CHƯƠNG 1.1 Tầm quan trọng của việc nghiên cứu âm học Âm thanh có những tác động quan trọng tới cuộc sống của con người. Bằng cách nói, con người truyền tải thông tin và tri thức tới nhau. Âm thanh của mưa, gió, hay bất kỳ thứ gì trong tự nhiên giúp con người định hướng và hỗ trợ các nhận thức về mặt quang học. Âm nhạc khiến con người mê mẩn và tác động rất lớn tới tâm trạng.
Âm nhạc hay các âm thanh dễ chịu nói chung có tác động tích cực tới con người bởi sự êm dịu của chúng. Mặt tiêu cực của âm học là tiếng ồn. Ô nhiễm tiếng ồn là dạng ô nhiễm môi trường thường được nhắc đến nhất. Hệ thống thính giác của con người dễ dàng phát hiện ra tiếng ồn.
Các tác động của tiếng ồn có thể tích lũy, gây ảnh hưởng sâu rộng tới môi trường sống và làm việc của con người. Chất lượng giấc ngủ cũng ảnh hưởng rất lớn bởi sự xuất hiện của tiếng ồn. Trong những thập kỷ gần đây, ảnh hưởng của tiếng ồn đến con người là một trong những mối quan tâm và hướng nghiên cứu hàng đầu của các nhà khoa học.1 Các tác động của tiếng ồn tới sức khỏe Tiếng ồn có tác động rất rõ rệt tới sức khỏe của con người. Các âm thanh rất lớn gây nguy hiểm cho con người cũng như động vật.1 trình bày các mức áp suất âm đối với một số loại âm thanh phổ thông.
Tại mức áp suất âm 160 – 150 dB(A) (20 kHz) có thể giết chết loài ruồi trong một thời gian ngắn nếu bị phơi nhiễm. Nếu bị phơi nhiễm ở mức này, con người sẽ trở nên mệt mỏi, có thể bị đau mặt và bong da. Tiếp xúc lâu dài với mức ồn cao khoảng 90 dB(A) có thể dẫn đến mất thính lực vĩnh viễn. Ngay cả với mức ồn ổn định hàng ngày là 75 dB(A) trong 8 giờ mỗi ngày, vẫn có nguy cơ bị tổn thương thính giác vĩnh viễn sau 40 năm tiếp xúc.
Ngoài tác động thính giác của tiếng ồn, các tác động của nó tới sức khỏe còn người cũng được ghi nhận nhiều. Tiếng ồn có thể gây ra một loạt các phản ứng sinh lý như tăng huyết áp, tăng nhịp tim và nhịp thở, những phản ứng này không chỉ giới hạn ở mức độ tiếng ồn cao và các sự kiện tiếng ồn xảy ra đột ngột mà còn đúng với mức độ tiếng ồn thường gặp trong môi trường ồn ào của các đô thị lớn hay những con phố sầm uất. Tiếp xúc với tiếng ồn quá mức trong khi mang thai có thể dẫn đến mất thính giác tần số cao ở trẻ sơ sinh và có thể liên quan đến sinh con non và chậm phát triển trong tử cung [2].1: Mức áp suất âm đối với một số loại âm thanh phổ thông (dB(A)) Một số loại âm thanh phổ thông 30 Tiếng thì thầm 50 Tiếng mưa rơi, văn phòng yên tĩnh, tiếng ồn tủ lạnh 7 60 Tiếng máy rửa bát, tiếng nói chuyện mức bình thường 70 Tiếng ồn giao thông, máy hút bụi, nhà hàng 80 Tiếng chuông báo thức, tàu đường sắt, tiếng ồn nhà máy 90 Tiếng dao cạo điện, xe tải, máy khoan, máy cắt cỏ 100 Tiếng xe tải hạng nặng, máy cưa xích 110 Tiếng máy cưa điện, buổi biểu diễn nhạc Rock 120 Tiếng máy bay phản lực khi cất cánh, tiếng sấm 130 Tiếng búa kích 140 Tiếng súng ngắn 180 Tiếng phát ra từ bệ phóng tên lửa 1.2 Các tác động đến hoạt động của con người Tiếng ồn ảnh hưởng tới các hoạt động của con người như ngủ, giao tiếp hay các biểu diễn của con người nói chung. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tiếng ồn có thể tác động lên giấc ngủ theo nhiều cách.
