Lọc bụi và tiêu âm - Tiêu âm

Năng lượng âm thanh, cường độ âm thanh, ngưỡng nghe và ngưỡng chói tai.

Nguồn âm thanh phát ra năng lượng dưới dạng âm thanh. Năng lượng âm thanh được đo bằng Watt. Mức năng lượng âm thanh 10^-12W được coi như ngưỡng nghe thấy của tai một người trẻ bình thường có thể cảm nhận được. Độ ồn của nó được coi có giá trị là 0 dB (deciben). Giá trị độ ồn tương ứng với năng lượng âm thanh cho ở bản dưới đây

Năng lượng âm thanh của các nguồn âm có thể hình dung theo bảng dưới đây.

Tiêu chuẩn độ ồn

Công suất nguồn âm không thể đo trực tiếp mà được tính toán từ kết quả đo áp suất. Ta hãy hình dung một mặt cầu bao quanh một nguồn gây ồn (nguồn này đặt ở tâm mặt cầu), tất cả năng lượng phát ra từ nguồn ồn đi xuyên qua bề mặt cầu. Công suất nguồn âm qua một đơn vị diện tích bề mặt cầu gọi là cường độ âm thanh, biểu diễn bằng w/m². Cường độ âm thanh tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ bề mặt đến tâm nguồn âm.

Âm thanh là những dao động cơ học được lan truyền dưới hình thức sóng trong môi trường đàn hồi, nhưng không phải bất cứ sóng nào đến tai cũng gây ra cảm giác âm thanh như nhau. Cường độ âm thanh nhỏ nhất ở một sóng âm xác định mà tai người nghe thấy được gọi là ngưỡng nghe. Âm thanh có tần số khác nhau giá trị ngưỡng nghe cũng khác nhau. Cường độ âm thanh lớn nhất mà tai người có thể chịu được gọi là ngưỡng chói tai.

Như vậy ngưỡng nghe là giới hạn dưới và ngưỡng chói tai là giới hạn trên của cường độ âm thanh ứng với một tần số nào đó mà tai người có thể cảm nhận hoặc chịu đựng được.

Tần số và độ vang dội (loudness) của âm thanh

Âm thanh lan truyền trong môi trường dưới dạng sóng. Chênh lệch giữa vị trí phía trên và dưới gọi là biên độ và được coi là độ vang của nguồn âm.

Mỗi âm thanh được đặc trưng bởi một tần số dao động của sóng âm. Tần số là số lần dao động trong một giây và được đo bằng Hz. Bình thường tai người cảm thụ được các âm thanh có tần số từ 20-20.000 Hz.

Mức cường độ âm L (dB)

Mức cường độ âm thanh được xác định theo công thức:

I - Cường độ âm thanh đang xét, W/m²

I_o - Cường độ âm thanh ở ngưỡng nghe: I_o = 10^-12 W/m²

Mức áp suất âm (dB)

Mức áp suất âm thanh được xác định theo công thức:

p - Áp suất âm thanh, Pa

p_o - Áp suất âm thanh ở ngưỡng nghe: p_o = 2.10^-5 Pa

Mức to của âm (Fôn)

Mức to của âm là sức mạnh cảm giác do âm thanh gây nên trong tai người, nó không những phụ thuộc vào áp suất âm mà còn phụ thuộc vào tần số âm thanh. Tần số càng thấp thì tai người càng khó nhận thấy.

Người ta xác định được rằng mức to của âm thanh bất kỳ đo băng Fôn, có giá trị bằng mức áp suất âm của âm chuẩn có cùng mức to với âm đó. Đối với âm chuẩn, mức to ở ngưỡng nghe là 0 Fôn, ngưỡng chói tai là 120 Fôn. Các âm có cùng giá trị áp suất âm nếu tần số càng cao thì mức to càng lớn.

Dải tần số âm thanh

Cơ quan cảm giác của con người không phản ứng với độ tăng tuyệt đối của tần số âm thanh mà theo mức tăng tương đối của nó. Khi tần số tăng gấp đôi thì độ cao của âm tăng lên 1 tông, gọi là 1 ốcta tần số.

