Vật lý kiến trúc phần 2: Âm học

Giạo trçnh VÁÛT L KIÃÚN TRỤC

I - CẠC ÂÀÛC TRỈNG CÅ BN CA ÁM THANH
1/ SỌNG ÁM :
Sọng ám sinh ra khi cọ váût thãø dao âäüng trong mäi trỉåìng ân häưi. Ám thanh l sỉû lan
truưn ca sọng ám trong khäng gian. Mäi trỉåìng trỉåìng trong âọ cọ sọng ám lan truưn gi
l trỉåìng ám.
Vê dủ: khi dáy ân dao âäüng → cạc pháưn tỉí váût cháút bãn cảnh dao âäüng theo, do mäi
trỉåìng ân häưi cọ cạc pháưn tỉí váût cháút liãn kãút nhau → dao âäüng ca cạc pháưn tỉí ny kẹo theo
dao âäüng ca cạc pháưn tỉí khạc bãn cảnh → ám thanh s lan xa dáưn. Khi cạc dao âäüng truưn
âãún tai ngỉåìi, chụng s tạc âäüng lãn cå quan thênh giạc v cho ta cm giạc ám thanh.
a/ Cạc loải sọng ám:
•

Theo phỉång dao âäüng:
- Sọng dc: khi cạc pháưn tỉí dao âäüng dc theo phỉång truưn sọng (khê, lng, ràõn).
- Sọng ngang: khi cạc pháưn tỉí dao âäüng vng gọc våïi phỉång truưn sọng (ràõn).

•

Theo âàûc âiãøm ca ngưn:
- Sọng cáưu: khi màût sọng l nhỉỵng màût cáưu (ngưn âiãøm).
- Sọng trủ: khi màût sọng l nhỉỵng màût trủ (ngưn âỉåìng).
- Sọng phàóng: khi màût sọng l nhỉỵng màût phàóng (ngưn màût).

b/ Cạc âàûc trỉng
trỉng cå bn ca sọng ám:
ám:
•

Táưn säú ám: l säú dao âäüng trong 1 giáy: f, Hẹc (Hz).

•

Bỉåïc sọng ám: l khong cạch gáưn nháút giỉỵa 2 dao âäüng cng pha: λ, (m).

•

Chu k dao âäüng ám: thåìi gian âãø thỉûc hiãûn 1 dao âäüng: T, (s).

•

Biãn âäü dao âäüng ám: khong cạch låïn nháút ca dao âäüng so våïi vë trê cán bàòng.

Nguùn Âçnh Hún

= 43 =

ÂHBKÂN


Giạo trçnh VÁÛT L KIÃÚN TRỤC
• Váûn truưn täúc ám: l váûn täúc lan truưn ca sọng ám trong mäi trỉåìng: c, (m/s). Våïi
MTKK (1at, 20oC) → c=340m/s. Váûn täúc ám trong khäng khê phủ thüc vo nhiãût âäü ca
khäng khê: c = 331,5 + 0,61.t , (m/s). ÅÍ âáy: 331,5 l váûn täúc åí 0oC.
c
Mäúi quan hãû giỉỵa cạc âải lỉåüng ca sọng ám:
λ=
f
Cạc mäi trỉåìng khạc nhau s cọ váûn täúc truưn ám khạc nhau. Trong chán khäng, ám

thanh khäng thãø lan truưn.
Cå thãø ngỉåìi

1558

Chç

1220

Sàõt non

5050

Thẹp

6100

Gäù

3350

Xi màng

3400

Nhäm

6400

Kênh

5700

Bàng

3200

Nỉåïc áúm

1520

Nỉåïc lản h

1480

Khäng khê

344

Hçnh 1: Váûn täúc ám trong mäüt säú mäi trỉåìng

2/ ẠP SÚT ÁM - CỈÅÌNG ÂÄÜ ÁM - MÁÛT ÂÄÜ NÀNG LỈÅÜNG ÁM :
a/ Ạp sút ám (P):
Khäng gian cọ sọng ám lan truưn gi l trỉåìng ám. Khi lan truưn → mäi trỉåìng bë
nẹn dn liãn tủc → xút hiãûn ạp sút dỉ (pháưn thãm vo ạp sút khê quøn) gi l ạp sút ám.
p sút ám âỉåüc xạc âënh bàòng biãøu thỉïc:
p = ρ.c.v ,

[N/m2], [bar].

