Giáo Trình Âm Học Kiến Trúc Dành Cho Sinh Viên Kiến Trúc Sư

Khám phá âm học kiến trúc qua sách giáo trình và tài liệu tham khảo cho sinh viên và chuyên gia trong ngành kiến trúc và xây dựng.

• Người hướng dẫn: Nhà Giáo Ưu Tú, Giảng Viên Cao Cấp PGS. Phạm Đức Nguyên
• Trường học: Viện Đại Học Mở Hà Nội
• Chuyên ngành: Kiến Trúc
• Đề tài: Giáo Trình Âm Học Kiến Trúc
• Loại tài liệu: sách giáo trình
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ÂM THANH
• 1.1. Bản chất vật lý của âm thanh
• 1.2. Cảm thụ âm thanh của tai người
• 1.3. Âm thanh và tiếng ồn
• 1.4. Các phép tính khi truyền âm ngoài trời
• 1.5. Truyền âm trong phòng kín
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU HÚT ÂM
• 2.1. Sự hút âm của vật liệu và kết cấu
• 2.2. Các loại vật liệu và kết cấu hút âm
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ÂM HỌC CÁC PHÒNG THÍNH GIẢ
• 3.1. Tổng quan về âm học các phòng thính giả
• 3.2. Thiết kế phòng theo lý thuyết âm hình học
• 3.3. Thiết kế tạo trường âm khuếch tán trong phòng
• 3.4. Thời gian âm vang và áp dụng thiết kế các phòng
• 3.5. Thiết kế nâng cao độ rõ trong phòng
• 3.6. Đặc điểm và giải pháp âm học cho các loại phòng thính giả khác nhau
• 3.7. Hệ thống điện thanh trong các phòng thính giả
• 4. CHƯƠNG 4: CÁCH ÂM CHO CÁC KẾT CẤU NHÀ CỬA
• 4.1. Sự lan truyền âm trong nhà cửa và phương pháp đánh giá cách âm
• 4.2. Tiêu chuẩn chất lượng cách âm
• 4.3. Cách âm không khí của các kết cấu
• 4.4. Cách âm va chạm cho sàn nhà
• 5. CHƯƠNG 5: ÂM HỌC ĐÔ THỊ
• 5.1. Tiếng ồn trong đô thị
• 5.2. Tính toán lan truyền tiếng ồn giao thông trong đô thị
• 5.3. Các biện pháp chống tiếng ồn trong đô thị
• PHỤ LỤC ẢNH
• PHỤ LỤC BẢNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Âm Học Kiến Trúc cho Kiến Trúc Sư

Giáo trình Âm học kiến trúc là tài liệu thiết yếu cho sinh viên ngành kiến trúc. Nó cung cấp kiến thức cơ bản về âm thanh và ứng dụng của nó trong thiết kế kiến trúc. Nội dung giáo trình được biên soạn từ các tài liệu nghiên cứu và kinh nghiệm thực tiễn, giúp sinh viên nắm vững các khái niệm âm học cần thiết. Cuốn sách không chỉ phục vụ cho việc học tập mà còn là tài liệu tham khảo quý giá cho các kiến trúc sư và kỹ sư xây dựng.

1.1. Nội dung chính của Giáo Trình Âm Học Kiến Trúc

Giáo trình bao gồm các chương trình học từ cơ bản đến nâng cao về âm học kiến trúc. Các chương trình này giúp sinh viên hiểu rõ về âm thanh, cách thiết kế âm học cho các phòng thính giả và các phương pháp cách âm hiệu quả.

1.2. Tầm quan trọng của âm học trong kiến trúc

Âm học kiến trúc đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra không gian sống và làm việc thoải mái. Việc hiểu biết về âm thanh giúp kiến trúc sư thiết kế các công trình có chất lượng âm thanh tốt, từ đó nâng cao trải nghiệm của người sử dụng.

II. Những thách thức trong thiết kế âm học cho kiến trúc

Thiết kế âm học trong kiến trúc gặp nhiều thách thức, từ việc lựa chọn vật liệu đến việc tính toán các thông số âm học. Các kiến trúc sư cần phải đối mặt với vấn đề tiếng ồn và cách âm trong các không gian đô thị. Những thách thức này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về âm học và khả năng áp dụng các giải pháp kỹ thuật phù hợp.

2.1. Vấn đề tiếng ồn trong không gian đô thị

Tiếng ồn giao thông và tiếng ồn từ các hoạt động đô thị khác là một trong những vấn đề lớn mà các kiến trúc sư phải giải quyết. Việc thiết kế các công trình có khả năng chống tiếng ồn là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe và sự thoải mái của cư dân.

