Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng: Phân tích hiệu quả truyền âm trong vật liệu cách âm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN

NGUYỄN VĂN CHÓT

PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ TRUYỀN ÂM

TRONG VẬT LIỆU CÁCH ÂM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành:Kỹ thuật Xây Dựng

Mã số: 8.58.02.01

Long An - 2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN

NGUYỄN VĂN CHÓT

PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ TRUYỀN ÂM

TRONG VẬT LIỆU CÁCH ÂM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành:Kỹ thuật Xây Dựng

Mã số: 8.58.02.01

Người hướng dẫn khoa học: TS.Lê Đình Kỳ

Long An - 2020

BẢN CAM KẾT

Ngoài những kết quả tham khảo từ những công trình khác như đã được ghi trong

luận văn, tôi xin cam kết rằng luận văn này là do chính tôi thực hiện và luận văn chỉ

được nộp tại Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An.

Tôi xin cam đoan rằng: Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn

toàn trung thực và chưa từng được sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ công trình nào

khác.

Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin

trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc.

HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Văn Chót

LỜI CẢM ƠN

Luận văn cao học hoàn thành là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu của

học viên tại Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An. Bên cạnh những nỗ lực

của học viên, hoàn thành chương trình luận văn không thể thiếu sự giảng dạy, quan

tâm, giúp đỡ của tập thể Thầy, Cô khoa Kiến trúc Xây dựng (Trường Đại học Kinh tế

Công nghiệp Long An) trong quá trình học tập cũng như hoàn thành luận văn cao học

này.

Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS.Lê Đình Kỳ cùng

tập thể các thầy cô, đồng nghiệp đã tận tình quan tâm, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức,

kinh nghiệm, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này.

Cũng nhân dịp này, tôi xin trân trọng cám ơn gia đình, bạn bè, tập thể lớp Cao

học Xây dựng đã hỗ trợ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn.

HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Văn Chót

iii

Tóm tắt luận văn

Hiện nay ở Việt Nam, lĩnh vực xây dựng ngày càng phát triển, đặt ra nhu cầu

cấp thiết về sử dụng những vật liệu hiện đại, phù hợp với những trường hợp đặc biệt

như cách âm.Việc phân tích hiệu quả truyền âm trong vật liệu cách âm sẽ mang lại

hiệu quả kinh tế, giảm tiếng ồn cho công trình. Đây là một yêu cầu quan trọng luôn

được đặt ra trong lĩnh vực xây dựng, đặc biệt đối với kiến trúc cần cách âm. Việc mô

phỏngtruyền âm trong vật liệu sẽ mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho dự án. Với những

lợi thế trên, đề tài này rất phù hợp với tình hình phát triển của Việt Nam hiện nay, khi

quá trình đô thị hóa đang diễn ra mạnh mẽ đặt ra nhu cầu cấp thiết về sử dụng những

loại vật liệu đặc biệt.Vì vậy việc nghiên cứu ứng xử của vật liệu cách âm cần được

triển khai nhiều hơn. Luận văn sẽ xây dựng mô hình bài toán truyền âm bằng Ansys,

sau đó thêm vào các điều kiện để xét đến sự suy giảm âm thanh của vật liệu tiêu âm và

hiệu quả cách âm của vách ngăn.Đồng thời, tính toán mô phỏng được trường mức áp

suất âm thanh khi có cách điều kiện về bài toán tiêu âm và cách âm, phân tích, so sánh

các vật liệu có tính chất khác nhau.

SIMULATION ANALYSIS ON NOISE REDUCTION OF

SOUNDPROOFING MATERIAL

Currently in Vietnam, the field of construction is growing, posing an urgent

need for the use of modern materials, suitable for special cases such as soundproofing.

The analysis of sound transmission effect in soundproof materials will bring economic

efficiency, reduce noise for buildings. This is an important requirement that is always

posed in the field of construction, especially for architecture that needs soundproofing.

The simulation of sound transmission in materials will bring significant benefits to the

project. With the above advantages, this topic is very suitable for the current

development situation of Vietnam, when the ongoing urbanization process poses an

urgent need for the use of special materials. Therefore, the research on the behavior of

soundproofing materials needs to be carried out more. The thesis will build the model

of Ansys sound transmission problem, then add the conditions to consider the

attenuation of sound absorption material and the soundproofing effect of the partition.

At the same time, the calculation simulates the sound pressure level field when there is

a conditional on the sound absorption and sound insulation problem, analyzing,

comparing materials with different properties.

Mục Lục

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................ 1

1.1. Đặt vấn đề .............................................................................................. 1

1.2. Tầm quan trong của vấn đề cách âm trong cuộc sống......................... 1

1.3. Âm thanh và sự lan truyền âm thanh ................................................... 1

1.3.1. Khái niệm ........................................................................................ 1

1.3.2. Sự lan truyền âm thanh. ................................................................. 2

1.4. Vật liệu cách âm và vật liệu tiêu âm. .................................................... 3

1.4.1. Vật liệu tiêu âm ............................................................................... 3

1.4.2. Vật liệu cách âm .............................................................................. 3

1.4.3. Những điều kiện cần thiết để cho quá trình tiêu âm, cách âm có hiệu quả ..................................................................................................... 4

1.4.4. Một số hình ảnh về vật liệu cách âm .............................................. 4

1.4.5. Một số hình ảnh về vật liệu tiêu âm ............................................... 6

1.6. Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................. 7

1.7. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................ 7

1.8. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 8

1.9. Ý nghĩa của nghiên cứu. ........................................................................ 8

