Ô nhiễm tiếng ồn không thể nhìn thấy nhưng vẫn luôn hiện diện xung quanh chúng ta, gây ảnh hưởng tới sức khỏe và chỉ số hạnh phúc của hàng triệu người mỗi ngày. Do đó không chỉ trên thế giới mà tại Việt Nam vấn đề cách âm, chống ồn đặc biệt tại các thành phố lớn gần đây cũng đang được quan tâm. Các cơ quan chức năng cũng đã ban hành nhiều qui định liên quan tới chống ồn để bảo vệ sức khoẻ người dân, đặc biệt là Nghị định 45/2022/NĐ-CP là quy định mới nhất về xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực bảo vệ môi trường đưa ra các định mức phạt do vi phạm qui định về tiếng ồn rất cao. Do đó nghiên cứu phát triển lĩnh vực thử nghiệm cách âm cho vật liệu và kết cấu công trình xây dựng tại Việt Nam có tính cấp thiết về mặt khoa học và thực tiễn cũng như góp phần vào bảo vệ sức khỏe người dân và phát triển kinh tế xã hội.
Âm học trong một tòa nhà đề cập đến sự lan truyền của âm thanh trong công trình, giữa các không gian khép kín từ bên ngoài vào bên trong nhà, thậm chí cả từ trong ra ngoài nhà. Lĩnh vực này cũng đề cập đến việc ngăn chặn sự lan truyền tiếng ồn để tránh nhiễu âm thanh. Sự xáo trộn âm thanh có thể gây ra rất nhiều vấn đề ảnh hưởng tới sức khỏe con người. Tiếng ồn là âm thanh không mong muốn, gây khó chịu, rối loạn hoặc có hại cho sức khỏe của những người cảm nhận nó. Tiếng ồn tạo ra cảm giác khó chịu và gây trở ngại hoặc cản trở sự chú ý, giao tiếp, tập trung, nghỉ ngơi và ảnh hưởng đến giấc ngủ. Tiếng ồn kéo dài liên tục có thể gây ra trạng thái căng thẳng mãn tính dẫn đến các bệnh tâm lý và rối loạn thể chất, các bệnh về tim mạch và những thay đổi của hệ thống miễn dịch.
Theo một số nghiên cứu tiếng ồn từ 30 dB trở lên, có thể gây ra các vấn đề về giấc ngủ như gián đoạn giấc ngủ và có thể gây mất ngủ với các mức độ khác nhau tùy thuộc vào từng người. Căn nhà của mỗi người cần là không gian không có tiếng ồn để ngủ và nghỉ ngơi. Hậu quả trực tiếp của việc không được nghỉ ngơi hợp lý là những người bị ảnh hưởng sẽ không thể tập trung thực hiện đúng các công việc vào ngày hôm sau. Điều này được thể hiện rõ thông qua sự giảm sút trong thành tích học tập hoặc năng suất lao động, sự gia tăng của các vụ tai nạn lao động hoặc tai nạn giao thông, hay các hành vi chống đối xã hội, v.v…
Có hai loại ô nhiễm tiếng ồn chính là tiếng ồn trong không khí (Airborne Noise) và tiếng ồn va chạm (Impact Noise). Tiếng ồn trong không khí là các sóng âm thanh lan truyền trong không khí từ nguồn phát đến tai chúng ta. Nó bao gồm hầu hết các dạng ô nhiễm tiếng ồn điển hình, bao gồm: tiếng tivi, tiếng nhạc, tiếng nói chuyện, tiếng phương tiện giao thông bên ngoài,… Tiếng ồn trong không khí vẫn có thể truyền qua một bề mặt (chẳng hạn như sàn/trần nhà) nhưng âm thanh bị suy giảm nhiều hơn ở phía bên kia. Điều này là do sóng âm thanh mất năng lượng khi truyền qua bề mặt, trong khi một phần cũng có thể bị hấp thụ hoặc phản xạ.