2.2. Khó khăn trong việc lựa chọn vật liệu âm học

Việc lựa chọn vật liệu hút âm và cách âm phù hợp là một thách thức lớn. Các vật liệu này cần phải đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng âm thanh quốc tế và phù hợp với thiết kế tổng thể của công trình.

III. Phương pháp thiết kế âm học hiệu quả cho kiến trúc

Để thiết kế âm học hiệu quả, các kiến trúc sư cần áp dụng các phương pháp khoa học và thực tiễn. Việc sử dụng mô hình âm học và các phần mềm chuyên dụng giúp tối ưu hóa thiết kế âm học cho các không gian khác nhau. Các phương pháp này không chỉ giúp cải thiện chất lượng âm thanh mà còn tiết kiệm chi phí cho dự án.

3.1. Sử dụng mô hình âm học trong thiết kế

Mô hình âm học giúp kiến trúc sư hình dung và phân tích cách âm thanh lan truyền trong không gian. Việc này cho phép điều chỉnh thiết kế để đạt được chất lượng âm thanh tốt nhất.

3.2. Các phần mềm hỗ trợ thiết kế âm học

Sử dụng các phần mềm chuyên dụng như EASE hay ODEON giúp kiến trúc sư mô phỏng và phân tích âm học một cách chính xác. Những công cụ này cung cấp dữ liệu cần thiết để đưa ra quyết định thiết kế hợp lý.

IV. Ứng dụng thực tiễn của âm học trong kiến trúc

Âm học kiến trúc không chỉ là lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong thiết kế công trình. Các phòng thính giả, rạp chiếu phim và không gian công cộng đều cần được thiết kế với chất lượng âm thanh tốt. Việc áp dụng các giải pháp âm học giúp nâng cao trải nghiệm của người sử dụng và tạo ra không gian sống lý tưởng.

4.1. Thiết kế phòng thính giả

Phòng thính giả là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của âm học kiến trúc. Việc thiết kế phòng thính giả cần phải đảm bảo âm thanh rõ ràng và đồng đều cho tất cả khán giả.

4.2. Các giải pháp chống tiếng ồn trong không gian công cộng

Các giải pháp chống tiếng ồn như sử dụng vật liệu cách âm và thiết kế không gian hợp lý giúp giảm thiểu tiếng ồn trong các không gian công cộng. Điều này không chỉ cải thiện chất lượng cuộc sống mà còn nâng cao giá trị của công trình.

V. Kết luận về tương lai của âm học trong kiến trúc

Tương lai của âm học trong kiến trúc hứa hẹn sẽ có nhiều tiến bộ với sự phát triển của công nghệ. Các kiến trúc sư cần tiếp tục nghiên cứu và áp dụng các giải pháp âm học mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Việc kết hợp giữa âm học và thiết kế kiến trúc sẽ tạo ra những không gian sống và làm việc tốt hơn cho cộng đồng.

5.1. Xu hướng phát triển âm học trong kiến trúc

Xu hướng phát triển âm học trong kiến trúc sẽ tập trung vào việc sử dụng công nghệ mới và vật liệu tiên tiến. Điều này sẽ giúp cải thiện chất lượng âm thanh và giảm thiểu tiếng ồn trong các công trình.

5.2. Tầm quan trọng của giáo dục âm học cho kiến trúc sư

Giáo dục âm học cho kiến trúc sư là rất quan trọng để họ có thể áp dụng kiến thức âm học vào thực tiễn. Việc này không chỉ nâng cao chất lượng thiết kế mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành kiến trúc.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Âm học kiến trúc do Nhà giáo ưu tú, Giảng viên cao cấp PGS. Phạm Đức Nguyên biên soạn, được Nhà xuất bản Xây dựng phát hành năm 2018 với sự phối hợp của Khoa Kiến trúc thuộc Viện Đại học Mở Hà Nội. Trong chương trình đào tạo bậc đại học và sau đại học, tài liệu này giữ vị trí là môn học chuyên ngành bắt buộc hoặc tự chọn cốt lõi dành cho sinh viên ngành Kiến trúc sư công trình và Quy hoạch đô thị, đồng thời đóng vai trò tài liệu chuyên môn phục vụ kỹ sư xây dựng và kiến trúc sư thực hành.

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng tới việc cung cấp cho người học hệ thống kiến thức toàn diện về vật lý âm học, sinh lý học thính giác, các quy luật lan truyền âm thanh ngoài trời và trong phòng kín. Thông qua đó, người học hình thành năng lực tính toán thông số âm học, lựa chọn giải pháp vật liệu hút âm, thiết kế phòng thính giả đạt chuẩn tiện nghi âm thanh, xử lý cách âm cho kết cấu bao che và ứng dụng các giải pháp quy hoạch chống tiếng ồn đô thị.