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 9

2.1. Mục đích của việc sử dụng bài toán Model và bài toán Harmonic Response trong việc giải quyết bài toán truyền âm. ................................... 9

2.1.1. Bài toán Model ................................................................................ 9

2.1.2. Bài toán Harmonic Response ....................................................... 10

2. 2. Công thức về áp lực âm thanh ........................................................... 10

2.3. Tương tác cấu trúc chất lỏng .............................................................. 12

2.3.1. Phương trình sóng âm .................................................................. 12

2.3.2. Công thức phần tử hữu hạn của phương trình sóng................... 14

2.3.3. Tương tác cấu trúc – âm thanh .................................................... 16

2.4. Công thức chuyển vị các phần tử âm thanh. ...................................... 18

2.5 Mô thình âm thanh với phân tích phần tử hữu hạn ........................... 20

2.6. Một số phần tử trong ANSYS cho phân tích âm thanh ..................... 21

2.7. Một số công cụ mô phỏng của âm thanh ............................................ 22

2.7.1. Khối âm thanh .............................................................................. 22

2.7.2. Sự kích thích ................................................................................. 22

2.7.2.1. Nguồn sóng ..............................................................................................................22

2.7.2.2. Nguồn khối lượng ....................................................................................................23

2.7.3. Lưc tác động .................................................................................. 25

2.7.3.1. Áp suất tĩnh .............................................................................................................25

2.7.3.2. Tấm trở kháng ........................................................................................................26

2.7.4. Điều kiện biên .............................................................................. 26

2.7.4.1. Biên trở kháng.........................................................................................................26

2.7.4.2. Biên bức xạ ..............................................................................................................28

2.7.4.3. Bề mặt suy giảm ......................................................................................................28

2.7.4.4. Bề mặt tự do ............................................................................................................29

2.8. Mức áp suất âm ................................................................................... 29

2.9. Cường độ âm thanh ............................................................................. 30

3.1. Bài toán hấp thụ âm thanh .................................................................. 36

3.1.1. Tổn thất chèn (IL) và tổn thất truyền âm (TL) ........................... 36

3.1.2. Mô tả bài toán: .............................................................................. 37

3.1.3. Xây dựng và giải quyết bài toán trong Ansys Workbench ......... 40

3.2. Bài toán cách âm. ................................................................................. 55

3.2.1. Mô tả bài toán ............................................................................... 55

3.2.2. Xây dựng và giải quyết bài toán trong Ansys Workbench ......... 56

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................. 75

4.1. Kết luận ................................................................................................ 75

4.2. Ưu điểm của luận văn .......................................................................... 75

4.3. Nhược điểm của luận văn .................................................................... 75

4.4. Hướng phát triễn của luận văn ........................................................... 75

vii

Danh Mục Các Hình Hình 1. 1. Thép ....................................................................................................... 4

Hình 1. 2. Gỗ cách âm ............................................................................................ 5

Hình 1. 3. Bê tông .................................................................................................. 5

Hình 1. 4. Xốp tiêu âm ............................................................................................ 6

Hình 1. 5. Gỗ tiêu âm có các rãnh .......................................................................... 6

Hình 2. 1. Biên trở kháng nằm ngoài và trong miền âm thanh .............................. 26

Hình 3. 1. Mô tả bài toán hút âm .......................................................................... 37

Hình 3. 2. Thông số kích thước và tọa độ của ống ................................................ 40

Hình 3. 3. Hình ảnh của ống sau được xây dựng .................................................. 40

Hình 3. 4. Thông số kích thước và tọa độ của 2 khối giảm thanh.......................... 41

Hình 3. 5. Hình ảnh của ống và hai ống giảm thanh sau hoàn thành ..................... 41

Hình 3. 6. Tên gọi các bộ phận của hệ thống ........................................................ 42

Hình 3. 7. Mô hình sau khi được chia lưới ........................................................... 42

Hình 3. 8. Thông số của khối âm thanh được gán cho ống ................................... 43

Hình 3. 9. Thông số của khối âm thanh gán cho bộ phận giảm thanh ................... 43

Hình 3. 10. Gán điều kiện chấm dứt phản xạ và hệ số hấp thụ .............................. 44

Hình 3. 11. Gán nguồn khối lượng và giá trị của nguồn khối lượng ..................... 44

Hình 3. 12. Gán điều kiện biên trở kháng và giá trị của trở kháng ........................ 44

Hình 3. 13. Khoảng tần số giải quyết bài toán và bước giải .................................. 45

Hình 3. 14. Loại bỏ phần khối giảm âm và biên trở kháng ................................... 45

Hình 3. 15. Kết quả mức áp suất âm của ống ........................................................ 46

Hình 3. 16. Đồ thị thể hiện mức áp suất theo tần số .............................................. 47

Hình 3. 17. Loại bỏ phần khối giảm âm ................................................................ 47

Hình 3. 18. Kết quả mức áp suất âm của ống ........................................................ 48

Hình 3. 19. Đồ thị thể hiện mức áp suất âm đầu và cuối ống .............................. 479

Hình 3. 20. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm theo tần số .................. 479

Hình 3. 21. Đồ thị so sánh kết quả giữa Matlap và Ansys ..................................... 50

Hình 3. 22. Loại bỏ phần biên giảm thanh ............................................................ 50

viii

Hình 3. 23. Kết quả mức áp suất âm cảu hệ thống ................................................ 51