Người ta chia tần số âm thanh ra thành nhiều dải, trong đó giới hạn trên của lớn gấp đôi giới hạn dưới. Toàn bộ dải tần số âm thanh mà tai người nghe được chia ra các ốcta tần số và có giá trị trung bình là 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16.000

Các dải ốc ta tần số cụ thể như sau:

Các dãi ốc ta

Tiêu chuẩn vệ sinh và mức cho phép của tiếng ồn được quy định ở 8 ốcta: 63; 125; 250; 500; 100; 200; 400; 800

Các máy đo độ ồn, đo mức to của âm đơn vị là đềxibenA (dBA) là mức cường độ âm chung của tất cả các dải ốcta tần số đã qui định về tần số 1000 Hz. Ta gọi âm thanh đó là dBA là âm thanh tương đương. Khi dùng dBA để chỉ âm thanh ta không cần nói âm thanh đó ở tần số bao nhiêu. Trị số dBA giúp ta đánh giá sơ bộ xem độ ồn có vượt quá mức cho phép hay không.

Các nguồn gây ồn:

Nguồn ồn gây ra cho không gian điều hòa có các nguồn gốc sau:

a. Nguồn ồn do các động cơ quạt, động cơ, máy lạnh đặt trong phòng gây ra

b. Nguồn ồn do khí động của dòng không khí.

c. Nguồn ồn từ bên ngoài truyền vào phòng

+ Theo kết cấu xây dựng

+ Theo đường ống dẫn không khí

+ Theo dòng không khí

+ Theo khe hở vào phòng

d. Nguồn ồn do không khí ra miệng thổi

Các biện pháp tiêu âm chống ồn

Độ ồn của quạt

Tiếng ồn do quạt gây ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như chủng loại quạt, vận tốc, hãng quạt, chế độ làm việc, trở lực hệ thống, bản chất môi trường...vv

Độ ồn do quạt gây ra được xác định theo công thức:

K_W - Mức cường độ âm riêng (dB) phụ thuộc loại quạt và xác định theo bảng

13-4 dưới đây.

V - Lưu lượng thể tích của qụat, CFM (1 m³/s ≈ 2120 cfm)

H - Cột áp toàn phần của quạt, in.WG

C - Hệ số hiệu chỉnh lấy theo bảng 13-3 dưới đây:

Hệ số hiệu chỉnh C (dB)

Trị số K_w của các loại quạtGhi chú:

AF - Quạt ly tâm cánh rỗng profile khí động

BC - Quạt ly tâm có cánh hướng bầu cong

BI - Quạt ly tâm có cánh hướng bầu xiên

BFI - Độ tăng tiếng ồn (dB) do tần số dao động của cánh fc ( fc = số cánh x số vòng quay của quạt trong 1 giây)

Độ ồn phát ra từ máy nén và bơm

Nếu có catalogue của thiết bị có thể tra được độ ồn của nó. Trong trường hợp không có các số liệu về độ ồn của thiết bị do nhà sản xuất cung cấp, ta có thể tính theo công suất cụ thể như sau:

- Đối với máy nén ly tâm

trong đó:

USTR - Tôn lạnh Mỹ: 1 USTR = 3024 kCal/h

- Đối với máy nén píttông

Khi máy làm việc non tải thì tăng từ 5 đến 13 dB ở các dải tần khác nhau.

Nếu cần tính mức áp suất âm thanh Lp ở các tần số trung tâm thì cộng thêm ở công thức tính L_PA (13-7) các giá trị ở bảng dưới đây:

Đối với bơm nước tuần hoàn

HP – Công suất của bơm, HP

Lưu ý: Tất cả các giá trị tính ở trên là ở khoảng cách 1m từ nguồn âm.

Tiếng ồn của dòng không khí chuyển động

Tiếng ồn do dòng không khí chuyển động sinh ra do tốc độ dòng quá lớn, do qua các đoạn chi tiết đặc biệt của đường ống và ở các đầu vào ra quạt.

