Phan 2 am thanh

MỤC LỤC















Phần 1: Mơi trƣờng Nhiệt - Ẩm.
Chương 1: Khí hậu ngồi nhà và vi khí hậu trong cơng trình kiến trúc.
Chương 2: Truyền nhiệt ổn định.
Chương 3: Truyền nhiệt dao động.
Chương 4: Truyền ẩm
Chương 5: Thiết kế che nắng.
Chương 6: Thơng gió tự nhiên.
Phần 2 : Mơi trƣờng Âm thanh.
Chương 1: Các khái niệm cơ bản về âm thanh.
Chương 2: Âm học phịng thính giả
Chương 3: Âm học đơ thị.
Phần 3: Môi trƣờng Ánh sáng
Chương 1: Các khái niệm cơ bản.
Chương 2: Chiếu sáng tự nhiên
Chương 3. Chiếu sáng nhân tạo.

Chương 4: Chiếu sáng công cộng trong đô thị


PHẦN 2. MÔI TRƢỜNG ÂM THANH
Chƣơng 1: Các khái niệm cơ bản về âm thanh
Chƣơng 2: Âm học phịng thính giả
Chƣơng 3: Âm học đô thị


CHƢƠNG 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ÂM THANH


1.1. BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ÂM THANH
1.1.1. Sóng âm
a) Khái niệm:
• Âm thanh là những sóng dao động xuất hiện trong các mơi trường vật chất: khí,
lỏng, rắn (gọi chung là môi trường đàn hồi) khi chịu các lực kích thích .
• Những lực kích thích là nguồn âm (dây đàn, màng trống, tiếng nói, …).
• Sóng dao động được gọi là sóng âm, mơi trường có sóng âm lan truyền gọi là
trƣờng âm.

Sóng âm

Trường âm


1.1. BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ÂM THANH (cont)
1.1.1. Sóng âm (tiếp)

b) Phân loại sóng âm:

 Theo phƣơng dao động:
Sóng dọc: các phần tử dao động dọc theo phương
truyền sóng.
Sóng ngang: các phần tử dao động vng góc với
phương truyền sóng.
 Theo mặt dạng sóng:
Sóng cầu: mặt sóng là mặt cầu (nguồn điểm tạo ra
sóng cầu).
Sóng phẳng: mặt sóng là mặt phẳng.
Sóng trụ: mặt sóng là mặt trụ.
Sóng uốn.

Sóng dọc

Sóng ngang

Sóng uốn


1.1. BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ÂM THANH (cont)
1.1.1. Sóng âm (tiếp)
c) Các đặc trƣng vật lý cơ bản của sóng âm:
•

Tần số âm : f (Hz),

•

Bƣớc sóng : λ (m),

•

Chu kỳ dao động : T (s),

•

Biên độ dao động : A,

•

Vận tốc âm : c (m/s),
Vận tốc âm trong khơng khí:
c = 340 m/s khi t = 14 oC

Phụ thuộc vào nhiệt độ (t, oC):
c = 331,5 + 0,61 x t


,m/s

Công thức liên hệ:

λ = c / f = c.T
Vận tốc ở một số môi trường ở 21ºC (m/s)


1.1. BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ÂM THANH (cont)
1.1.2. Công suất, cƣờng độ, áp suất và mật độ năng lƣợng âm:
a) Công suất âm: P (W) : là năng lượng âm do nguồn âm bức xạ trong một giây.
Máy bay phản lực

Máy tán đinh khí nén, mơ-tơ tăng tốc
Quạt điện hướng trục 50kW
Dàn nhạc (giao hưởng) lớn
Máy trộn thức ăn, máy xay cà-fê
Đàm thoại thông thường

10 kW (104 W)
1W
0,1 W (10-1 W)
0,01 W (10-2 W)
0,001 W (10-3 W)
0,00001 W (10-5 W)

b) Cƣờng độ âm: I (W/m2) : Số năng
lượng trung bình đi qua một đơn vị diện tích
vng góc với phương truyền âm trong một
giây.
c) Mật độ năng lƣợng âm: E (J/m3) là
năng lượng âm chứa trong một đơn vị thể tích
mơi trường trong 1 s.
d) Áp suất âm: p (N/m2 hay Pa) : là áp suất dư (áp suất có thêm so với khí quyển
tĩnh) có trong mơi trường âm.
• pmax : áp suất cực đại.
phq2 = pmax2 /2
• phq : áp suất hiệu quả.
I = pmax2/2ρ0c0
2
• ρ0c0 = 415 kg/m s : trở âm của khơng khí.