Tiếng ồn va chạm là những âm thanh được tạo ra thông qua sự tiếp xúc trực tiếp giữa một vật thể và một bề mặt, bao gồm: tiếng bước chân, tiếng di chuyển đồ đạc, làm rơi vật gì đó trên sàn. Tiếng ồn va chạm - còn được gọi là tiếng ồn do cấu trúc (structure-borne noise) gây ra bởi các rung động. Một vật thể chạm vào bề mặt và tạo ra dao động đi qua cấu trúc và đi ra phía bên kia dưới dạng sóng âm thanh. Tiếng ồn va chạm được cho là khó chống ồn hơn tiếng ồn không khí, do có nhiều năng lượng dao động hơn nhưng vẫn có thể ngăn chặn hoặc làm suy giảm. “Định luật khối lượng” trong âm học là cơ sở của cách âm trong không khí, nên vật liệu có mật độ càng cao thì vật liệu đó càng khó bị rung khi bị ảnh hưởng bởi sóng âm. Do đó, tốc độ lan truyền của sóng âm qua vật liệu sẽ bị suy yếu mạnh và hiệu quả cách âm trở nên tốt hơn, trong khi vật liệu có khả năng tiêu âm tốt sẽ nhẹ, xốp và không thích hợp làm vật liệu cách âm. Cho nên vấn đề ô nhiễm tiếng ồn hiện nay sẽ càng gia tăng do các công trình xây dựng hiện đại có xu hướng thay thế vật liệu nặng hơn bằng vật liệu nhẹ hơn.
a. Tiếng ồn không khí | 
b. Tiếng ồn va chạm |
Hình 2: Hai loại ô nhiễm tiếng ồn chính trong công trình xây dựng
Có bốn nguyên tắc chính để chống ồn xâm nhập vào không gian: Chặn âm, khử âm, tách âm và tiêu âm. Mỗi loại đều có tác dụng khác nhau khi cách âm và hữu ích trong các trường hợp khác nhau:
Chặn âm (Sound Blocking): Khi tăng khối lượng vào một cấu trúc chúng ta sẽ làm cho cấu trúc đó khó rung động hơn. Có nghĩa là sóng âm thanh truyền trong không khí (tức là tiếng ồn không khí) sẽ suy giảm để đi qua cấu trúc đó. Tuy nhiên, việc sử dụng vật liệu nặng sẽ không có tác dụng chống lại tiếng ồn va chạm. Vật liệu nặng hoạt động như một rào cản âm thanh chống lại tiếng ồn trong không khí. Vật liệu dày hơn, nặng hơn sẽ phù hợp để chặn âm thanh tốt hơn. Quy tắc là cứ tăng gấp đôi khối lượng sẽ giảm âm thanh đi 6dB. Ví dụ: nếu một tấm bê tông dày 150mm chặn 51 dB, thì một tấm dày 300mm sẽ chặn 57 dB.
Khử âm (Sound Damping): Khử âm là hành động ngăn chặn các rung động trong công trình tạo thành sóng âm thanh. Một trong những vật liệu khử âm phổ biến nhất là keo đàn hồi. Đó là một hợp chất đàn hồi nhớt, có nghĩa là nó không bao giờ cứng hoàn toàn. Kết quả là, nó chuyển đổi các rung động thành nhiệt năng hơn là lan truyền chúng. Nó rất hiệu quả để chống lại cả tiếng ồn va đập và tiếng ồn trong không khí. Nó cũng hoạt động tốt để làm giảm tiếng ồn tần số thấp hoặc tiếng ồn xây dựng.
Tách âm (Sound Decoupling): Tách âm là nguyên tắc chống ồn hiệu quả nhất. Còn được gọi là cách ly cơ học, nó liên quan đến việc ngăn cản đường đi của sóng âm thanh qua đường dẫn cơ học (chẳng hạn như các rầm tường). Tách âm là một ví dụ khác về chặn âm bởi nguyên tắc ngăn sóng âm truyền qua cấu trúc một cách vật lý. Có nhiều phương pháp khác nhau để tách âm cho tường như tạo ra 2 bộ khung vách và lấp đầy khoang giữa bằng vật liệu cách âm. Nhưng phương pháp này đòi hỏi nhiều công xây dựng. Một phương pháp phổ biến hơn là sử dụng các khung xương đàn hồi và các clip cách âm. Các khung xương đàn hồi và các clip cách âm ngăn cách vách thạch cao khỏi các rầm, có nghĩa là sóng âm không thể truyền được dễ dàng. Tách âm có hiệu quả chống lại tiếng ồn va chạm. Nhưng do có thêm các lớp vào cấu trúc nên cũng có hiệu quả chống lại tiếng ồn không khí.