Hình 3. 24. Đồ thị thể hiện mức áp suất âm đầu và cuối ống ................................ 52

Hình 3. 25. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm theo tần số .................... 52

Hình 3. 26. Đồ thị so sánh kết quả giữa Matlap và Ansys ..................................... 53

Hình 3. 27. Khảo sát tổn thất truyền âm tại tần số 750Hz ..................................... 54

Hình 3. 28. Khảo sát tổn thất truyền âm tại tần số 100-1.000Hz ........................... 54

Hình 3. 29. Mô tả bài toán cách âm ...................................................................... 55

Hình 3. 30. Mô hình sau khi được xây dựng ......................................................... 56

Hình 3. 31. Tên gọi các bộ phận của mô hình ....................................................... 57

Hình 3. 32. Thông số của khối âm thanh được gán vào 2 phần ống ...................... 58

Hình 3. 33. Chọn vật liệu cho tấm ........................................................................ 58

Hình 3. 34. Tạo liên kết giữa tấm và 2 phần của ống ............................................ 59

Hình 3. 35. Mô hình sau khi chia lưới .................................................................. 59

Hình 3. 36. Gán và nhập giá trị cho nguồn khối lượng ......................................... 60

Hình 3. 37. Gán điều kiên biên bức xạ .................................................................. 60

Hình 3. 38. Tạo sự tương tác cấu trúc – âm thanh................................................. 60

Hình 3. 39. Tần số giải quyết bài toán .................................................................. 61

Hình 3. 40. Gán ngàm chuyển vị cho 4 cạnh của tấm ........................................... 61

Hình 3. 41. Tổng hợp các điều kiện của bài toán .................................................. 61

Hình 3. 42. Áp suất âm của hệ thống .................................................................... 62

Hình 3. 43. Mức áp suất âm của hệ thống ............................................................. 62

Hình 3. 44. Mức áp suất âm ở mặt NS_downstream_absorb................................. 63

Hình 3. 45. Chuyển vị của tấm cách âm ............................................................... 63

Hình 3. 46. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm của tấm tại 100 Hz...... 635

Hình 3. 47. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm của tấm dày 0.002m .... 636

Hình 3. 48. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm của tấm tại 50 Hz ....... 637

Hình 3. 49. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm của tấm tại 100 Hz...... 638

Hình 3. 50. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm của tấm tại 150 Hz...... 638

Hình 3. 51. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm của tấm tại 200 Hz...... 639

Hình 3. 52. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm của tấm tại 250 Hz...... 639

Hình 3. 53. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm của tấm tại 300 Hz........ 70

Hình 3. 54. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm của tấm dày 0.002m ...... 71

Hình 3. 55. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm của tấm dày 0.004m ...... 72

Hình 3. 56. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm của tấm dày 0.008m ...... 73

Hình 3. 57. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm của tấm dày 0.02m........ 71

Danh Mục Các Bảng

Bảng 2. 1. Đơn vị nguồn khối lượng ..................................................................... 24

Bảng 2. 2. Phần thực và ảo của trở kháng và nghịch đảo trở kháng ..................... 27

Bảng 3. 1. Thông số của bài toán hút âm........... …………………….………………..39

Bảng 3. 2. Thông số của bài toán cách âm ........................................................... 56

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Đặt vấn đề

Âm thanh là một hiện tượng vật lý quan trọng gắn liền với đời sống. Con người giao

tiếp với nhau thông qua âm thanh, nhờ âm thanh mà ta cảm nhận được mọi thứ xung

quanh, âm thanh được ứng dụng rất rộng rãi trong giáo dục, y tế, quân sự, văn hóa,…

.Hiện nay các nghiên cứu liên quan đến vấn đề âm thanh ngày càng được phát triển,

nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống. Trong các nghiên cứu về âm thanh thì sự tiêu

tán âm thanh và cách âm là một vấn đề thường gặp trong cuộc sống và được nghiên

cứu sâu rộng nhằm tìm ra những phương pháp, vật liệu tốt nhất, phù hợp nhất trong

qua trình sản xuất và đời sống.

1.2. Tầm quan trong của vấn đề cách âm trong cuộc sống

Hiện nay, cách âm giữa các phòng với nhau là một vấn đề quan trọng trong cuộc sống,

nhằm để giải quyết các vấn đế liên quan đến tiếng ồn, hạn chế các tác động xấu của âm

thanh. Vấn đề này được ứng dụng trong phòng riêng, phòng karaoke, phòng thu,

phòng nghiên cứu và một số các ứng dụng khác, ... . Một vấn đề khi người ta nghiên

cứu sự cách âm mà người ta quan tâm nhất là vật liệu cách âm (thông số vật liệu, độ

dày, tính chất,…). Từ đó, ta có thể sử dụng vật liệu một cách hiểu quả và tránh lãng

phí vật liệu.

1.3. Âm thanh và sự lan truyền âm thanh

1.3.1. Khái niệm

Âm thanh là một sóng áp lực. Khi một vật thể rung động nó tạo ra một sự nhiễu loạn

cơ học trong môi trường mà nó tiếp xúc ( biến đổi qua lại giữa các phân tử, nguyên tử

trong các môi trường không khí, rắn, lỏng,..). Môi trường sau đó mang sự nhiễu loạn

dưới dạng sóng áp suất và sãy ra sự lan truyền.