Tiếng ồn của dòng không khí chuyển động là kết quả của hiệu ứng xoáy quanh vật cản, gây ra sự thay đổi về vận tốc, biến dạng đột ngột về dòng chảy và do đó tạo ra sức ép động lực cục bộ của không khí.

Có các dạng gây ồn của dòng không khí chuyển động như sau:

Tiếng ồn của dòng không khí thổi thẳng

Trong đoạn ống thẳng, khi tốc độ quá lớn thì độ ồn sẽ có giá trị đáng kể. Tuy nhiên khi thiết kế tốc độ gió đã được chọn và đảm bảo yêu cầu. Thường khi tốc độ trên đường ống ω < 10 m/s thì độ ồn này không đáng kể.

Độ ồn tại các vị trí đặc biệt của đường ống

Tại các vị trí đặc biệt như: Rẻ dòng, co thắt dòng, vị trí lắp đặt van … độ ồn có giá trị đáng kể ngay cả khi tốc độ dòng không khí không cao. Đó là do hiện tượng xoáy tạo nên. Độ ồn tại các vị trí đó được tính như sau:

trong đó

Laf – Mức cường độ âm phát sinh ra, dB

K s – Thông số riêng của kết cấu đường ống;

- Với van điều chỉnh: K_s = -107

- Cút cong có cánh hướng : K_S = -107 + 10.lgn với n là số cánh hướng dòng

- Chổ ống chia nhánh: K_s = -107 + ΔL₁ + ΔL₂

+ΔL₁ – Hệ số hiệu chỉnh độ cong rẻ nhánh, dB. Hệ số này phụ thuộc tỷ số giữa bán kính cong r của chổ chia nhánh với đường kính ống nhánh d

Nếu r/d ≈ 0 lấy ΔL₁ = 46 dB

Nếu r/d ≈ 0,15 lấy ΔL₁ = 0

+ ΔL₂ – Hệ số hiệu chỉnh độ rối, dB. Bình thường lấy ΔL₂ = 0. Nếu ở vị trí đầu nguồn cách vị trí đang xét 5 lần đường kính ống có lắp đặt van điều chỉnh thì người ta mới xét tới đại lượng này. Trong trường hợp này lấy ΔL₂ = 1  5 dB tuỳ theo mức độ rối loạn của dòng khí đầu nguồn..

Vcon- Tốc độ không khí tại chổ thắt, hoặc tại ống nhánh, FPM;

V – Lưu lượng không khí qua ống, cfm

F_TL – hệ số cản trở

Đối với van điều chỉnh nhiều cánh: F_TL = 1 nếu hệ số tổn hao áp suất C_pre = 1. Nếu C_pre ≠ 1 thì:

trong đó: C_PRE – Là hệ số tổn hao áp suất, là đại lượng không thứ nguyên và được tính theo công thức:

Đối với van điều chỉnh chỉ có 1 cánh:

Nếu C_PRE < 4 thì F_TL tính như đối với van nhiều cánh

Nếu C_PRE > 4 thì F_TL =

S- Diện tích tiết diện ống nơi thắt có lắp đặt van điều chỉnh, của cút hoặc của ống nhánh, ft 2

D – Chiều cao của ống hoặc cút cong, ft

f – Tần số trung bình của dải ốcta, Hz

K – hệ số tra theo đường tuyến tính của kết cấu đường ống, dB (hình 13-17)

Trị số đặc tính K của kết cấu được xác định dựa vào chuẩn số Strouhal:

V_br – Tốc độ không khí trong nhánh, fpm

- Đối với van điều chỉnh:

K = -36,3 - 10,7 lg.St nếu St < 25

K = -1,1 - 35,9.lg.St nếu St > 25

- Đối với cút cong có cánh hướng dòng

- Đối với chổ chia nhánh giá trị K được xác định theo đồ thị hình 13.17 với V_max là tốc độ dòng khí tạ đường ống chính (fpm)

Quan hệ giữa hệ số K với số St và tỷ số V ma /V br tại chổ chia nhánh

Tiếng ồn ở đầu vào và đầu ra của quạt:

Tiếng ồn sinh ra trong quạt do nhiều nguyên nhân. Tuy nhiên chủ yếu vẫn là do thay đổi hướng đột ngột và đi qua chổ thu hẹp. Tiếng ồn do quạt gây ra thường lớn và khó khắc phục.