ρ : khäúi lỉåüng riãng ca mäi trỉåìng [kg/m3].
c : váûn täúc sọng ám, [m/s].
v : váûn täúc dao âäüng ca cạc pháưn tỉí trong mäi trỉåìng, [m/s].
p sút ám l mäüt âải lỉåüng biãún thiãn theo thåìi gian . Tải mäüt thåìi âiãøm xạc âënh
ca mäi trỉåìng , cỉï trong 1 chu k, ạp sút ám biãún âäøi tỉì giạ trë cỉûc âải (pmax) xúng 0, räưi
2
tàng tỉì 0 lãn cỉûc âải → thỉåìng láúy giạ trë trung bçnh ca ạp sút cỉûc âải: p TB =
p max v gi
2
l ạp sút ám cọ êch.

Nguùn Âçnh Hún

= 44 =

ÂHBKÂN


Giạo trçnh VÁÛT L KIÃÚN TRỤC
b/ Cỉåìng âäü ám (I):
( ):
Cỉåìng âäü ám l säú nàng lỉåüng ám âi qua 1 âån vë diãûn têch vng gọc våïi phỉång
truưn ám trong 1 giáy.
p2
I = p.v =
, [J/m2s], [W/m2].
ρ.c
Âäúi våïi sọng cáưu: ngưn âiãøm phán bäú âãưu trãn mi hỉåïng trong khäng gian, do âọ
cỉåìng âäü ám tải mäüt âiãøm cạch ngưn r [mẹt] bàòng:
P

,
[W/m2]
2
4πr
P : cäng sút ca ngưn ám, [W].
I=

Trong thỉûc tãú ngưn ám bỉïc xả khäng âãưu theo mi hỉåïng trong khäng gian, nãn biãøu
thë bàòng hãû säú cọ hỉåïng F. Cỉåìng âäü ám cạch ngưn mäüt khong r cọ giạ trë:
P.F
Ir =
,
[W/m2]
Ω.r 2
Ω : gọc vë trê ca ngưn ám trong khäng gian:
Ω = 4π : ngưn ám âàût trong khäng gian.
Ω = 2π : ngưn ám âàût trong màût phàóng.
Ω = π : ngưn ám âàût trong cảnh gọc nhë diãûn.
Ω = π/2 : ngưn ám âàût trong cảnh gọc tam diãûn.
F : hãû säú cọ hỉåïng : F =

p 2r
p 2tb

pr : ạp sút ám åí khong cạch r tênh cho mäüt hỉåïng nháút âënh.
ptb : ạp sút ám trung bçnh åí khong cạch r tênh cho mi hỉåïng.

c/ Máût âäü nàng lỉåüng ám (E):
Máût âäü nàng lỉåüng ám l nàng lỉåüng ám chỉïa trong 1 âån vë thãø têch ca mäi trỉåìng:
I

p2
E= =
,
[J/m3].
c ρ.c 2

3/ MỈÏC ẠP SÚT ÁM - MỈÏC CỈÅÌNG ÂÄÜ ÁM - MỈÏC MÁÛT ÂÄÜ NÀNG LỈÅÜNG ÁM:
Trong thỉûc tãú, phảm vi ám thanh tai ngỉåìi nghe âỉåüc thay âäøi trong mäüt khong ráút
låïn nãn ngỉåìi ta khäng âạnh giạ chụng theo trë säú tuût âäúi m âạnh giạ tỉång âäúi theo thang
logarit, gi l mỉïc ám, cọ âån vë âo l dexiben, [dB].

a/ Mỉïc ạp sút ám (LP):
L p = 10. lg

p2
p
= 20 lg
,
2
po
po

[dB]

po : ạp sút åí ngỉåỵng nghe qui ỉåïc : po = 2.10-5 N/m2.

Nguùn Âçnh Hún

= 45 =

ÂHBKÂN


Giaùo trỗnh VT LYẽ KIN TRUẽC
b/ Mổùc cổồỡng õọỹ ỏm (LI):
L I = 10. lg

I
Io

,

[dB].

