Để kiểm soát tiếng ồn tần số cao hoặc cách âm, phương án lựa chọn tốt nhất là sử dụng các vật liệu hấp thụ âm. Phương pháp kiểm soát tiếng ồn này được định nghĩa là một kỹ thuật thụ động và thường được áp dụng trong nhiều ứng dụng như làm vỏ bọc, rào chắn và kết cấu giảm âm bằng cách sử dụng vật liệu hấp thụ âm làm cơ sở để cung cấp môi trường yên tĩnh cần thiết. Một số loại vật liệu tiêu âm hiện nay được ứng dụng kiểm soát tiếng ồn trong các lĩnh vực xây dựng, phòng cách âm và ngành giao thông vận tải.
Hình 1. Thiết bị đo hấp thụ âm mặt đường
Kỹ thuật kiểm soát âm, hệ số hấp thụ âm và cách âm là thông tin quan trọng nhất đối với vật liệu âm học. Theo đó, vật liệu thường được phân loại là hấp thụ âm hoặc phản xạ âm. Phương pháp đo tiêu chuẩn đã được phát triển để cho phép nghiên cứu các đặc tính âm học của các vật liệu khác nhau cung cấp dữ liệu hấp thụ âm hoặc cách âm của vật liệu cho các dự án thiết kế kết cấu cách âm hoặc hấp thụ âm trong công trình, giúp tối ưu hóa việc kiểm soát tiếng ồn và chất lượng âm thanh trong môi trường sống. Có ba phương pháp đo tiêu chuẩn được biết đến nhiều nhất là: phương pháp buồng vang được mô tả trong tiêu chuẩn ISO 354; phương pháp ống trở kháng được mô tả trong tiêu chuẩn ISO 10534 và phương pháp đo đường cong hấp thụ âm của vật liệu tại hiện trường bằng thiết bị cầm tay theo tiêu chuẩn ISO 13472-1.
Ưu nhược điểm của các phương pháp:
- Phương pháp đo hiện trường có ưu điểm là không phá hủy mẫu (ở các phương pháp khác, mẫu phải chuẩn bị trước khi đo) và không cần phải có buồng thử nghiệm để lắp thiết bị đo. Tuy nhiên, do sóng âm không phải là hàm sóng lan truyền trên mặt phẳng do đó các hàm mô tả toán học sử dụng trong phương pháp này rất phức tạp.
- Phương pháp buồng vang là phép đo chính xác để ước tính âm thanh hấp thụ trên tất cả các góc tới của âm thanh. Phương pháp này yêu cầu các thông số cài đặt đặc biệt và nhiều thiết bị, dụng cụ thử nghiệm để xác định các đặc tính của vật liệu cần đo. Ví dụ quy định căn phòng có thể tích tối thiểu là 200 m³, để đảm bảo sự phân bố đồng đều của tần số âm thanh tự nhiên, đặc biệt là ở các dải tần số thấp. Phương pháp này được thực hiện bằng cách so sánh giữa thời gian âm vang của âm thanh trong buồng trống với buồng âm có vật liệu hấp thụ được bố trí trên sàn nhà. Diện tích mẫu thử từ 10m² đến 12m².
- Phương pháp ống trở kháng chỉ chính xác đối với sóng âm tới thẳng góc. Vì vậy, phương pháp ống trở kháng có thể xác định hệ số hấp thụ âm theo phương góc tới thẳng góc và giá trị trở kháng âm của bề mặt vật liệu. Ưu điểm của phương pháp này là tính di động cao do thiết bị bao gồm một ống có thành cứng với một nguồn âm ở một đầu và mẫu vật liệu hấp thụ cần kiểm tra ở đầu kia. Toàn bộ hệ thống thí nghiệm có thể được đặt trên giá đỡ phòng thí nghiệm. Có hai phương pháp được sử dụng để đo trở kháng âm bằng cách sử dụng ống trở kháng: phương pháp tỉ số sóng đứng (ISO 10534-1) và phương pháp hàm truyền (ISO 10534-2).
+ Phương pháp tỉ số sóng đứng sử dụng âm kích thích nhất thời để kích thích một micrô duy nhất có thể di chuyển theo chiều dọc bên trong ống.
+ Phương pháp hàm truyền sử dụng tiếng ồn trắng liên tục để kích thích một hoặc hai micrô. Phương pháp hàm truyền (TF) bao gồm việc thu hàm truyền giữa hai micrô cố định nằm ở hai vị trí khác nhau trong thành ống. Sóng tới và sóng phản xạ có thể được mô tả bằng hàm toán học dễ dàng. Từ hệ số phản xạ của mẫu có thể được tính cho cùng dải tần như tín hiệu kích thích băng thông rộng, trở kháng và hệ số hấp thụ cũng có thể được tính toán. Phương pháp hàm truyền đã được chứng minh là đáng tin cậy và được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và ứng dụng thực tế.