Tiếng ồn do không khí thoát ra miệng thổi.

Tiếng ồn do dòng không khí ra miệng thổi phụ thuộc vào tốc độ của dòng không khí khi ra miệng thổi và kết cấu của nó.

Trong các catalogue của các miệng thổi đều có dẫn ra độ ồn của nó tương ứng với tốc độ đầu ra nào đó. Vì thế khi thiết kế cần lưu ý không được chọn tốc độ quá lớn

Tốc độ đầu ra miệng thổi

Đường ống tròn không có lớp hút âm

Khi sóng âm lan truyền trong không khí, do tính chất đàn hồi của môi trường không khí nên dao động song âm là dao động tắt dần, mức năng lượng âm giảm dần

Người ta tính được rằng trung bình độ ồn giảm tự nhiên là 0,03 dB trên 1feet chiều dài ống ở tần số dưới 1000 Hz và tăng không đều đến 0,1 dB/ft ở tần số 1000Hz.

Đối với ống chữ nhật không có lớp hút âm và cách nhiệt

Đối với đường ống chữ nhật độ giảm âm tự nhiên được tính theo bảng 13-6 dưới đây:

Độ giảm âm thanh dB/ft

P - Chu vi ống, in

A - Diện tích tiết diện ống, in²

Ống chữ nhật không có lót lớp hút âm, nhưng có bọc cách nhiệt bên ngoài

Đối với loại đường ống này, thì mức giảm âm lấy gấp đôi số liệu nêu trong bảng 13-6.

Ống tròn có lót lớp hút âm

Độ giảm âm phụ thuộc vào diện tích tiết diện ngang của đường ống và tính chất vật liệu hút âm. Các số liệu được dẫn ra ở bảng 13-7.

Độ giảm âm thanh dB/ft

Đối với đường ống chữ nhật có lót lớp hút âm

- Đối với tần số dải âm dưới 800 Hz độ giảm âm được tính như sau:

IL - Độ giảm âm thanh, dB

t - Độ dày của lớp vật liệu hút âm, in

h - Cạnh ngắn lòng ống, in

P - Chu vi lòng ống, in

A- Diện tích lòng ống, in²

L Chiều dài đoạn ống, ft

f- Tần số âm thanh, Hz

d- Khối lượng riêng vật hút âm, lb/ft³

- Đối với tần số trên 800 Hz

trong đó:

k = 2,11.10⁹

W - Cạnh dài của lòng ống, in

L - Chiều dài đoạn đang xét, ft

Công thức 9-11 tính khi L < 10 ft. Khi L > 10ft thì lấy L = 10ft

Độ giảm âm trên đoạn ống hình chữ nhật có lót lớp hút âm dày 1in, dB/ftĐể tránh làm cho IL quá lớn, đối với đường ống chữ nhật có lót hút âm, thì IL không được vượt quá 40 dB ở bất kỳ tần số nào.

Độ giảm IL nêu trên không tính tới độ giảm âm thanh tự nhiên, nên khi tính cần phải cộng vào

Đối với đường ống ô van

- Đối với đường ống ô van với tỷ số hai trục là 3: 1 thì IL được lấy giống đường ống tròn có đường kính bằng trục ngắn của ống ô van.

Độ dày lớp hút âm có ảnh hưởng đến trị số IL. Ở tần số 800 HZ, khi chiều dày lớp hút âm là 2in thì hiệu qura giảm âm tăng 2 lần so với lớp dày 1in. Vì vậy cần lót lớp hút âm dày từ 2in đến 3in để nâng cao hiệu quả hút âm.