Io : cổồỡng õọỹ ỏm ồớ ngổồợng nghe qui ổồùc: Io = 10-12 W/m2.

c/ Mổùc mỏỷt õọỹ nng lổồỹng ỏm (LE):
L E = 10. lg

E
,
Eo

[dB].

E0 : mỏỷt õọỹ nng lổồỹng ỏm ồớ ngổồợng nghe qui ổồùc : Eo=3.10-15 J/m3.

II - CAẽC C TRặNG SINH LYẽ CUA M THANH
1/ C IỉM THU NHN M THANH CUA TAI NGặèI :
Tai ngổồỡi laỡ bọỹ maùy ỏm hoỹc rỏỳt phổùc taỷp, tinh vi vaỡ hoaỡn thióỷn. Noù vổỡa õaùnh giaù õọỹ to

cuớa ỏm thanh 1, vổỡa phỏn tờch tỏửn sọỳ 2 õóứ coù caớm giaùc vóử õọỹ cao vaỡ ỏm sừc cuớa ỏm thanh, vổỡa
xaùc õởnh phổồng hổồùng vaỡ khoaớng caùch tồùi nguọửn ỏm. Giổợa nhổợng tióỳng ọửn họựn õọỹn, tai coù thóứ
phỏn taùch ra nhổợng ỏm thanh coù qui luỏỷt õóứ nghe hióứu õổồỹc tióỳng noùi.
Trong mọỹt ỏm phổùc taỷp bao giồỡ cuợng coù mọỹt ỏm cồ baớn (ỏm coù cổồỡng õọỹ maỷnh nhỏỳt),
caùc hoỹa ỏm vaỡ caùc ỏm khaùc. ọỹ cao cuớa ỏm thanh do tỏửn sọỳ cuớa ỏm cồ baớn quyóỳt õởnh. Tỏửn sọỳ
caỡng lồùn caớm giaùc ỏm thanh caỡng cao. Hai ỏm coù õọỹ cao bũng nhau nhổng ta coù thóứ phỏn bióỷt
õổồỹc sổỷ khaùc nhau laỡ do sọỳ lổồỹng vaỡ cổồỡng õọỹ cuớa caùc hoỹa ỏm khaùc nhau. Noùi caùch khaùc, sọỳ
lổồỹng vaỡ cổồỡng õọỹ cuớa caùc hoỹa ỏm quyóỳt õởnh ỏm sừc cuớa ỏm thanh.
Tai ngổồỡi nghe õổồỹc khoaớng ỏm thanh : 16Hz 20.000Hz.
< 16Hz Haỷ ỏm


tai ngổồỡi khọng nghe õổồỹc .
> 20000Hz Sióu ỏm
140

Mổùc aùp suỏỳt ỏm, dB

120

Ngổồợng õau tai

100
80

Phaỷm vi nghe tióỳng noùi

60
40
20

Ngổồợng nghe

0
20

102

103

Phaỷm vi nghe ỏm nhaỷc

104

Tỏửn sọỳ, Hz

Hỗnh 2: Phaỷm vi ỏm thanh tai ngổồỡi nghe õổồỹc

1
2

Nng lổồỹng giổợa ỏm lồùn nhỏỳt vaỡ nhoớ nhỏỳt tai ngổồỡi nghe õổồỹc khaùc nhau khoaớng 1012 lỏửn.
Tai coù thóứ phỏn tờch tỏửn sọỳ khoaớng 1000 lỏửn.