Cũng như nhiều loại sóng khác, âm thanh được đặc trưng bởi:

• Đặc trưng vật lý: Tần số âm, cường độ âm, mức độ cường độ âm.

(cid:190) Tần số âm là tần số dao động của âm (thường được kí hiệu là ‘f’)

(cid:190) Cường độ âm tại một điểm là đại lượng đo bằng năng lượng mà sóng

âm tải qua một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó, vuông góc với phương

truyền sóng trong một đơn vị thời gian ((cid:1849)/(cid:1865)(cid:2870)).

(cid:3010) (cid:3010)(cid:3116)

(cid:2870)

(cid:3024)

(cid:190) Mức độ cường âm: (cid:1838) (cid:3404) lg (cid:4666) (cid:4667), với (cid:1835)(cid:2868) là chuẩn độ cường âm và thường

(cid:3040)

bằng 10(cid:2879)(cid:2869)(cid:2870)(cid:4666) (cid:4667).

• Đặc trưng sinh lý: Độ to của âm (phụ thuộc vào cường độ âm), độ cao của âm

(phụ thuộc vào tần số âm), âm sắc (phụ thuộc vào đồ thị dao động hay phổ của

âm).

1.3.2. Sự lan truyền âm thanh.

Nguyên nhân của việc nghe được âm thanh: Khi một vật thể rung động sẽ tạo ra sự

dao động, chuyển động qua lại của các phần tử trong môi trường mà vật đó tiếp xúc và

sãy ra sự lan truyền, sóng âm truyền vào ống tai cho đến khi chúng đến màng nhĩ.

Màng nhĩ truyền các rung động vào các xương tại giữa và vào tai trong. Tai trong có

hình dạng ốc sên và chứa hàng ngàn tế bào lông nhỏ. Các tế bào này chuyển đổi sự

rung động thành các tín hiệu điện não thông qua dây thần kinh thính giác. Từ đó bộ

não sẽ phân tích và cho biết đó là âm thanh gì. Con người có thể nghe được âm thanh

trong tần số khoảng 20Hz (hạ âm) đến 20000Hz (siêu âm).

Sự lan truyền âm thanh trong các môi trường:

• Âm thanh cần vật chất để lan truyền, âm thanh có thể truyền qua vật chất ở

trạng thái rắn, lỏng, khí, plasma.

• Âm thanh không thể truyền được trong môi trường chân không (vì không có

vật chất để lan truyền).

• Âm thanh truyền qua không khí dưới dạng sóng dọc và có vận tốc bằng tích

của tần số sóng và bước sóng.

• Vận tốc lan truyền của âm thanh phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất của môi

trường vật chất. Vận tốc âm thanh trong không khí, nước, thép ở nhiệt độ và áp

suất đo thường lần lượt là 333m/s, 1450m/s, 5050m/s. Chứng tỏ: âm thanh chất

rắn, lỏng nhanh hơn nhiều so với không khí.

• Sóng âm truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số không thay

đổi.

1.4. Vật liệu cách âm và vật liệu tiêu âm.

1.4.1. Vật liệu tiêu âm

Tiêu âm là biến âm thanh nghe ù ù, khó nghe trong phòng nghe trở nên tốt hơn, rõ

ràng hơn, làm mất đi các âm thanh dội lại, tạo âm thanh tốt hơn.

Khi sóng âm chạm vào bề mặt vật liệu, một bộ phận âm thanh sẽ bị phản xạ, một bộ

phận khác sẽ bị hút vào vật liệu, một bộ phận khác xuyên qua bề mặt bên kia của vật

liệu. Vật liệu hút âm là vật liệu mà phần lớn các năng lượng của âm thanh đi vào vật

liệu còn lại lượng phản xạ âm thanh rất nhỏ.

Hay nói cách khác, vật liệu hút âm tập trung vào độ lớn của năng lượng âm thanh phản

xạ, từ đó tối thiểu hóa năng lượng âm thanh phản xạ.

Một số vật liệu tiêu âm: Mút cách âm, gỗ tiêu âm, vải nỉ tiêu âm, …

1.4.2. Vật liệu cách âm

Cách âm là một khái niệm mô tả sự giảm của âm thanh truyền qua giữa hai không gian

riêng biệt bợi cấu kiện ngăn chia.

Về mặt lý thuyết, vấn đề cách âm cho công trình cần phải được quan tâm trên hai

phương diện: âm truyền bên trong và bên ngoài công trình

Vật liệu cách âm là vật liệu hoặc kết cấu chặn sự di truyền của âm thanh tạo ra một

môi trường yên tĩnh. Khi âm thanh đi vào vật liệu, năng lượng truyền qua bề mặt kia

của vật liệu rất nhỏ chứng tỏ vật liệu cách âm tốt. chênh lệch decibel (dB) giữa năng

lượng âm thanh đi vào và năng lượng âm thanh xuyên qua ở một mặt khác chính là

lượng cách âm của vật liệu.

Hay hiểu theo một cách khác: Vật liệu cách âm tập trung vào độ lớn nhỏ của năng

lượng âm thanh xuyên qua ở mặt bên kia, mục đích là tối thiểu hóa năng lượng âm

thanh xuyên qua.

Một số vật liệu cách âm: bông thủy tinh, tấm túi khí, cao su non, …

1.4.3. Những điều kiện cần thiết để cho quá trình tiêu âm, cách âm có hiệu quả

Tiêu âm: vật liệu tiêu âm cho phép âm thanh dễ đi vào và xuyên qua vì vậy vật liệu

tiêu âm phải xốp, tơi và thông khí. Kết cấu của nó là vật liệu siêu nhỏ có số lượng lớn,

liên kết với nhau và có tính thông khí nhất định.