Trong những năm qua, phương pháp ống trở kháng đã được chứng minh là khả thi khi so sánh với các phương pháp khác được liệt kê ở trên như: thiết lập hệ thống thiết bị tương đối dễ dàng, có chi phí thấp, có tính di động cao và cho kết quả nhanh chóng. Sử dụng để hỗ trợ thay thế phương pháp buồng vang do yêu cầu các mẫu thử nghiệm khá lớn. Phương pháp ống trở kháng không thuận tiện cho công việc nghiên cứu và phát triển với các mẫu thử nhỏ. Do những lợi thế này, phương pháp ống trở kháng đã được sử dụng rộng rãi để đo đặc tính âm của nhiều loại vật liệu, ngay cả trong các bước phân tích dữ liệu hoặc mô phỏng số hóa.
Hình 2. Thiết bị đo ống trở kháng theo phương pháp hàm truyền
Phương pháp ống trở kháng với hai micrô được sử dụng rộng rãi để xác định đặc tính hấp thụ âm phụ thuộc vào tần số của vật liệu. Các mẫu vật liệu được đưa vào ống và một nguồn âm thanh trong ống phát ra âm thanh được định lượng chính xác. Việc xác định hệ số hấp thụ âm thanh của vật liệu sử dụng ống trở kháng được mô tả trong tiêu chuẩn ASTM E 1050-12 và ISO 10534-2. Độ suy hao đường truyền của các mẫu vật liệu được xác định bằng ống có bốn micrô. Bằng cách đo áp suất âm thanh tại bốn trạm và tính toán hàm truyền phức tạp bằng máy phân tích âm thanh bốn kênh, tổn thất truyền âm của vật liệu được xác định. Phép đo tổn thất truyền âm của vật liệu dựa trên phương pháp ma trận truyền âm được mô tả trong tiêu chuẩn ASTM E2611-17.
Dựa trên các đặc tính âm học của vật liệu, các nhà thiết kế âm học có thể sử dụng vật liệu trong các tòa nhà và môi trường văn phòng để tối ưu hóa chất lượng âm thanh. Tuy nhiên, chất lượng âm thanh trong phòng phụ thuộc vào một số yếu tố như loại và vị trí của nguồn âm, đặc tính hình học và âm học của bề mặt phòng, tiếng ồn xung quanh của môi trường, v.v. Nó không chỉ phụ thuộc vào vật liệu được sử dụng, mà còn phụ thuộc vào các cấu trúc mà chúng hình thành và trên các vị trí và hình học mà chúng được lắp đặt. Một số ứng dụng cần vật liệu hoặc cấu trúc hấp thụ âm thanh lớn trong khi các ứng dụng khác yêu cầu vật liệu hoặc cấu trúc có độ tán xạ lớn nhưng đặc tính hấp thụ nhỏ. Khi cần giảm sự truyền âm, cần có các loại vật liệu có tổn thất truyền âm lớn. Cho đến hiện tại, không có một loại vật liệu nào có thể giải quyết tất cả các vấn đề về âm học. Khi cần khả năng hấp thụ âm thanh hiệu quả, cần có các vật liệu có hệ số hấp thụ lớn, đặc biệt là ở tần số thấp. Trên thực tế, các loại vải, vật liệu và cấu trúc nhẹ và mỏng, thậm chí trong suốt có khả năng hấp thụ âm cao hoặc tán xạ âm cao hoặc suy hao truyền dẫn cao ở tần số thấp là một số thách thức đối với các nhà thiết kế và sản xuất vật liệu. Ứng dụng của kết quả đo đặc tính âm của vật liệu có thể cung cấp hệ số hấp thụ âm của vật liệu để thiết kế các màn chắn làm vỏ cách âm xung quanh các nguồn âm, như qui định tại điều 8.1 – TCVN 8777:2011 (ISO 17624:2004): “hệ số hấp thụ âm tới thông thường, a, cần vượt 0,8 trong tất cả các dải một phần ba octa hoặc các dải octa của dải tần số trội hơn hẳn mức áp suất âm trọng số A tại thiết bị thu âm”.
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 phòng thử nghiệm và 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. Đo đạc các tính chất âm học của vật liệu như độ hấp thụ âm, độ phản xạ âm hoặc trở kháng âm bề mặt vật liệu theo các tiêu chuẩn ISO 10534-2; ASTM E1050; ASTM E2611.
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: http://vibm.vn
Trung tâm Thiết bị môi trường & An toàn lao động