Nguyóựn ỗnh Huỏỳn

= 46 =

HBKN

Giaùo trỗnh VT LYẽ KIN TRUẽC
2/ MặẽC TO - ĩ TO :
a/ Mổùc to:
Caớm giaùc to nhoớ khi nghe ỏm thanh cuớa tai ngổồỡi vổỡa phuỷ thuọỹc vaỡo mổùc ỏm (dB) vổỡa
phuỷ thuọỹc tỏửn sọỳ ỏm (Hz). Noù õổồỹc õaùnh giaù bũng õaỷi lổồỹng mổùc to vaỡ õổồỹc xaùc õởnh theo
phổồng phaùp chuớ quan ỏm cỏửn õo so vồùi ỏm tióu chuỏứn.
Theo qui ổồùc quọỳc tóỳ, ỏm tióu chuỏứn laỡ ỏm hỗnh sin dổồùi daỷng soùng phúng coù tỏửn sọỳ laỡ
1000Hz.
ồn vở mổùc to laỡ Fon. ọỳi vồùi ỏm tióu chuỏứn mổùc to coù trở sọỳ bũng trở sọỳ cuớa mổùc aùp
suỏỳt ỏm theo dB. Vờ duỷ, ỏm tióu chuỏứn coù mổùc aùp suỏỳt ỏm 50dB thỗ coù mổùc to laỡ 50Fon.
Mổùc to cuớa ỏm bỏỳt kyỡ coù trở sọỳ bũng mổùc to cuớa ỏm tióu chuỏứn (tờnh bũng Fon) nóỳu
caớm giaùc nghe to 2 ỏm laỡ nhổ nhau.
Dổỷa vaỡo kóỳt quaớ so saùnh rỏỳt nhióửu ỏm õồn theo phổồng phaùp õoù, D.Robinson vaỡ
R.Dadson õaợ lỏỷp õổồỹc bióứu õọử caùc õổồỡng õọửng mổùc to. Mọựi õổồỡng cong trón bióứu õọử laỡ tỏỷp
hồỹp nhổợng ỏm coù tỏửn sọỳ vaỡ mổùc aùp suỏỳt ỏm khaùc nhau, nhổng õóửu nghe to nhổ nhau nón coù
cuỡng mọỹt trở sọỳ mổùc to Fon.

Hỗnh 3: Bióứu õọử caùc õổồỡng õọửng mổùc to cuớa Robinson vaỡ Dadson

b/ ọỹ to:
ọỹ to duỡng õóứ õaùnh giaù ỏm naỡy to hồn ỏm kia bao nhióu lỏửn, õồn vở õo laỡ Son , noù tố lóỷ
thuỏỷn vồùi caớm giaùc õọỹ to cuớa ỏm thanh. Giổợa õọỹ to vaỡ mổùc to coù quan hóỷ sau õỏy:
S = 2 0,1( F 40 )

Nguyóựn ỗnh Huỏỳn

= 47 =

HBKN

Giaùo trỗnh VT LYẽ KIN TRUẽC
S : õọỹ to, [Son].
F : mổùc to, [Fon].
ọỹ to 1 Son tổồng ổùng vồùi mổùc to 40 Fon. Khi mổùc to trón 40 Fon mọựi sổỷ thay õọứi
mổùc to 9-10 Fon seợ tổồng ổùng vồùi sổỷ thay õọứi õọỹ to laỡ 2 lỏửn. Mọỳi quan hóỷ naỡy õổồỹc thóứ hióỷn
qua hỗnh veợ sau:

Hỗnh 4: quan hóỷ giổợa õọỹ to vaỡ mổùc to

Nguyóựn ỗnh Huỏỳn

= 48 =

HBKN


Giạo trçnh VÁÛT L KIÃÚN TRỤC

I - HÃÛ SÄÚ HỤT ÁM - VÁÛT LIÃÛU HỤT ÁM
1/ HÃÛ SÄÚ HỤT ÁM :
Khi mäüt ngưn ám truưn âãún kãút cáúu (Et) thç:

-

Mäüt pháưn xun qua kãút cáúu : Ex
Mäüt pháưn phn xả tråí lải : Ef
Mäüt pháưn bë kãút cáúu háúp thu : Eh

Våïi váût liãûu hụt ám thç Ex ráút bẹ, âỉåüc coi nhỉ
chung våïi thnh pháưn bë váût liãûu hụt (Eh).

Et
Ex

Ef

Eh

Lục ny Et = Ef + Eh .
Ta s cọ hãû säú hụt ám ca váût liãûu:

α=
•

Eh Et − Ef
=
Et
Et

Hçnh 1: truưn ám qua kãút cáúu

Kãút cáúu bçnh thỉåìng → α coi nhỉ khäng âạng kãø.
Khäng gian bao la (cỉía måí) → α = 100%.