Cách âm: để việc cách âm đạt được hiểu quả thì các vật liệu cần đạt được các điều

kiện cần thiết như: chắc đặc, cấu trúc lien tục, và đảm bảo không có sai sót.

• Chắc đặc: những vật liệu nào càng dày, càng rắn chắc, càng đặc thì cách âm

càng tốt.

• Cấu trúc liên tục: ta có thể hiểu rằng cấu trúc lien tục là việc cách âm phải bọc

kín căn phòng. Nếu căn phòng có bất cứ lỗ nào thì căn phòng cách âm sẽ không

đạt được hiểu quả cao.

• Không sai sót: để đảm bảo cách âm hiểu quả thì việc tiến hành thi công đảm

bảo không sai sót là một điều rất cần thiết. Qúa trình thi công cần tiến hành một

cách cận thận, tỉ mỉ, để vật liệu cách âm có thể phát huy tối đa tác dụng của nó.

1.4.4. Một số hình ảnh về vật liệu cách âm

Hình 1. 1. Thép

Hình 1. 2. Gỗ cách âm

Hình 1. 3. Bê tông

1.4.5. Một số hình ảnh về vật liệu tiêu âm

Hình 1. 4. Xốp tiêu âm

Hình 1. 5. Gỗ tiêu âm có các rãnh

1.5. Tổng quan các công trình nghiên cứu

1.5.1. Các nghiên cứu trong nước

Những vấn đề liên quan đến việc mô phỏng bài toán truyền âm hầu như chưa được thực hiện ở Việt Nam.Tuy nhiên cũng có một số tác giả đã nghiên cứu những lý thuyết liên quan đến âm học như tác giả Nguyễn Hải, Âm học và Kiểm tra Tiếng ồn.Ngoài ra, một số tiêu chuẩn Việt Nam cũng được đặt ra cho việc tính toán truyền âm trong thiết kế như TCVN 7839-2:2007, Xác định hiệu quả cách âm của vỏ cách âm; TCVN 8777:2011, Hướng dẫn kiểm soát tiếng ồn trong công sở và phòng làm việc bằng màn chắn âm; TCXD 150:1986, Thiết kế chống ồn cho nhà ở.

1.5.2. Các nghiên cứu ở nước ngoài

Trên thế giới, bài toán mô phỏng truyền âm bằng phương pháp số vẫn còn khá ít

nghiên cứu, chỉ được đề cập ở một số bài báo, điển hình như

• Arjunan, C.J. Wang, K. Yahiaoui, D.J. Mynors, T. Morgan, V.B. Nguyen3 , M. English, Sound frequency dependent mesh modelling to simulate the acoustic insulation of stud based double-leaf walls, Proceedings of isma2014 including usd 2014.

• Arun Arjunan, Chang Wang, Martin English, Mark Stanford and Paul Lister, A the Noise

Computationally-Efficient Numerical Model to Characterize Behavior of Metal-Framed Wall, Metals, 2015.

• Leszek KWAPISZ, Numerical Modelling of Sound Transmission Through the

Window Type Partition, Vibrations in Physical Systems Vol. 27 (2016).

1.6. Mục tiêu nghiên cứu

• Hiểu khái niệm chung về việc phân tích âm thanh tương tác cấu trúc lỏng.

• Hiểu một số loại công thức áp lực âm thanh có sẳn trong ANSYS.

• Tìm hiểu các điều kiện biên âm thanh và các loại tải tác động.

• Phân tích được sự suy giảm mức cường độ âm thanh khi âm của hệ thống khi

có vật liệu tiêu âm.

• Phân tích được hiểu quả cách âm khi âm thanh truyền qua vật liệu cách âm.

• Tiến hành so sánh kết quả của nhiều vật liệu khác nhau trên các tần số khác

nhau.

1.7. Đối tượng nghiên cứu

• Tấm giảm âm và vách cách âmsẽ được mô hình trong bài toán truyền âm trong

ống (có độ dài và kích thước cụ thể) bằng Ansys, sau đó thêm vào các điều kiện

để xét đến sự suy giảm âm thanh của vật liệu tiêu âm và hiệu quả cách âm của

vách ngăn.

1.8. Phạm vi nghiên cứu

• Tính toán mô phỏng được trường mức áp suất âm thanh trong ống khi có cách

điều kiện về bài toán tiêu âm và cách âm.

• Phân tích, so sánh các vật liệu có tính chất khác nhau.

• Bỏ qua sự ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm không khí, hướng gió, giảm chấn ở

trong ống, và các yếu tố về sự bức xạ ở hai đầu ống.

1.9. Ý nghĩa của nghiên cứu.

• Nắm vững được các yếu tố liên quan đến qua trình truyền âm

• Phân tích được kết quả mức áp suất âm để đưa ra vật liệu có hiệu quả cách âm

tốt nhất.

• Là tiền đề để xây dựng các bài toán lớn hơn, phạm vi nghiên cứu lớn hơn (tính

toán sự ảnh hưởng của nhiệt độ,…).

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Mục đích của việc sử dụng bài toán Model và bài toán Harmonic Response

trong việc giải quyết bài toán truyền âm.

2.1.1. Bài toán Model

Dùng để tính toán tần số tự nhiên và các mode của hệ thống âm thanh hay kết cấu hoặc

hệ thống kết cấu – âm thanh kết hợp.