Cấu trúc giáo trình gồm 5 chương chuyên đề, mở đầu bằng bảng hệ thống thuật ngữ chuyên ngành đối chiếu ba ngôn ngữ (Việt – Anh – Pháp), kết thúc bằng hệ thống Phụ lục ảnh công trình tiêu biểu, Phụ lục bảng số liệu kỹ thuật thiết kế và danh mục tài liệu tham khảo. Cách tiếp cận của tài liệu đi từ bản chất vật lý cơ bản đến các giải pháp cấu tạo kỹ thuật và ứng dụng kiến trúc - quy hoạch. Điểm đặc sắc của giáo trình là sự tinh giản lý thuyết thuần túy để tập trung vào các công thức tính toán thực hành, bảng tra cứu tiêu chuẩn quốc tế (ISO, IEC) và tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Cấu trúc nội dung của giáo trình phát triển theo trình tự logic kỹ thuật chặt chẽ qua 5 chương:

• Chương 1 – Các khái niệm cơ bản về âm thanh: Trình bày bản chất vật lý của sóng âm, các dạng sóng trong không khí (sóng cầu, sóng phẳng, sóng trụ) và trong chất rắn (sóng dọc, sóng ngang, sóng uốn). Giới thiệu các đại lượng đặc trưng gồm tần số ($f$), bước sóng ($\lambda$), chu kỳ ($T_a$), vận tốc âm ($c_0 = 331,5 + 0,61t$), áp suất âm ($p$), công suất âm ($P$), cường độ âm ($I$), mật độ năng lượng âm ($E$) và thang đo logarit Decibel (dB). Phân tích cấu tạo tai người (tai ngoài, tai giữa, tai trong với cơ quan Cooc-ti gồm 25.000 tế bào cảm giác), các đặc tính thính giác gồm ngưỡng nghe, ngưỡng đau, mức to (Phon theo ISO 226:2003), độ to (Son theo phương pháp Stevens ISO-R532), hiệu ứng định hướng (hiệu ứng Haas) và hiện tượng che lấp âm. Chương này cũng hướng dẫn kỹ thuật đo mức âm hiệu chỉnh trọng số ($L_A, L_B, L_C, L_D$), phân tích dải tần số ($1$ octave, $1/3$ octave theo ISO-R266), đánh giá tiếng ồn ổn định và không ổn định qua mức ồn tương đương ($L_{Aeq}$ theo ISO-R1999), thang đường cong tiêu chuẩn NR (ISO-R1996) và NC. Đồng thời, chương 1 thiết lập các phép tính suy giảm mức âm ngoài trời, phép cộng năng lượng âm, ảnh hưởng của gió, nhiệt độ, vật cản và cơ sở truyền âm phòng kín (hệ số hút âm $\alpha$, hệ số giảm ồn NRC).
• Chương 2 – Vật liệu và kết cấu hút âm: Phân tích 4 cơ chế tiêu hao năng lượng âm thành nhiệt năng và cơ năng (ma sát khí trong lỗ rỗng, không khí bị nén, thành lỗ biến dạng tỏa nhiệt, biến dạng dư). Phân loại chi tiết 4 nhóm giải pháp: vật liệu hút âm xốp (thành lỗ cứng và thành lỗ đàn hồi như bông khoáng, bông thủy tinh, tấm sợi ép mềm); kết cấu dao động cộng hưởng tấm mỏng (gỗ dán, thạch cao, xi măng có khoang không khí); kết cấu cộng hưởng không khí (ống/hốc cộng hưởng); kết cấu hút âm phối hợp (tấm đục lỗ).
• Chương 3 – Thiết kế âm học các phòng thính giả: Trình bày tổng quan âm học phòng và 4 tiêu chí chất lượng âm thanh. Giới thiệu phương pháp thiết kế hình học định hướng âm phản xạ đến sớm, giải pháp tạo trường âm khuếch tán, tính toán và kiểm soát thời gian âm vang tối ưu ($T$), phương pháp nâng cao độ rõ âm tiết ($R_a$), giải pháp thiết kế cho từng loại phòng chức năng (hòa nhạc, kịch, hội nghị, đa năng) và nguyên lý tích hợp hệ thống điện thanh.
• Chương 4 – Cách âm cho các kết cấu nhà cửa: Phân tích đường truyền và phương pháp đánh giá cách âm không khí và cách âm va chạm. Trình bày các tiêu chuẩn cách âm theo khuyến nghị ISO, định luật khối lượng, định luật tần số, hiện tượng trùng sóng (tần số tới hạn), phương pháp xác định chỉ số cách âm không khí ($C_K$, $R$). Đối với tiếng ồn va chạm sàn, giáo trình hướng dẫn phương pháp đo bằng máy va chạm chuẩn, đánh giá mức âm va chạm chuẩn ($L_c$), chỉ số cách âm va chạm ($C_V$) và độ giảm mức ồn va chạm ($\Delta L$).
• Chương 5 – Âm học đô thị (Chống tiếng ồn giao thông đô thị): Tập trung vào đánh giá nguồn ồn giao thông đường bộ dưới dạng nguồn đường phát sóng trụ. Hướng dẫn phương pháp tính toán sự lan truyền, suy giảm tiếng ồn trong không gian mở và đề xuất các giải pháp quy hoạch, kiến trúc, kỹ thuật (tường chắn âm, dải cây xanh, vùng bóng âm, khoảng lùi công trình).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống lý thuyết dựa trên các nguyên lý khoa học nền tảng:

1. Cơ sở vật lý sóng và âm học môi trường đàn hồi: Định luật truyền sóng, sự suy giảm năng lượng theo quy luật nghịch đảo bình phương khoảng cách đối với sóng cầu ($6\text{ dB}$ khi nhân đôi khoảng cách) và tỷ lệ nghịch với khoảng cách đối với sóng trụ ($3\text{ dB}$ khi nhân đôi khoảng cách).
2. Quy luật sinh lý - thính giác Weber - Fechner: Bản chất cảm nhận logarit của tai người, làm cơ sở xây dựng thang đo Decibel, hệ đường đồng mức to Robinson - Dadson và các thang lọc tần số trọng số A.
3. Lý thuyết âm học phòng và cách âm kết cấu: Mô hình cân bằng năng lượng âm trong không gian kín, nguyên lý cộng hưởng cơ học - âm học, định luật khối lượng trong cách âm kết cấu đơn và hiện tượng trùng tần số.

Kỹ năng phát triển

Người học tiếp thu giáo trình sẽ phát triển các kỹ năng chuyên môn:

• Kỹ năng tính toán kỹ thuật: Chuyển đổi mức âm giữa các dải tần số $1/3$ octave và $1$ octave; tính mức âm tổng cộng theo trọng số $L_A$; tính mức ồn tương đương $L_{Aeq}$; tính toán lượng hút âm tương đương $A = S \cdot \alpha$ và hệ số NRC.
• Kỹ năng phân tích âm học: Đánh giá mức độ ô nhiễm tiếng ồn dựa trên các đường chuẩn NR, NC và tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5949-1998, TCXDVN 175:2012, TCVN 3985-1999); nhận diện hiện tượng khuyết tật âm hình học (tiếng dội, hội tụ âm, vùng bóng âm).
• Kỹ năng thiết kế và ứng dụng: Lựa chọn và bố trí vật liệu hút âm theo dải tần số; tính toán cấu tạo sàn cách âm va chạm và vách cách âm không khí; thiết lập giải pháp quy hoạch mặt bằng hạn chế tác động của tiếng ồn giao thông.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được biên soạn theo phương pháp sư phạm định hướng thực hành kỹ thuật. Cấu trúc bài giảng kết hợp giữa thuyết minh cơ sở lý thuyết ngắn gọn và các bài tập tính toán định lượng gắn với đồ án thiết kế thực tế.

Tài liệu cung cấp hệ thống bài tập và ví dụ mẫu có hướng dẫn giải chi tiết ngay trong nội dung từng chương, bao gồm:

• Bài toán xác định độ to tổng cộng của âm phức hợp theo phương pháp Stevens dựa trên biểu đồ dải 1 octave.
• Bài toán chuyển đổi phổ âm dải $1/3$ octave sang phổ dải $1$ octave và tính mức âm hiệu chỉnh $L_A$ (ví dụ tính toán đạt kết quả $L_A = 73,1\text{ dBA}$).
• Bài toán tính toán suy giảm mức âm do khoảng cách và độ ẩm không khí ($20^\circ\text{C}$, $\varphi = 80%$) ở các tần số $1000\text{ Hz}$ và $2000\text{ Hz}$.
• Bài toán cộng dồn mức âm từ nhiều nguồn điểm độc lập bằng phương pháp giải tích và đồ thị.