Tiếng ồn có thể rút ngắn thời gian của một chu kỳ giấc ngủ và tăng tần số thức giấc, và nó cũng ảnh hưởng đến thời lượng của các giai đoạn khác nhau của giấc ngủ. Chất lượng giấc ngủ ảnh hưởng rất nhiều tới sức khỏe của mỗi cá nhân, do vậy, rối loạn giấc ngủ là điều không thể chấp nhận đối với con người. Trẻ học cấp một và cấp hai thường xuyên tiếp xúc với tiếng ồn máy bay có khả năng đọc kém đi đáng kể khi được đánh giá bằng bài kiểm tra đọc tiêu chuẩn được thực hiện trong điều kiện yên tĩnh. Tiếng ồn kinh niên cũng có thể dẫn tới sự thiếu hụt khả năng tiếp thu giọng nói của trẻ em [3].
Các nghiên cứu khác cũng cho thấy tác động của tiếng ồn từ máy bay, giao thông đường bộ và tàu hỏa đối với việc ghi nhận và tiếp thu trong thời gian dài [4]. Các bất thường về cảm xúc và hành vi cũng có thể liên quan tới việc tiếp xúc với tiếng ồn.3 Sự khó chịu của tiếng ồn Ngoài các tác động trực tiếp của tiếng ồn tới giấc ngủ, giao tiếp và hoạt động, nó còn có những hậu quả gián tiếp từ sự khó chịu hoặc xáo trộn liên quan đến cách mà một người cảm nhận về tiếng ồn. Sự khó chịu là một hiện tượng tâm lý học rất phức tạp mà hiếm có một định nghĩa hay thước đo chính xác nào cho nó. Đối với các âm thanh lớn, mức độ khó chịu nhận thấy thường tương đương với độ lớn cảm nhận được.
Đối với các âm thanh nhẹ nhàng hơn (như tiếng giấy tờ sột soạt trong văn phòng hoặc tiếng nói chuyện khi xem phim truyền hình), cảm giác khó chịu sẽ khác rất nhiều so với độ lớn cảm nhận được. Vì vậy, đối với các âm thanh nhẹ nhàng, người ta chú ý nhiều hơn tới các khía cạnh khác của âm thanh hơn là mức độ lớn của nó [5]. Ngoài ra, các tác động khó chịu của tiếng ồn cũng có thể ảnh hưởng tới cảm xúc, hành vi và thậm chí gây ra một số vấn đề về sức khỏe.4 Các nguồn tiếng ồn kỹ thuật Rất nhiều loại tiếng ồn là do con người tạo ra, đặc biệt là tiếng ồn trong giao thông đường bộ, hàng không và đường sắt. Các tiếng ồn kỹ thuật khác cũng có thể gây khó chịu như tua bin gió, các hệ thống làm mát hay điều hòa không khí.
Tiếng ồn có thể được tạo ra bởi một số cơ chế tương tác vật lý như: - Tiếng ồn do ma sát giữa các vật thể rắn (ví dụ: hộp số, máy mài), - Tiếng ồn do giao động của vật thể rắn (ví dụ: các máy quay mất cân bằng), - Tiếng ồn trong buồng đốt (ví dụ: động cơ đốt trong), - Tiếng ồn do các xung kích (ví dụ: vụ nổ hoặc búa hơi), - Tiếng ồn có nguồn gốc khí động (ví dụ: tương tác của các cấu trúc xoáy). Đề tài này tập trung nghiên cứu đối tượng là tiếng ồn có nguồn gốc khí động, hay nói cách khác là tiếng ồn sinh ra bởi dòng chảy. Tiếng ồn khí động là một trong những nguồn tiếng ồn chính gây ra trên các phương tiện khi chúng hoạt động. Tiếng ồn này phát ra môi trường xung quanh cũng như truyền vào trong khoang cabin thông qua các kết cấu và bề mặt cửa sổ.