Kết quả lấy từ bài toán Model tiến hành trên ANSYS có thể được sử dụng để giải các

bài toán Harmonic Response, hoặc phân tích phổ phản ứng.

Phương trình của sự chuyển động cho một hệ thống âm thanh hoặc lưu chất có thể viết

như sau:

(2.1) (cid:4666)(cid:3398)(cid:2033)(cid:2870)(cid:4670)(cid:1839)(cid:4671) (cid:3397) (cid:1862)(cid:2033)(cid:4670)(cid:1829)(cid:4671) (cid:3397) (cid:4670)(cid:1837)(cid:4671)(cid:4667)(cid:4668)(cid:1842)(cid:4669) (cid:3404) (cid:4668)(cid:1858)(cid:4669)

Trong đó:

• [M] là ma trận khối lượng;

• [C] là ma trận giảm chấn;

• [K] là ma trận độ cứng;

• {p} là véc tơ của nút áp lực cho hệ thống âm thanh hoặc chuyển vị cho hệ thông

kết cấu;

• {f} là tải âm thanh hay tải cấu trúc áp đặt lên hệ thống;

Trong phân tích các bài toán Model cơ bản, người ta cho rằng không có giảm chấn và

không có tải tác động , do đó ma trận giảm chấn và ma trận tải tác động được bỏ ra

khỏi phương trình:

(2.2) (cid:4666)(cid:3398)(cid:2033)(cid:2870)(cid:4670)(cid:1839)(cid:4671) (cid:3397) (cid:4670)(cid:1837)(cid:4671)(cid:4667)(cid:4668)(cid:1842)(cid:4669) (cid:3404) (cid:4668)0(cid:4669)

Đối với hệ thống (không giảm chấn), các dao động của áp suất tự do được coi là điều

hòa và được biểu hiện dưới dạng:

(2.3) (cid:4668)(cid:1868)(cid:4669) (cid:3404) (cid:4668)(cid:2030)(cid:4669)(cid:3041)(cid:1855)(cid:1867)(cid:1871)(cid:2033)(cid:3041)(cid:1872)

Trong đó:

• (cid:4668)(cid:2030)(cid:4669)(cid:3041) là mode hình dạng của áp lực của tần số tự nhiên thứ n;

• (cid:2033)(cid:3041) là tần số góc (rad/s);

• (cid:1872) là thời gian;

Từ đó ta có phương trình:

(cid:2870)(cid:4670)(cid:1839)(cid:4671) (cid:3397) (cid:4670)(cid:1837)(cid:4671)(cid:4667)(cid:4668)(cid:2030)(cid:4669)(cid:3041) (cid:3404) (cid:4668)0(cid:4669)

(2.4) (cid:4666)(cid:3398)(cid:2033)(cid:3041)

Phương trình có một nghiệm tầm thường là (cid:4668)(cid:2030)(cid:4669)(cid:3041) (cid:3404) 0, một số các giải pháp tiếp theo là

giải phương trình khi mà định thức bằng không hay là có thể viết lại là:

(cid:2870)(cid:4670)(cid:1839)(cid:4671) (cid:3397) (cid:4670)(cid:1837)(cid:4671)| (cid:3404) 0

(2.5) |(cid:3398)(cid:2033)(cid:3041)

Đây là một vấn đề cần được giải quyết để tìm tần số tự nhiên (cid:2033)(cid:3041), các mode hình dạng

(cid:4668)(cid:2030)(cid:4669)(cid:3041)

ANSYS sẽ liệt kê ra một danh sách kết quả của tần số tự nhiên tính bằng Hertz:

(2.6) (cid:1858)(cid:3041) (cid:3404) (cid:2033)(cid:3041) 2(cid:2024)

2.1.2. Bài toán Harmonic Response

Dùng để tính toán các phản ứng của âm thanh hoặc sự rung động của hệ thống do dưới

sự tác động của lực thay đổi, chuyển vị, áp lực âm thanh, và nhiều sự tác động, kích

thích khác, trong đó sự kích thích là liên tục tại tần số không đổi. Một số phân tích

điều hòa có thể tiến hành trên một dãi tần số.

Bài toán Harmonic Response của hệ thống có thể được tính toán sử dụng 2 phương

pháp là: full và model summation.

• Phương pháp full liên quan đến việc hình thành ma trận độ cứng, ma trận khối

lượng, ma trận giảm chấn, tải tác động của phương trình chuyển động, kết hợp

các ma trân sau đó nghịch đảo ma trận kết hợp rồi nhân với véc tơ tải để ra

chuyển vị của nút:

• Phương pháp model summation liên quan đến tính toán của các mode hình dạng

của cấu trúc hoặc của hệ thống âm thanh.

2. 2. Công thức về áp lực âm thanh

Khi một vật thể rung động nó tạo ra sự nhiểu loạn trong môi trường mà nó tiếp xúc (

biến đổi qua lại giữa các phân tử, nguyên tử trong các môi trường không khí, rắn,

lỏng,..). Môi trường sau đó mang sự nhiễu loạn dưới dạng sóng áp suất và sãy ra sự lan

truyền.

Áp suất âm là lực của âm thanh ( do các phần tử, nguyên tử trong môi trường tạo ra

khi rung động) tác động lên một bề mặt vuông góc với hướng của âm thanh. Có đơn vị

là N/m^2

(áp suất âm âm là sự chêch lệch áp suất gây ra bởi sóng âm và áp suất xung quanh của

các phương tiện mà sóng âm truyền qua.)

