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

CHƯƠNG 2: LAN TRUYỀN ÂM THANH
TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG


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:
 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

Hình: 3 loại sóng âm cơ bản trong khí quyển


* 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.


* 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,

cây cối.
* Vì những đặc điểm trên, khi âm thanh lan truyền trong không khí,
năng lượng âm sẽ giảm dần theo khoảng cách xa dần nguồn âm.


* 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.


* 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


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:

P
Ir =
4π r 2

Theo công thức trên, mỗi khi khoảng cách r tăng lên ấp đôi,
cường độ âm sẽ giảm đi bốn lần. Sự giảm năng lượng của sóng
cầu theo khoảng cách này gọi là quy luật giảm tỷ lệ nghịch với
bình phương khoảng cách.



Mức âm tương ứng tại khoảng cách r do nguồn gây ra:

????
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
r

∆L = L1 − L2 = 20.lg

2

r1

(dB )

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
có độ lớn là 95 dB, thì ở vị trí cách nguồn âm 100 m, mức

âm sẽ là 89 dB và ở vị trí cách nguồn âm 200 m, mức âm sẽ
là 83 dB


 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

I1 r2
=
I 2 r1

r2
∆L = 10.lg
r1

Công thức trên cho thấy đối với nguồn âm đường, mỗi khi
khoảng cách tăng lên gấp đôi mức âm sẽ giảm đi 3 dB. Chẳng
hạn có một mức âm 95 dBA ở khoảng cách 50m. Như vậy ở
khoảng cách gấp đôi mức âm sẽ là 92 dBA, và ở 200m mức
âm sẽ là 89 dBA.


SỰ HÚT ÂM CỦA KHÔNG KHÍ

Sự hút âm của KK ở 20oC và độ ẩm tuyệt đối
KS Nguyễn Trần Ngọc


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
Hướng dẫn:
Độ giảm mức âm theo khoảng cách
∆L1 = 20.lg50 = 34 dB
Độ giảm mức âm đo sự hút âm của không khí (ở nhiệt độ 200C và độ
ẩm 80%):
Tần số 1000 Hz: ∆L2 = 0,0014 . 50 = 0,07 dB
Tần số 2000 Hz: ∆L2 = 0,0055 . 50 = 0,275 dB
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


* 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).


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


+ 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:

Mức âm tổng cộng

Gọi ∆L = 10.lg (1 + a) là mức âm gia tăng, như vậy L12 = L1 + ∆L.
Trị số ∆L phụ thuộc chênh lệch các mức âm thành phần (L1 - L2)


Mức âm phụ thuộc vào hiệu L1 – L2

1
0,8
0,7

L­1 ­ L2 = ­10.lga
(dB)
0
1,0
1,6

∆L = 10.lg (1+a)
(dB)
3,0
2,6
2,3

0,6
0,5
0,4

2,2
3,0
4,0

2,0
1,8
1,5

0,3
0,2
0,1

5,2
7,0
10,0

1,1
0,8
0,4

a



L3

Ví dụ: Xác định mức âm tổng
cộng tại điểm A do bốn nguồn âm
L2
cùng truyền đến có mức âm là L1

= 85 dB, L2 = 80 dB, L3 = 82
dB, L4 = 78 dB
Hướng dẫn:
Ta giải bài toán theo hướng cộng dồn mức âm từ cao đến thấp
L1- L3 = 85 - 82 = 3 dB
→ ∆L13 = 1,8 dB
→ L13 = 85 + 1,8 = 86,8 dB
L13 - L2 = 86,8 - 80 = 6,8 dB
→ ∆L123 = 0,8 dB
→ L123 = 86,8 + 0,8 = 87,6 dB
L123 - L4 = 87,6 - 78 = 9,4 dB
→ ∆L1234 = 0,4 dB
→ LΣ = 87,6 + 0,4 = 88 dB


 ***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


 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
chiều cao
Sự biến thiên nhiệt
độ theo chiều cao

Sự biến thiên vận tốc
theo chiều cao


Tác động của gradien gió
Hướng gió

Hướng gió


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


Tác động của gradien nhiệt độ

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


Tác động của gradien nhiệt độ và gió


Khi có nhiệt độ giảm theo

chiều cao nhiệt độ

Khi có cả ảnh hưởng của gió và
nhiệt độ