Tổn thất tại cút cong và chổ chia nhánh

Tổn thất âm do phản hồi cuối đường ống

Khi sóng âm thoát ra cuối đường ống để vào phòng, do mở rộng đột ngột nên gây ra sự phản hồi âm ngược lại. Điều này giảm đáng kể các âm thanh tần số thấp.

Tổn thất âm do phản hồi không cần tính nếu:

- Miệng thổi kiểu khuyếch tán gắn trực tiếp lên trần

- Miệng thổi khuyếch tán nối với đoạn đường ống thẳng dài hơn 3 lần đường kính ống

- Miệng thổi khuyếch tán nối với ống nối mềm

Tổn thất âm do phản hồi cuối đường ống được tính theo bảng dưới đây:

Tổn thất do âm phản hồi cuối đường ống, dB

Chú ý: Các số liệu ở bảng 9-8 không sử dụng cho miệng thổi có lót lớp hút âm hoặc miệng thổi gắn trực tiếp lên đường ống. Nếu đầu cuối cùng của đường ống là miệng thổi khuyếch tán thì phải trừ đi ít nhất 6 dB

Sự phát xạ âm

Tiếng ồn do sóng âm hoặc sự rối loạn của dòng không khí bên trong đường ống có thể xuyên qua thành ống làm thành ống dao động. Sự truyền âm theo cách đó gọi là sự phát xạ âm.

Tiếng ồn ngược lại cũng có thể truyền vào bên trong ống, chạy theo hệ thống đường ống và vào phòng hoặc ra ngoài.

Tổn thất âm phát xạ trên đường truyền

Tổn thất âm khi qua cấu trúc xây dựng

Khi truyền âm qua các kết cấu xây dựng, năng lượng âm thanh bị tổn thất một lượng đáng kể, qua nghiên cứu người ta đã đưa ra các kết quả xác định tổn thất âm thành.

Tổn thất qua tường, vách ngăn, cửa kính và khoảng trống trên trần được tính theo bảng 13-16 dưới đây:

Tổn thất âm khi đi qua kết cấu xây dựng, dB

4 Hiệu ứng làm giảm âm kết hợp giữa trần và khoảng trống trên trần

Trần và khoảng trống trên trần có tác dụng giảm âm phát xạ từ đường ống ra một cách đáng kể, đặc biệt là trần có cách âm.

Đối với trần cách âm bằng sợi vô cơ khối lượng 35 lb/ft³ thì mức độ giảm âm theo các dải tần cho ở bảng 13-17:

Tổn thất âm qua trần cách âm, dB

Trường hợp có một hoặc nhiều nguồn âm trong phòng

Căn cứ vào thực nghiệm người ta đưa ra công thức tính mức áp suất trong phòng L_pr (dB) từ mức cường độ âm L_Wr

trong đó:

L_wr - Mức cường độ âm trong phòng, dB

V - Thể tích của phòng, ft³

f - Tần số trung tâm của dải ốcta, Hz

r - Khoảng cách từ nguồn âm tới nơi thu nhận, ft

Nếu trong phòng có nhiều nguồn âm thì tính L_pr riêng rẻ và cộng lại để tính tổng áp sấu âm tại nơi thu nhận.

Trường hợp có nhiều miệng thổi khuyếch tán đặt sát trần

Trong các văn phòng và phòng lớn trong toà nhà thường có nhiều miệng thổi. Nếu số lượng lớn hơn hay bằng 4 và độ độ cao lắp đặt như nhau thì mức áp suất âm trong phòng ở độ cao 5 ft cách sàn được xác định như sau:

L_WS - Mức cường độ âm thanh của miệng thổi, dB

h - độ cao của trần, ft

N - Số miệng thổi

X = F/h²: F - Diện tích sàn do 1 miệng thổi đảm nhận, ft²

Hiệu ứng không gian

Hiệu ứng không gian là sự chênh lệch giữa mức áp suất âm thanh và mức cường độ âm thanh trong phòng L_p - L_w