Áp suất âm p trong phần tử hữu hạn có thể viết là:

(cid:3040) (cid:1868) (cid:3404) (cid:3533) (cid:1840)(cid:3036)(cid:1868)(cid:3036) (cid:3036)(cid:2880)(cid:2869)

(2.7)

Trong đó:

• (cid:1840)(cid:3036) là tập hợp các hàm dạng tuyến tính;

• (cid:1868)(cid:3036) là áp lực âm tại nút i;

• (cid:1865) là số nút tạo thành phần tử.

Đối với các loại âm thanh có công thức áp suất, phương trình phần tử hữu hạn tổn thất

cho chất lỏng ở dạng ma trận được viết lại.

(2.8) (cid:3427)(cid:1839)(cid:3033)(cid:3431)(cid:4668)(cid:1868)(cid:4663)(cid:4669) (cid:3397) (cid:3427)(cid:1837)(cid:3033)(cid:3431)(cid:4668)(cid:1868)(cid:4669) (cid:3404) (cid:3419)(cid:1832)(cid:3033)(cid:3423)

Trong đó:

• (cid:3427)(cid:1837)(cid:3033)(cid:3431) là ma trận độ cứng lưu chất tương đương;

• (cid:3427)(cid:1839)(cid:3033)(cid:3431) là ma trân khối lượng lưu chất tương đương;

• (cid:4668)(cid:1832)(cid:3047)(cid:4669) là véc tơ tải của lưu chất;

• (cid:4668)(cid:1868)(cid:4669) là véc tơ áp suất âm thanh nút không xác định ;

• (cid:4668)(cid:1868)(cid:4663)(cid:4669)là véc tơ đạo hàm cấp 2 của áp suất âm đối với thời gian.

2.3. Tương tác cấu trúc chất lỏng

2.3.1. Phương trình sóng âm

Trong các bài toán tương tác cấu trúc – âm thanh, phương trình động lực học kết cấu

phải được xem xét cùng phương trình Navier – Stokes của động lượng lưu chất và

phương trình liên tục của dòng chảy.

Từ định luật bảo toàn khối lượng, phương trình liên tục của dòng chảy là:

(2.9) (cid:3404) (cid:3398)(cid:1487)(cid:4666)ρ(cid:1874)(cid:1318)(cid:4667) (cid:3397) (cid:1843) (cid:1856)(cid:2025) (cid:1856)(cid:1872)

Trong đó:

• (cid:2025) là mật độ khối lượng

• (cid:1874) là véc tơ vận tốc theo các hướng x, y, z

• (cid:1843) là nguồn khối lượng

t là thời gian •

Từ định luật bảo toàn động lượng, phương trình Navier – Stokes được viết như sau:

(2.10) (cid:2025) (cid:3404) (cid:3398)(cid:1487)(cid:4666)p(cid:4667) (cid:3397) (cid:1487)(cid:1845)(cid:1238) (cid:3397) (cid:2025)(cid:1854)(cid:4652)(cid:1318) (cid:1856)(cid:1874)(cid:1318) (cid:1856)(cid:1872)

Trong đó:

• (cid:1845)(cid:1238) là tensor ứng suất nhớt

• (cid:1868) là áp suất

• (cid:1854)(cid:4652)(cid:1318) là lực khối

Phương trình động lượng (Navier – Stokes) và phương trình liên tục của dòng chảy

được đơn giản hóa để có phương trình sóng âm bằng cách sử dụng các giả định sau:

• Chất lỏng có thể nén được ( thay đổi mật độ do thay đổi áp suất)

• Chất lỏng không thể xoay được

• Không có lực khối

• Sự xáo trộn áp suất là nhỏ

• Không có lưu lượng trung bình của chất lỏng

• Là khí lí tưởng, đoạn nhiệt là có thể đảo ngược.

Phương trình liên tục tuyến tính là:

(2.11) (cid:3397) (cid:1487)(cid:1874)(cid:1318)(cid:3028) (cid:3404) (cid:3398) (cid:2034)(cid:1868)(cid:3028) (cid:2034)(cid:1872) 1 (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2870) (cid:1843) (cid:2025)(cid:2868)

Phương trình Navier – Stokes tuyến tính là:

(2.12) (cid:3404) (cid:3398) (cid:1487) (cid:3436)(cid:3398) (cid:3397) (cid:3440) (cid:1487)(cid:1868)(cid:3028) (cid:3397) (cid:2034)(cid:1874)(cid:1318)(cid:3028) (cid:2034)(cid:1872) (cid:2034)(cid:1868)(cid:3028) (cid:2034)(cid:1872) 1 (cid:2025)(cid:2868) 4(cid:2020) 3(cid:2025)(cid:2868) 1 (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2870) (cid:1843) (cid:2025)(cid:2868)

Trong đó:

• (cid:1874)(cid:1318)(cid:3028) là vận tốc âm thanh

• (cid:1868)(cid:3028) là áp suất âm thanh

Phương trình sóng âm được thể hiện bằng công thức:

(cid:1487)(cid:1868) (cid:3440) (cid:3398) (cid:1487) (cid:3436) (cid:3440)(cid:3441) (cid:1487) (cid:3436) (cid:2034)(cid:2870)(cid:1868) (cid:2034)(cid:1872)(cid:2870) (cid:3397) (cid:1487) (cid:3437) (cid:2034)(cid:1868) (cid:2034)(cid:1872) 1 (cid:2025)(cid:2868) 1 (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2870) 4(cid:2020) 3(cid:2025)(cid:2868) 1 (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2870)