Hãû säú α phủ thüc vo gọc tåïi θ ca Et :
Khi θ = 0o (Et ⊥ bãư màût váût liãûu) → α = max.
Khi θ = 90o (Et // bãư màût váût liãûu) → α = min.

• Hãû säú α cn phủ thüc vo tênh cháút váût l ca váût liãûu, cáúu trục ca váût liãûu lm
kãút cáúu. Hay cn gi l phủ thüc vo tråí ám ca váût liãûu.

2/ VÁÛT LIÃÛU HỤT ÁM :
Nhỉ hçnh v trãn miãu t, åí âáy thnh pháưn Ef v Ex cn âỉåüc cäüng thãm mäüt pháưn
nàng lỉåüng do kãút cáúu dao âäüng bỉïc xả ra. Váún âãư åí váût liãûu hụt ám l ta nghiãn cỉïu Eh ca
nọ. Thnh pháưn ny xy ra ch úu do:

Ma sạt trãn bãư màût cạc thnh läù ca váût liãûu: do ma sạt ca cạc pháưn tỉí khäng khê
våïi thnh → mäüt pháưn nàng lỉåüng ám biãún thnh nhiãût.
Nguùn Âçnh Hún

= 49 =

ÂHBKÂN


Giạo trçnh VÁÛT L KIÃÚN TRỤC
Sỉû dáùn nhiãût ca váût liãûu: sọng ám nẹn khäng khê trong cạc läù räùng → bë nọng lãn
theo chu k → nhiãût thoạt ra cạc läù räùng → ạp sút khäng khê hả tháúp dáưn → kẹo
theo sỉû máút mạt nàng lỉåüng ám.
Sỉû biãún dảng khạc nhau giỉỵa cạc bäü pháûn ca chụng: vç váût liãûu cọ cáúu trục khạc
nhau → khi nẹn, cạc thnh mng bë nung nọng nhiãưu hån do biãún dảng låïn hån →
san bàòng nhiãût âäü khäng khê → hả tháúp ạp sút → máút mạt nàng lỉåüng ám.
Biãún dảng dỉ ca váût liãûu: khi ạp sút gim → váût liãûu biãún dảng dỉ → cọ quạ trçnh
máút mạt nàng lỉåüng → phi b bàòng nàng lỉåüng ám.
Theo âàûc tênh cå l ca váût liãûu, v theo sỉû máút mạt nàng lỉåüng ám ngỉåìi ta chia váût
liãûu v kãút cáúu hụt ám thnh cạc dảng sau âáy:

Váût liãûu hụt ám xäúp:

- Loải cọ thnh läù cỉïng khäng ân häưi: bã täng bt, gảch xäúp, sa mäút,..
- Loải cọ thnh läù ân häưi: bäng khoạng, bäng thy tinh, såüi gäù ẹp,...
Kãút cáúu dao âäüng hụt ám: do biãún dảng khi chụng bë dao âäüng dỉåïi tạc dủng ca
sọng ám. ÅÍ âáy näüi ma sạt ca váût liãûu cọ nh hỉåíng to låïn âãún sỉû máút mạt nàng
lỉåüng ám.
Kãút cáúu cọ táúm âủc läù phêa sau âàût váût liãûu hụt ám xäúp: l kãút cáúu hụt ám phäúi håüp
hai cå chãú hụt ám trãn. Vç váûy phảm vi táưn säú hụt ám âỉåüc måí räüng hån v cọ thãø ạp
dủng räüng ri trong ám hc cạc phng cng nhỉ trong chäúng tiãúng äưn cäng nghiãûp.
Kãút cáúu hụt ám cäüng hỉåíng: hụt ám ch úu do ma sạt giỉỵa khäng khê v thnh kãút
cáúu, nhỉng lm viãûc theo ngun tàõc cäüng hỉåíng v tênh nàng hụt ám âỉåüc tênh toạn
trỉåïc.