Về phương pháp kiểm tra - đánh giá, giáo trình cung cấp hệ thống câu hỏi ôn tập tổng hợp ở cuối mỗi chương (như 7 câu hỏi ôn tập cuối Chương 1 bao quát từ lý thuyết bản chất sóng, đơn vị đo, cơ chế thính giác đến bài tập tính toán). Giảng viên có thể sử dụng hệ thống này để đánh giá kết quả học tập qua các bài kiểm tra định kỳ, bài tập lớn tính toán thời gian âm vang phòng thính giả, hoặc đồ án thiết kế cách âm công trình.

Để tự học hiệu quả, người học được hướng dẫn tra cứu thuật ngữ chuyên ngành thông qua Bảng đối chiếu Việt – Anh – Pháp ở đầu sách, kết hợp đối chiếu các thông số vật liệu tại Phụ lục Bảng và tham khảo các giải pháp mặt bằng, mặt cắt công trình thành công tại Phụ lục ảnh.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Giáo trình năm 2018 là bước kế thừa và hoàn thiện từ các công trình nghiên cứu và xuất bản trước đó của PGS. Phạm Đức Nguyên:

1. Lịch sử ấn bản: Xuất phát từ cuốn Âm học kiến trúc – Cơ sở lý thuyết & các giải pháp ứng dụng (NXB Khoa học và kỹ thuật, năm 2000 – công trình đạt Giải thưởng kiến trúc quốc gia năm 2000), sau đó được tái bản có sửa đổi với tên Âm học kiến trúc, Âm học đô thị (NXB Xây dựng, năm 2008).
2. Cập nhật cấu trúc ấn bản 2018: Sắp xếp lại trình tự các chương, chủ động tinh giản phần lý thuyết vật lý cơ sở để phù hợp với khung chương trình đào tạo chuyên ngành kiến trúc tại Việt Nam; bổ sung các giải pháp kiến trúc chuyên ngành mới phù hợp với thực tiễn hành nghề.
3. Chuẩn hóa dữ liệu theo tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia:
   • Tích hợp các tiêu chuẩn quốc tế: ISO 226:2003 (đường đồng mức to), ISO-R532 (đánh giá độ to), ISO-R1999 (đánh giá mức ồn tương đương), ISO-R1996 (đường cong NR), ISO-R266 (tần số chuẩn), hướng dẫn IEC 179 và IEC 123 (tiêu chuẩn máy đo mức âm).
   • Đồng bộ với hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 5949-1998 (tiếng ồn đô thị), TCXDVN 175:2012 (mức ồn trong công trình) và TCVN 3985-1999 (tiếng ồn sản xuất).
4. Tăng cường công cụ tra cứu thực hành: Bổ sung hệ thống 6 Bảng tra cứu chuyên dụng cung cấp hệ số hút âm của vật liệu xây dựng, bảng mức ồn tiêu chuẩn, cùng Phụ lục ảnh minh họa các nhà hát, hội trường tiêu biểu trên thế giới.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình phục vụ trực tiếp cho các nhóm đối tượng sau:

• Sinh viên đại học: Sinh viên từ năm thứ ba trở đi thuộc ngành Kiến trúc công trình, Quy hoạch vùng và đô thị, Kỹ thuật công trình xây dựng.
• Học viên sau đại học: Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Kiến trúc, Vật lý kiến trúc, Môi trường xây dựng cần tài liệu tổng hợp về phương pháp luận tính toán âm học.
• Kiến trúc sư và Kỹ sư tư vấn thiết kế: Nguồn tra cứu số liệu kỹ thuật, hệ số hút âm $\alpha$, hệ số giảm ồn NRC, các chỉ số cách âm $C_K, C_V$ để lập hồ sơ thiết kế kỹ thuật và giải trình giải pháp tiện nghi âm thanh công trình.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức Vật lý đại cương (phần sóng cơ học), Toán cao cấp (hàm logarit) và Cấu tạo kiến trúc cơ bản để tiếp thu tốt các nội dung tính toán và triển khai cấu tạo.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với chương trình đào tạo của những ngành nào?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho ngành Kiến trúc sư công trình và Quy hoạch đô thị, đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho ngành Xây dựng dân dụng và Công nghiệp.

2. Người học cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Người học cần nắm vững kiến thức toán học cơ bản (phép tính logarit, hình học giải tích), vật lý đại cương (dao động và sóng cơ) và nguyên lý cấu tạo kiến trúc công trình.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu vật lý âm học thuần túy là gì?

Tài liệu giảm tải các chứng minh toán lý phức tạp, tập trung vào phương pháp tính toán định lượng phục vụ trực tiếp công tác thiết kế kiến trúc, cấu tạo vách/sàn cách âm và bố cục quy hoạch đô thị.