1.1. BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ÂM THANH (cont)
1.1.3. Mức âm (dB - Đề xi ben):
•
Âm thanh tai ngƣời cảm nhận đƣợc có cƣờng độ và
áp suất thay đổi trong một phạm vi rất rộng.
Ngưỡng nghe: I0 = 10-12 W/m2
p0 = 2.10-5 Pa
Ngưỡng đau: I = 1
W/m2
p = 2.10 Pa

•
Weber Fechner : Cảm giác âm thanh của tai
người tỷ lệ với lôgarit của năng lượng âm thanh.
>>> Mức âm : là đơn vị đánh giá âm thanh theo thang lôgarit (cơ số 10) của tỷ
số giữa áp suất hoặc cƣờng độ âm cần đo với áp suất và cƣờng độ âm lấy làm
chuẩn so sánh ( I0 ;P0 ).
• Mức cƣờng độ âm:

I
I
LI  lg ( B)  LI  10  lg (dB)
I0
I0

Mức áp suất âm:

p
p
LP  2 lg ( B)  LP  20  lg (dB)

p0
p0

1 B (Ben) = 10 dB (dexiBen)
*) Chú ý: Mức cường độ âm và Mức áp suất âm của cùng một âm là như nhau gọi
chung là mức âm (LI = Lp).


1.1. BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ÂM THANH (cont)
1.1.3. Mức âm (dB - Đề xi ben) (tiếp)

Mức âm một số nguồn thƣờng gặp:
- Vườn yên tĩnh : 20 ÷ 30 dB
- Tiếng nói thầm xì xào (cách 1m) : 35 dB
- Nói to : 60 ÷ 70 dB
- Phịng hịa nhạc disco : 100 dB

Quan hệ Cường độ, áp suất và mức âm


1.1. BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ÂM THANH (cont)
1.1.3. Mức âm (dB - Đề xi ben) (tiếp)


1.2. TAI NGƢỜI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẢM THỤ ÂM THANH
1.2.1. Cấu tạo tai ngƣời.
Sơ đồ tai ngƣời:
a.

Tai ngoài;

1. Vành tai;
2. Ống tai;
b. Tai giữa;
1. Màng nhĩ;
2. Xương búa;
3. Xương đe;
4. Xương bàn đạp;
5. Vòi Eustache
c. Tai trong;
1. Ống bán khuyên;
2. Ốc tai;


1.2. TAI NGƢỜI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẢM THỤ ÂM THANH (Cont)
1.2.2. Phạm vi nghe âm thanh của tai ngƣời.
Phạm vi nghe âm: 20Hz – 20.000Hz
Ngưỡng nghe
20 Hz
Hạ âm

Pham vi nhạy cảm
nhất của tai

1000 Hz

5000 Hz

Phạm vi nghe đƣợc

Ngưỡng đau

20 kHz
Siêu âm


1.2. TAI NGƢỜI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẢM THỤ ÂM THANH (Cont)
1.2.3. Độ cao của âm thanh
Độ cao hay thấp, thanh hay trầm của âm thanh do tần số của nó quyết định
16 Hz

355 Hz

Tần số thấp

1400 Hz

Tần số trung
bình

20.000 Hz

Tần số cao


1.2. TAI NGƢỜI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẢM THỤ ÂM THANH (Cont)
1.2.4. Cảm giác to nhỏ – mức to : M (phon).
•
Cảm giác to nhỏ khi nghe âm thanh phụ thuộc vào tần số và mức âm, được đánh
giá bằng đơn vị là mức to (đơn vị: phon).
•
Thang phon được thành

lập theo âm tần số 1000Hz
làm chuẩn, trị số mức to
(phon) ở tần số này bằng trị
số mức âm.
Ví dụ: Âm có :