II - CẠC KÃÚT CÁÚU HỤT ÁM
1/ VÁÛT LIÃÛU HỤT ÁM XÄÚP :
Âọ l váût liãûu cọ nhiãưu läù räùng thäng nhau v thäng ra ngoi, nhỉ sn pháøm dãût (vi,
thm len, thm âay, thm cọi,...); bäng thu tinh; bäng khoạng; xäúp täøng håüp (táúm mụt);... Nọ
cọ kh nàng hụt ám åí táưn säú cao.
α

Táúm bo vãû

Tỉåìng

1

0,5

0
VL xäúp

Hçnh 2: váût liãûu xäúp hụt ám

Nguùn Âçnh Hún

125

250

500 1000 2000 4000
Táưn säú, Hz

Hçnh 3: hãû säú hụt ám theo táưn säú

= 50 =

ÂHBKÂN


Giạo trçnh VÁÛT L KIÃÚN TRỤC
Khi sọng ám tåïi bãư màût lm viãûc → khäng khê trong läù räùng dao âäüng, mäüt pháưn ám
nàng biãún thnh cå nàng v mäüt pháưn biãún thnh nhiãût nàng.
Kh nàng hụt ám ca váût liãûu xäúp phủ thüc vo âàûc âiãøm ca cạc läù räùng. Nãúu cạc
váût liãûu â xäúp thç khi cọ âäü dy thêch håüp, nọ cọ thãø hụt âỉåüc 95% nàng lỉåüng ám tåïi åí cạc
táưn säú cao.
Cọ thãø âạnh giạ kh nàng hụt ám ca váût liãûu bàòng âải lỉåüng tråí thäøi r (sỉïc cn ca
khäng khê khi thäøi qua váût liãûu). Tråí thäøi r cng låïn thç kh nàng hụt ám ca váût liãûu cng
nh.
∆p
r=
[N.s/m3].

v
∆p : hiãûu säú ạp sút åí 2 bãn kãút cáúu, [N/m2].
v : váûn täúc dng khäng khê qua kãút cáúu, [m/s].
Cạc táúm hụt ám xäúp cọ thãø chãú tảo thnh cạc táúm ẹp nỉía
cỉïng (tỉì bäng khoạng, bäng thu tinh, såüi gäù, b mêa, råm
rả,...); bãư màût cọ thãø ph mäüt låïp sån hoa vàn trang trê. Khi sỉí
dủng cọ thãø âàût trỉûc tiãúp lãn kãút cáúu hồûc tảo mäüt khe håí
khäng khê phêa sau nọ.
Váût liãûu cọ thãø ẹp thnh cạc táúm mãưm hồûc nỉía mãưm v
âàût cạch tỉåìng hồûc sạt tỉåìng, cọ âủc läù hồûc khäng.

500

- Kh nàng hụt ám ca táúm âủc läù låïn hån táúm khäng
Hçnh 4: táúm ẹp váût liãûu xäúp hụt ám
âủc läù.
- Kh nàng hụt ám (táưn säú tháúp) táúm âàût cạch tỉåìng låïn hån táúm âàût sạt tỉåìng.
2/ TÁÚM DAO ÂÄÜNG CÄÜNG HỈÅÍNG HỤT ÁM :

Khi cọ sọng ám → cọ ạp sút ám → táúm
dao âäüng nhåì mäüt pháưn nàng lỉåüng ám biãún
thnh cå nàng v mäüt pháưn biãún thnh nhiãût
nàng âãø thàõng näüi ma sạt ca váût liãûu.
Màût khạc, kãút cáúu giäúng nhỉ mäüt hãû
thäúng dao âäüng cå hc (táúm mng l khäúi lỉåüng,
khäng khê phêa sau nọ l l xo), cọ mäüt táưn säú
dao âäüng riãng, v khi táưn säú ám tåïi kãút cáúu
trng våïi nọ, s xy ra cäüng hỉåíng. Khi âọ kãút
cáúu s dao âäüng ráút mảnh, v kh nàng hụt ám s
âảt cỉûc âải åí táưn säú ny.

Nguùn Âçnh Hún

= 51 =

≥ 1000

L táúm mng bàòng gäù vạn, gäù dạn, cháút
do, ximàng amiàng,... âọng lãn hãû khung bàòng
gäù hồûc kim loải.

≥ 700

Hçnh 5: táúm dao âäüng cäüng hỉåíng hụt ám

ÂHBKÂN