4. Làm thế nào để tự học và làm chủ các công thức tính toán trong sách?

Người học nên thực hành lại từng bước các ví dụ tính toán mẫu có sẵn trong Chương 1, 3, 4, 5; kết hợp đối chiếu số liệu tại Phụ lục Bảng và giải quyết các câu hỏi ôn tập ở cuối mỗi chương.

5. Giáo trình có cung cấp các công cụ hỗ trợ đọc tài liệu quốc tế không?

Có. Giáo trình tích hợp bảng đối chiếu thuật ngữ chuyên ngành 3 thứ tiếng (Việt – Anh – Pháp) kèm ký hiệu và đơn vị chuẩn quốc tế ngay tại phần đầu sách, hỗ trợ việc đọc tài liệu tham khảo nước ngoài.

---

Kết luận

Giáo trình Âm học kiến trúc của PGS. Phạm Đức Nguyên cung cấp hệ thống tri thức chuyên ngành hoàn chỉnh từ cơ sở vật lý âm thanh, vật liệu - kết cấu hút âm, thiết kế phòng thính giả đến kỹ thuật cách âm và quy hoạch âm học đô thị.

Lộ trình học tập đề xuất: Người học bắt đầu từ việc nắm vững bản chất vật lý và đơn vị đo tại Chương 1; phân tích tính năng vật liệu ở Chương 2; áp dụng thiết kế không gian chức năng tại Chương 3; giải quyết cấu tạo cách âm ở Chương 4; và mở rộng quy mô kiểm soát tiếng ồn môi trường tại Chương 5. Việc kết hợp khai thác hệ thống Phụ lục số liệu và bảng thuật ngữ Việt - Anh - Pháp giúp hoàn thiện năng lực thiết kế âm học công trình theo chuẩn mực kỹ thuật hiện hành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ÂM THANH 1. Bản chất vật lý của âm thanh 1. Sóng âm và các loại nguồn âm a. Sóng âm Về mặt vật lý, âm thanh là những sóng dao động xuất hiện trong các môi trường vật chất (như chất khí, chất lỏng, chất rắn ., gọi chung là môi trường đàn hồi) khi có vật bị rung động do chịu các lực kích thích.

Vật rung động là nguồn âm (như dây đàn và màng trống khi rung hay tiếng nói - sự rung của các dây thanh v.), sóng dao động được gọi là sóng âm, và môi trường trong đó có sóng âm lan truyền gọi là trường âm. Sóng dao động truyền tới tai người và ta cảm nhận được âm thanh. Sóng âm lan truyền trong môi trường đàn hồi Sự xuất hiện và lan truyền của sóng âm trong môi trường đàn hồi được giải thích như sau (Hình 1.1): Dao động của nguồn âm (ví dụ âm thoa) gây ra áp lực làm nén hoặc dãn luân phiên các phần tử môi trường (không khí) ở hai phía của nó. Khi bị kích thích, các phần tử của môi trường sẽ dao động quanh một vị trí cân bằng và truyền các dao động đó cho phần tử bên cạnh nhờ có liên kết đàn hồi giữa chúng.

Đến lượt các phần tử này lại truyền dao động mới nhận được cho các phần tử tiếp theo, và cứ như vậy dao động được lan truyền đi xa dần nguồn âm. Như vậy sóng âm thực chất là sóng áp suất của môi trường. Khi các dao động âm truyền đến tai người, ở một phạm vi thích hợp (xem Mục 1.5) chúng sẽ tác động lên cơ quan thính giác và cho ta cảm giác âm thanh. Sóng âm cũng mang theo năng lượng, được gọi là năng lượng âm, và năng lượng này sẽ giảm dần trong trường âm, bởi vì càng xa nguồn năng lượng của nó càng bị chia sẻ cho một số lượng các phần tử nhiều hơn, cho đến khi tắt hẳn.

Các loại sóng âm Trong các môi trường khác nhau, có thể lan truyền các loại sóng âm khác nhau. (1) Trong không khí: theo đặc điểm của nguồn âm và hình dạng mặt sóng, có ba loại sóng âm lan truyền: 7 - Sóng cầu: khi mặt sóng là những mặt cầu. Các nguồn điểm phát năng lượng đồng đều trong một môi trường tĩnh đồng nhất sẽ tạo ra sóng cầu (Hình 1.2a) - Sóng phẳng: nếu mặt sóng là những mặt phẳng (Hình 1. Trong thực tế không có các nguồn phát ra sóng phẳng, nhưng ở các điểm khá xa nguồn âm ta có thể coi sóng cầu như sóng phẳng.