Tần số:

f = 2000 Hz

Mức âm:

L = 85 dB

 Mức to:

M = 87 phon

Biểu đồ các đường đồng mức to
(của Robinson và Dadson)


1.2. TAI NGƢỜI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẢM THỤ ÂM THANH (Cont)
1.2.4. Cảm giác to nhỏ – mức to : M (phon) (tiếp)

Tiếng chim hót ở f=5000Hz (50dB)
nghe to bằng tiếng máy tiện f=50Hz
(80 dB).

1.2. TAI NGƢỜI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẢM THỤ ÂM THANH (Cont)
1.2.5. Độ to (D) – thang son
- Độ to, D : cũng giống như mức to, là 1 đại
lượng chủ quan đánh giá cảm giác to nhỏ của âm
thanh, nhƣng nó thay đổi theo tỷ lệ bậc nhất
của cảm giác.
- Đơn vị: son
Từ 1 son đến 2 son cảm giác nghe to tăng 2
lần.
- Cách xác định: dùng biểu đồ hoặc công thức.
- Công thức liên hệ giữa Son & Phon:

D = 2 (M – 40)/10
=> Một âm có M = 40 (phon) thì: D = 1 (son)

•

Khi Mức to tăng 10 (phon) => Độ to tăng 2 lần.

Quan hệ giữa Độ to và Mức to


1.2. TAI NGƢỜI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẢM THỤ ÂM THANH (Cont)
1.2.5. Độ to (D) – thang son (tiếp)
Ví dụ:
So sánh độ to giữa 2 âm:
- Âm 1: f1 = 60 Hz
L1 = 90 dB
- Âm 2: f2 = 100 Hz
L2 = 50 dB

• Âm 1: f1 = 60 Hz
L1 = 90 dB
→ Tra biểu đồ đồng mức to được M1 = 80 phon
Âm 2: f2 = 100 Hz
L2 = 50 dB
→ Tra biểu đồ đồng mức to được M2 = 40 phon
• Âm 1: M1 = 80 phon → Tra biểu quan hệ độ to và mức to được D1 = 16 son
Âm 2: M2 = 40 phon → Tra biểu quan hệ độ to và mức to được D2 = 1 son
• Vậy: D1 / D2 = 16 / 1 = 16 lần
→ Âm 1 nghe to hơn âm 2 là 16 lần


1.2. TAI NGƢỜI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẢM THỤ ÂM THANH (Cont)
1.2.6. Khả năng định hƣớng nguồn âm
và cảm thụ khoảng cách
•
Khả năng định hướng nguồn âm khi
nghe âm là nhờ nghe qua 2 tai, nếu nghe 1
tai thì mất khả năng định hướng.
•
Hiệu ứng Haas: Khả năng định hướng
của tai được giải thích là do sự chênh lệch
về thời gian và cƣờng độ vì có sự chênh
lệch về qng đương từ nguồn âm đến mỗi
tai.


1.2. TAI NGƢỜI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẢM THỤ ÂM THANH (Cont)
1.2.7. Hiệu ứng che lấp

Hiện tượng che lấp xảy ra khi nghe một âm thanh trong môi trường ồn.
=> Khi đó nghe âm thanh khó hơn do tiếng ồn che lấp một phần các âm cần nghe.


1.3. ĐO ÂM THANH
1.3.1. Máy đo
- Máy đo: Máy đo mức âm
(Sound level meter).
- Các phép đo chính:
•
Phân tích mức âm theo
tần số.
•
Đo mức âm tổng cộng
về năng lượng theo các
thang hiệu chỉnh gần đúng về
cảm giác âm thanh của thính
giác người.
•
Đo tích lũy theo từng
khoảng thời gian xác định trị
số trugn bình năng lượng âm
thanh (Mức âm tương
đương).
•
Đo thời gian âm vang
của phòng.


