25m , áp dụng công thức
lgP = 10lgW + 10lg[ + ] + 120
lgP = -18,63 + 10lg[ + ] + 120
≈ 79,87 dB
Vậy mức áp suất tương đối đồng đều.
3. Kiểm tra xem có cần thiết phải lắp thêm hệ thống điện thanh hay không :
Công suất nguồn : 137 x 10
–4
Watt = 13700µW
Công suất 1 nhạc cụ là 600µW = 2 diễn viên
30 nhạc công ⇒ công suất cần thiết : 600 x 30 = 18000µW > 13700µW

Vậy ta không cần hệ thống điện thanh.
4. Kiểm tra độ rõ âm tiết :
PA = 96 K
S
. K
L
. K
r
. K
n
%
Với K
S
: hệ số giảm độ rõ âm tiết K
S
= 1
K
L
: hệ số giảm độ rõ do mức âm trong phòng gây ra lấy theo biểu đồ
H.Flectcher với mức áp suất âm L
P
= 80 dB ⇒ K
L
= 1
K
r
: hệ số giảm độ rõ do thời gian âm vang trong phòng gây ra lấy theo
biểu đồ V.O.Knudren, ta có T = 2 sec ⇒ K
r
= 0,8

K
n
: hệ số giảm độ rõ do mức ồn trong phòng gây ra
Ta có mức ồn = = = 0,375
Tra theo biểu đồ ta có K
n
= 0,85
Vậy PA = 96 x 1 x 1 x 0,8 x 0,85 = 65,28 %
⇒ Độ rõ âm tiết đạt
VI. KẾT LUẬN:
Phòng với hình dạng đã chọn và bố trí vật liệu âm trong phòng tương đối tốt, qua
kiểm tra ta thấy:
- Trường âm trong phòng tương đối đồng đều
- Mức áp suất âm trong phòng khá đều chênh lệch không quá 0,15 dB.
- Độ rõ âm tiết đạt ( 65,28 % )
- Qua xử lý chống ồn, công trình đặt sâu vào trong khu đất trên 18m để bảo
đảm tốt âm trong phòng .
[13]
[14]