Hấp thụ âm (Sound Absorption): Vật liệu hấp thụ âm thanh chuyển đổi sóng âm thanh thành nhiệt năng, làm giảm biên độ (âm lượng) của chúng. Hấp thụ âm không cản âm thanh; nó làm giảm chúng nên việc hấp thụ âm thanh có thể được coi là biện pháp quản lý âm thanh hơn là ngăn chặn âm thanh. Vật liệu này thường được sử dụng để kiểm soát tiếng vang, độ vang để cải thiện chất lượng âm thanh trong một không gian. Vật liệu hấp thụ âm thanh điển hình là vật liệu xốp (có cấu trúc hở). Điều này cho phép sóng âm thanh đi vào và làm tiêu hao năng lượng khi cố gắng làm cho các sợi của vật liệu rung động. Cuối cùng, sóng âm thanh mất đi một phần năng lượng khi nó chuyển hóa thành nhiệt năng. Điều này được coi một phần sóng âm đã bị hấp thụ. Vì vậy, hấp thụ âm mang lại hiệu quả cách âm nhưng không giống ba nguyên tắc trên. Hấp thụ âm là quản lý âm còn ba nguyên tắc còn lại là ngăn chặn âm. Mặc dù hấp thụ không phải ngăn chặn sóng âm thanh, nhưng nó vẫn hữu ích trong một dự án cách âm. Ví dụ, nếu có thể hấp thụ sóng âm thanh thì sẽ có ít sóng truyền qua cấu trúc hơn. Nhưng nếu xem xét việc chỉ sử dụng vật liệu hấp thụ để làm tường, âm thanh vẫn sẽ truyền qua nó. Bản chất xốp của vật liệu hấp thụ không cản tiếng ồn mà làm cho âm thanh bị ngăn chặn ở phía bên kia của bức tường. Để chống ồn hiệu quả cần dựa trên sự kết hợp của 4 nguyên tắc này với nhiều công suất khác nhau.
Khả năng giảm tiếng ồn của một thành phần công trình xây dựng (ví dụ như tường, trần, cửa ra vào và cửa sổ) được gọi là hiệu quả giảm truyền âm (sound transmission loss- TL) hoặc chỉ số giảm âm (sound reduction index – R). Các chỉ số này là giá trị tính bằng decibel, được xác định bằng cách đo mức áp suất âm thanh ở tần số một phần ba quãng tám từ 125 Hz đến 4000 Hz trong phòng nguồn và phòng tiếp nhận. Việc tính toán cũng tính đến diện tích của vách ngăn hai phòng và độ điều chỉnh của âm học phòng tiếp nhận (thời gian vang).
Độ chênh lệch giữa hai mức áp suất âm được điều chỉnh là giá trị TL của sản phẩm. TL càng cao thì kết quả càng tốt. Các phép đo TL cho một sản phẩm được thực hiện trên một loạt các tần số, điều này gây khó khăn cho việc so sánh hiệu quả của các sản phẩm khác nhau. Do vậy chỉ số xếp hạng nhóm truyền âm thanh trong hệ thống ASTM (Sound Transmission Class - STC) hoặc chỉ số giảm âm trọng số Rw trong hệ thống ISO, sẽ giải quyết vấn đề đó bằng cách đưa ra một giá trị duy nhất cho hiệu suất truyền âm thanh của sản phẩm. STC được xác định bằng giá trị trung bình có trọng số TL được lấy trên 16 tần số, dịch chuyển đồ thị chuẩn theo từng bước 1dB một về phía đồ thị đo theo phương pháp được xác định bởi Tiêu chuẩn phân loại như ASTM E413 hoặc ISO 717-1 (TCVN 7192-1) để đánh giá hiệu quả cách âm. Giá trị STC càng cao, xếp hạng càng tốt và hiệu suất cách âm càng tốt.
Các quy trình để xác định xếp hạng khả năng cách âm trong không khí thông qua STC và chỉ số giảm âm trọng số Rw - về cơ bản là giống nhau. Trong cả hai hệ thống tiêu chuẩn, quy trình tính toán sử dụng đồ thị chuẩn, được thể hiện trong Hình 3. Đồ thị chuẩn trong hệ thống ASTM có hình dạng giống như đường chuẩn ISO, nhưng có tập hợp các dải tần số khác nhau một chút.