- Sóng trụ: nếu mặt sóng là những mặt trụ (Hình 1. Sóng trụ do các nguồn âm đường phát ra. Hãy tưởng tượng có một dòng xe ô-tô giống nhau chạy nối đuôi nhau trên đường, khi đó ta có thể coi chúng như một nguồn âm đường phát ra sóng trụ. Vì vậy sóng trụ rất có ý nghĩa khi nghiên cứu tiếng ồn giao thông trong thành phố (xem Chương 5).

Các dạng sóng: a) Sóng cầu ; b) Sóng phẳng; c) Sóng trụ Đặc điểm lan truyền âm thanh của sóng cầu, sóng phẳng hay sóng trụ không giống nhau, đặc biệt là sự suy giảm năng lượng xa dần nguồn âm, chúng ta sẽ nghiên cứu trong Mục 1.5 của chương này. (2) Trong chất rắn có thể lan truyền 3 loại sóng: - Sóng dọc: khi các phần tử dao động dọc theo phương truyền sóng. - Sóng ngang: khi các phần tử dao động vuông góc với phương truyền sóng. - Sóng uốn: Sóng uốn chỉ xẩy ra trong các tấm mỏng như tường và sàn nhà.

Khi có sóng uốn, tấm sẽ bị uốn và bề mặt sẽ bị dao động. Sóng uốn rất có ý nghĩa khi nghiên cứu cách âm của các kết cấu nhà cửa (xem Chương 4).3 là minh họa của ba loại sóng nói trên trong chất rắn. Các loại sóng âm trong chất rắn a) Sóng dọc; b) Sóng ngang; c) Sóng uốn Trong các chất khí và chất lỏng nói chung chỉ có sóng dọc lan truyền, trong các chất rắn có thể lan truyền được cả sóng dọc và sóng ngang. Trong chân không sóng âm không thể lan truyền được.

Các đặc trưng cơ bản của sóng âm Các đặc trưng cơ bản của sóng âm là tần số, bước sóng, chu kỳ, biên độ dao động và vận tốc truyền âm. - Tần số âm: là số dao động toàn phần mà các phần tử môi trường thực hiện được trong một giây, thường ký hiệu bằng chữ f, đơn vị đo là Héc (Hz). Phạm vi dao động âm mà tai người cảm thụ được có tần số từ khoảng 20 đến 20000 Hz đối với người trẻ tuổi. - Bước sóng âm: là khoảng cách gần nhất giữa hai phần tử có cùng pha dao động (Hình 1.1), thường ký hiệu bằng chữ λ, đơn vị đo là mét (m).

Bước sóng tỉ lệ nghịch với tần số âm. Tần số càng lớn, bước sóng càng nhỏ. - Chu kỳ dao động âm: là thời gian để các phần tử thực hiện được một dao động toàn phần, ký hiệu Ta, đơn vị đo là giây (s). - Biên độ dao động: là độ dời lớn nhất của các phần tử so với vị trí cân bằng.

Biên độ dao động (Hình 1.4) thể hiện độ mạnh, yếu của âm thanh. Biên độ càng lớn, âm thanh càng mạnh (Hình 1. Biểu diễn dao động của các phần tử theo thời gian Hình 1. Biên độ thể hiện độ mạnh, yếu của âm thanh - Vận tốc âm: Là vận tốc truyền của sóng âm trong các môi trường, nó hoàn toàn khác với vận tốc dao động của các phần tử.

Vận tốc âm phụ thuộc vào đặc điểm và nhiệt độ của môi trường, cũng như dạng sóng âm lan truyền. Ví dụ trong chất rắn, sóng dọc lan truyền với vận tốc lớn hơn sóng ngang. Trong không khí, vận tốc âm có thể xác định theo công thức sau: co 331,5 + 0,61.1) trong đó: co - vận tốc âm, m/s; t- nhiệt độ không khí, oC; 331,5- vận tốc âm ở nhiệt độ 0oC. Như vậy trong không khí, vận tốc âm tăng thêm 0,61 m/s mỗi khi nhiệt độ tăng o lên 1 C.

Người ta thường nói vận tốc âm trong không khí là vận tốc âm ứng với nhiệt 9 độ không khí 20oC. Trong các tính toán thường lấy vận tốc âm là 340 m/s (tương ứng ở nhiệt độ 14oC). Vận tốc âm trong một số môi trường được giới thiệu trong bảng 1.6 thể hiện vận tốc âm dưới dạng so sánh. Vận tốc âm trong một số môi trường ở 21oC, m/s Bảng 1.