1.3. ĐO ÂM THANH (Cont)

1.3.2. Mức âm hiệu chỉnh A,B,C,D
(weight sound levels)
- Mục đích: Chuyển đổi một cách gần
đúng các kết quả đo khách quan của máy
về cảm giác chủ quan của tai người.
Đưa vào mày các mạch hiệu chỉnh
tương ứng với các đường đồng mức to
gần ở mức khảo sát nhất.
- Chia các đƣờng đồng
mức to thành 3 vùng xác định
và xác định đường trung bình
cho mỗi vùng đó.
•

Vùng A: 0 đến 40 dB

•

Vùng B: 40 đến 70 dB

•

Vùng C: 70 dB trở lên

•
Vùng D: Vùng tần số
cao (máy bay,...)


1.3. ĐO ÂM THANH (Cont)

1.3.3. Dải tần số âm (sound frequency bands)
- Đánh giá âm thanh theo một mức âm tổng cộng là chưa đủ mà cịn phải phân
tích chúng theo các tần số khác nhau.

- Phân tích âm thanh trên cả dải tần số 20-2000 Hz là không cần thiết.
- ISO kiến nghị sử dụng các Dải tần số âm tiêu chuẩn.
- Một dải tần số đƣợc xác định bởi:
•

Tần số giới hạn dƣới: f1

•

Tần số giới hạn trên: f2



Bề rộng của mỗi dải tần số là:
Δf = f2 - f1

- Các loại dải tần số:
•

Dải 1 ốcta: f2/f1= 21 (hay được dùng khi nghiên cứu tiếng ồn):
có các tần số f= 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000.

•

Dải 1/2 ốcta: f2/f1= 21/2 = 1,41,

•

Dải 1/3 ốcta: f2/f1= 21/3 = 1,26 ; (dùng trong tính tốn cách âm kết cấu nhà).

- Tên của dải gọi theo trị số trung bình của dải:
ftb = (f1 .f2 )1/2


1.3. ĐO ÂM THANH (Cont)
1.3.4. Phổ âm thanh (Sound spectrum)
- Tác dụng: Đánh giá, phân tích âm thanh thơng qua việc lập biểu đồ mức âm theo
các tần số của chúng.
- Phân loại:

•

•

Phổ vạch: (tiếng nói, tiếng hát, âm nhạc,..)gồm âm cơ bản và các họa âm.

•

Phổ liên tục: (tiếng ồn, ...) gồm các tần số dày đặc.

Phổ của tiếng đàn violin

•

Phổ của tiếng ồn

1.4.TRUYỀN ÂM Ở NGOÀI TRỜI
1.4.1. Sự giảm năng lƣợng âm theo
khoảng cách
a) Nguồn điểm.
Khi khoảng cách tăng gấp đơi thì
mức âm giảm xuống 6 dB.

b) Nguồn đƣờng.
Khi khoảng cách tăng gấp đơi thì
mức âm giảm xuống 3 dB.


1.4.TRUYỀN ÂM Ở NGỒI TRỜI (Cont)
1.4.2. Tính tổng các mức âm
a) Tổng của hai mức âm thành phần:
Có 2 cách:
•Dùng cơng thức.
•Dùng biểu đồ.
 Dùng cơng thức:
Từ cơng thức:

I
I

L

 10

10

A
LA = 10lg((I1+I2)/I0)

L

I I

0

10

10

 10

12

0

Ví dụ: Tính L1+2 khi biết: L1 = 90 dB, L2 = 80 dB
I1 = 10(90/10-12) = 10-3 = 0,001.
I2 = 10(80/10-12) = 10-4 = 0,0001.
=>

I1 + I2 = 0,0011 W/m2

=>

L1+2 = 10.lg(0,0011/10-12)

= 10.lg(11.108)
= 10.9,04
= 90,4 dB

L2 = 10lg(I2/I0)

L1 = 10lg(I1/I0)

L

10

10

L

 10

10

12