Hình 3: Đồ thị đường chuẩn để tính toán STC và Rw
Quy trình ISO được mô tả trong ISO 717-1 (TCVN 7192-1) để xác định xếp hạng Rw như sau:
1. Chỉ số giảm âm R được làm tròn chính xác đến 0,1 dB.
2. Đường đồ thị chuẩn (100 Hz đến 3150 Hz) được dịch chuyển theo gia số 1 dB và sự khác biệt dương giữa đường đồ thị chuẩn và chỉ số giảm âm được gọi là độ lệch.
3. Quy trình trong bước 2 được lặp lại đến khi tổng các sai lệch không vượt quá 32 dB.
4. Mức Rw được xác định là giá trị của đường đồ thị chuẩn được dịch chuyển ở tần số 500 Hz.
5. Các thuật ngữ phổ tương thích bổ sung (chẳng hạn như C và Ctr) có thể được tính toán cho các dải tần số khác nhau, ví dụ: đối với các dải phổ tương thích tần số thấp.
Quy trình ASTM được mô tả trong ASTM E413 để xác định xếp hạng STC như sau:
1. Suy hao truyền dẫn TL được làm tròn đến giá trị gần nhất 1 dB.
2. Đường đồ thị chuẩn (125 Hz đến 4000 Hz) được dịch chuyển theo gia số 1 dB và sự khác biệt dương đường đồ thị chuẩn và chỉ số giảm âm được gọi là độ lệch.
3. Quy trình trong bước 2 được lặp lại đến khi tổng các sai lệch không vượt quá 32 dB. Và sự sai lệch trong bất kỳ một dải tần nào không vượt quá 8 dB.
4. Xếp hạng STC là giá trị của đường đồ thị chuẩn được dịch chuyển ở tần số 500 Hz.
5. Không có phổ tương thích bổ sung nào cho xếp hạng STC.
Chỉ số giảm âm hoặc độ suy hao truyền âm là thông số liên quan tới hiệu suất cách âm của sản phẩm thông thường được xác định trong phòng thí nghiệm hoặc tại điều kiện hiện trường. Công thức lý thuyết để xác định độ suy hao truyền âm của một vách ngăn giữa hai phòng được trình bày vào những năm 1920 bởi Davis và Buckingham. Tiêu chuẩn ASTM đầu tiên dựa trên đề xuất của London vào năm 1951. Nguyên tắc của phương pháp này vẫn được giữ nguyên trong những năm qua. Các tiêu chuẩn thử nghiệm hiện tại là ví dụ: ISO 717 (TCVN 7192); ISO 10140, DIN 52210; ASTM E90,… phương pháp áp suất cũng được gọi là phương pháp truyền thống hoặc phương pháp hai phòng đo.
Lp1 và Lp2 lần lượt là mức áp suất âm trung bình theo thời gian và không gian trong phòng nguồn và phòng tiếp nhận; S (m2) là diện tích của mẫu thử; A (m2) là diện tích hấp thụ của phòng tiếp nhận âm, tức là chỉ số giảm âm được xác định gián tiếp từ mức cường độ âm thanh trung bình của các phòng thử nghiệm liền kề. Chỉ số giảm âm thường được xác định ở dải tần số một phần ba octa (One-third-octave band) tối thiểu trong khoảng 100-3150 Hz. Hoặc chỉ số giảm âm thanh có trọng số, Rw, được xác định theo TCVN 7192 (ISO 717).
Hình 4: Sơ đồ hệ thống xác định chỉ số giảm âm tại phòng thí nghiệm
Trung tâm Thiết bị Môi trường & An toàn Lao động - VIBM là một trong những đơn vị đi đầu trong nghiên cứu thử nghiệm, đánh giá âm học công trình; mô phỏng tính toán khả năng cách âm của các thành phần trong công trình và nghiên cứu đánh giá khả năng cách âm tại hiện trường theo các hệ thống tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế như: TCVN 7192 (ISO 717); ISO 140; ISO 16283; ISO 10140; ASTM E336; ASTM E90; ASTM E413; ASTM E1007; ASTM E492; ASTM E989.
Chi tiết liên hệ:
Trung tâm Thiết bị, Môi trường & An toàn lao động – VIBM
Địa chỉ: Ngõ 235 đường Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội
Điện thoại: 024 3.558.5928; 0915.502.834; 0912.181.479; Fax: 024 3.858.1112;
Email: tbmt.atld@gmail.com
Website: vibm.vn
Trung tâm Thiết bị môi trường và An toàn lao động