So sánh vận tốc âm trong các môi trường Môi trường và đặc điểm Vận tốc âm, m/s Khí Không khí ở 0oC 331 Không khí ở 20oC 344 Hydrogen 1284 Oxygen 316 Cacbon dioxit 340 Lỏng Nước ở 25oC 1498 Nước biển ở 17oC 1510 – 1550 Dầu hỏa ở 34oC 1295 Rắn (sóng dọc) Thép 6100 Nhôm 6400 Gỗ thông 5260 Kính 5660 Gạch 3650 Bê tông cốt thép 4500 Đá granit 6000 Quan hệ giữa tần số, bước sóng, chu kỳ và vận tốc âm trong không khí được thể hiện theo biểu thức sau: (1.2) trong đó: λ - bước sóng, m; f - tần số, Hz; Ta - chu kỳ, s; co - vận tốc âm trong không khí (340 m/s). 10 Theo biểu thức trên, trong phạm vi tần số 20 đến 20000 Hz bước sóng âm thay đổi từ 17 m đến 1,7 cm. Các đơn vị đánh giá âm thanh (1) Công suất âm Công suất âm, ký hiệu P, là năng lượng âm đo bằng Oát (W) do nguồn bức xạ trong một giây. Công suất âm trung bình của một số nguồn như sau: - Máy bay phản lực: 10.000 (104) - Máy tán đinh khí nén: 1 - Quạt trục 50 kW: 0,1 (10-1) - Dàn nhạc giao hưởng lớn: 0,01 (10-2) - Tiếng nói bình thường: 0,00001 (10-5) (2) Cường độ âm Cường độ âm, ký hiệu I, là số năng lượng trung binh đi qua một đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền âm trong một giây.

Như vậy cường độ âm là một đại lượng có xét đến hướng truyền âm. (3) Mật độ năng lượng âm Mật độ năng lượng âm, ký hiệu E, là năng lượng âm chứa trong một đơn vị thể tích môi trường trong một giây, đơn vị là J/m3. Mật độ năng lượng âm thường được đề cập đến trong các phòng kín, khi âm thanh tới một điểm từ nhiều phía, lúc đó không xét đến hướng truyền âm. (4) Áp suất âm Áp suất âm, ký hiệu p, đơn vị N/m2 (hay Pa), là áp suất dư (áp suất có thêm so với áp suất khí quyển tĩnh) có trong trường âm.

Tại mỗi điểm của trường âm áp suất thay đổi theo chu kỳ từ dương (nén) sang âm (dãn). Tuy nhiên áp suất tác động lên cơ quan thính giác cũng như các thiết bị đo lường âm thanh là áp suất hiệu quả p̅ , tính theo công thức: pmax p̅ (1.3) √2 trong đó: pmax- áp suất cực đại tương ứng với biên độ dao động cực đại Áp suất âm trong phạm vi tai người nghe được có trị số rất nhỏ, chỉ bằng 10-10 (nhỏ nhất) đến 10-4 (lớn nhất) atm. Trong sóng âm phẳng, quan hệ giữa cường độ, áp suất và mật độ năng lượng âm được thể hiện theo các biểu thức sau: p̅ 2 I (1. c2 o o trong đó: o là khối lượng riêng của không khí, kg/m3.

Trị số c o o gọi là trở âm của không khí. Mức âm - đơn vị đê-xi-ben (decibel, ký hiệu dB) Âm thanh mà tai người nghe cảm thụ được có cường độ và áp suất thay đổi trong phạm vi rất rộng. Ví dụ, áp suất âm có thể thay đổi từ mức nhỏ nhất là 2.10-5 N/m2 đến mức lớn nhất là 2.101 N/m2, nghĩa là thay đổi một triệu lần. Cũng tương tự như vậy, cường độ âm thanh thay đổi tới 1012 lần.

Sự thay đổi quá lớn này gây bất tiện và trở ngại cho công việc đo lường đánh giá âm thanh. Mặt khác, người ta để ý đến đặc điểm nghe âm thanh theo kiểu so sánh của tai người: tai ta phân biệt áp suất âm giữa 1 và 2 Pa cũng giống như giữa 5 và 10 Pa. Weber Fechner phát hiện rằng cảm giác âm thanh của tai không tỷ lệ bậc nhất với năng lượng kích thích, mà với logarit của nó (Hình 1. Quan hệ giữa cảm giác và năng lượng kích thích Đó chính là cơ sở của một đơn vị đánh giá âm thanh mới theo thang logarit gọi là mức âm.

Như vậy mức âm là đơn vị đánh giá âm thanh theo thang logarit (cơ số 10) của tỷ số giữa áp suất hoặc cường độ âm cần đo với áp suất và cường độ âm lấy làm chuẩn so sánh (tham chiếu).