Ở vận tốc lớn hơn 100 km/h, tiếng ồn khí động chiếm ưu thế hoàn toàn so với các nguồn tiếng ồn khác như kết cấu khung vỏ, động cơ, lốp xe, do các nguồn này đã được hạn chế một cách đáng kể. Sự tương tác giữa dòng chảy và biên dạng hình học của phương tiện sinh ra các dòng chảy rối không ổn định, dẫn tới các bức xạ tiếng ồn được gia tăng. Tiếng ồn máy bay là tiếng ồn chủ yếu đối với các khu vực gần sân bay khi máy bay bay ở độ cao thấp khi cất cánh hay hạ cánh. Các động cơ, đặc biệt là dòng phản lực của chúng và cả cánh chính, các tấm cánh tà, tấm cản khí động, càng đáp, đóng góp đáng kể vào lượng tiếng ồn sinh ra.
Khi máy bay ở độ cao bay hành trình, tiếng ồn khí động phát ra từ thân cánh, cánh quạt và động cơ có thể gây khó chịu cho hành khách và phi hành đoàn trong máy bay. Đối với tàu hỏa truyền thống, tiếng ồn chủ yếu sinh ra từ đầu tàu và sự tương tác giữa bánh xe và đường ray. Tuy nhiên, đối với các loại tàu cao tốc hiện đại, đặc biệt là các mẫu tàu đệm điện từ trường, mức độ của tiếng ồn khí động được tăng lên đáng kể. Các tuabin gió khi hoạt động phát ra tiếng ồn khí động mà con người có thể cảm nhận được.
Với các tuabin cỡ lớn với vận tốc quay thấp, tiếng ồn khí động chủ yếu là tiếng ồn băng hẹp sinh ra do sự tương tác giữa tấm cánh và tháp trụ. Với các tua bin nhỏ hơn và có tốc độ quay nhanh hơn, tiếng ồn sinh ra chủ yếu là tiếng ồn băng rộng sinh ra bởi cách dòng xoáy bứt ra từ cánh. Hệ thống làm mát và điều hòa không khí được thiết kế để điều chỉnh nhiệt độ và loại bỏ ô nhiễm. Các đơn vị công suất của chúng thường phát ra tiếng ồn có âm điệu ở tần số không đổi và được vận chuyển qua hệ thống ống dẫn.
Hơn nữa, các 9 tiếng ồn có âm điệu do cộng hưởng âm khí động có thể được sinh ra [6]. Mặc dù độ ồn của hệ thống làm mát và điều hòa không khí thường rất thấp, nhưng nó lại gây khó chịu và cần được nhà thiết kế cân nhắc.5 Các động thái của chính phủ và xã hội đối với tiếng ồn Tiếng ồn ngày càng được coi như một mối nguy hại đối với môi trường sống và sức khỏe của người dân. Phản ứng của công chúng đối với các vấn đề về tiếng ồn dần khiến cho các chính phủ phải thông qua các điều luật, quy định và hướng dẫn để chứng nhận các phương tiện và máy móc phát ra tiếng ồn cũng như các giới hạn về thời gian hoặc không gian đối với việc sử dụng chúng. Các nhà sản xuất máy bay và động cơ phản lực phải đối mặt với các yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt về tiếng ồn đối với các hoạt động gần sân bay trên toàn thế giới [7].
Máy bay kiểu cũ và ồn ào có thể không được khai thác do ngày càng nhiều sân bay hoặc nhà khai thác chúng phải trả thêm phí phát sinh cho tiếng ồn mà chúng gây ra. Một số máy bay có thể không được vận hành vào ban đêm nếu tiếng ồn phát ra quá cao. Các hãng hàng không phải cân nhắc phí sân bay liên quan đến tiếng ồn trong chi phí khai thác của họ hoặc giảm phát thải tiếng ồn bằng cách sử dụng động cơ phản lực và máy bay đời mới hoặc bổ sung các thiết bị giảm tiếng ồn cho máy bay và động cơ phản lực của họ.