(cid:3404) (cid:3398) (cid:3440) (cid:3397) (cid:1487) (cid:3437) (cid:1487) (cid:3436) (cid:3440)(cid:3441) (cid:4666)2.13(cid:4667) (cid:3436) (cid:2034) (cid:2034)(cid:1872) (cid:1843) (cid:2025)(cid:2868) 4(cid:2020) 3(cid:2025)(cid:2868) (cid:1843) (cid:2025)(cid:2868)

Trong đó:

• c là vận tốc âm thanh trong môi trường chất lỏng (cid:1855) (cid:3404) (cid:3493)(cid:1837)/(cid:2025)(cid:2868)

• (cid:2025)(cid:2868) là mật độ chất lỏng trung bình

• K là mô đun khối của chất lỏng

• (cid:2020) là hệ số nhớt động lực học

• (cid:1868) là áp suất âm thanh (=p(x, y, z, t))

• (cid:1843) là nguồn khối lượng trong môi trường liên tục

• (cid:1872) là thời gian

Bởi vì sự phân tán của nhớt được tính đến bằng giả thuyết của Stokes, nên phương

trình trên được gọi là phương trình sóng mất mát cho sự lan truyền âm thanh trong

chất lỏng, áp suất âm thanh tác động lên cấu trúc tại giao diện FSI sẽ được xem xét

trong đạo hàm của ma trân âm thanh để hình thành ma trận độ cứng ghép đôi.

Áp lực thay đổi điều hòa được đưa ra bởi công thức sau:

(2.14) (cid:1868)(cid:4666)(cid:1870)(cid:1318), (cid:1872)(cid:4667) (cid:3404) (cid:1844)(cid:1857)(cid:4666)(cid:1868)(cid:4666)(cid:1870)(cid:1318)(cid:4667)(cid:1857) (cid:3037)(cid:3104)(cid:3047)

Trong đó:

• p là biên độ của áp suất

• (cid:2033) (cid:3404) 2(cid:2024)(cid:1858)

• (cid:1862) (cid:3404) √(cid:3398)1

• f là tần số dao động của áp suất

Phương trình sóng âm có thể rút gọn theo phương trình Helmholtz sau đây:

(cid:1487)(cid:1868) (cid:3440) (cid:3397) (cid:1487) (cid:3436) (cid:1487) (cid:3436) 1 (cid:2025)(cid:2868) (cid:2033)(cid:2870) (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2870) (cid:1868) (cid:3397) jω (cid:3437) 4(cid:2020) 3(cid:2025)(cid:2868) 1 (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2870) (cid:1868)(cid:3440)(cid:3441)

(cid:3440) (cid:3397) (cid:1487) (cid:3437) (cid:1487) (cid:3436) (cid:3440)(cid:3441) (cid:4666)2.15(cid:4667) (cid:3404) (cid:3398)(cid:1862)(cid:2033) (cid:3436) (cid:1843) (cid:2025)(cid:2868) 4(cid:2020) 3(cid:2025)(cid:2868) (cid:1843) (cid:2025)(cid:2868)

2.3.2. Công thức phần tử hữu hạn của phương trình sóng

Công thức phần tử hữu hạn thu được bằng cách kiểm tra phương trình sóng âm bằng

cách sử dụng phương thức Galerkin. Phương trình sóng âm được nhân với hàm w và

tích phân trên thể tích của miền với một số thao tác mang lại kết quả sau:

Ω(cid:3255)

(cid:3512) (cid:4679) (cid:1856)(cid:1874) (cid:3397) (cid:3512) (cid:1487)(cid:1875) (cid:3436) (cid:1487)(cid:1868) (cid:3440) (cid:1856)(cid:1874) (cid:2034)(cid:2870)(cid:1868) (cid:2034)(cid:1872)(cid:2870) (cid:1856)(cid:1874) (cid:3397) (cid:3512) (cid:1487)(cid:1875) (cid:4678) (cid:2034)(cid:1868) (cid:2034)(cid:1872) 1 (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2870) (cid:1875) 1 (cid:2025)(cid:2868) 4(cid:2020) (cid:2870)(cid:1855)(cid:2870) 3(cid:2025)(cid:2868)

(cid:2939) (cid:3255)

(cid:3397) (cid:3518) (cid:1875) (cid:4678) (cid:3397) (cid:4679) (cid:1866)(cid:3548)(cid:1487)(cid:1868)(cid:1856)(cid:1871) (cid:3397) (cid:3518) (cid:1875) (cid:1866)(cid:3548)(cid:1487)(cid:1843)(cid:1856)(cid:1871) (cid:2034)(cid:1868) (cid:2034)(cid:1872) 1 (cid:2025)(cid:2868) 4(cid:2020) (cid:2870) 3(cid:2025)(cid:2868) 4(cid:2020) (cid:2870)(cid:1855)(cid:2870) 3(cid:2025)(cid:2868)

(2.16)

(cid:2870) (cid:1487)(cid:1843)(cid:4679) (cid:1856)(cid:1874)

Ω(cid:3255)

(cid:1856)(cid:1874) (cid:3397) (cid:3512) (cid:1487)(cid:1875) (cid:4678) (cid:3404) (cid:3512) (cid:1875) (cid:2034)(cid:1843) (cid:2034)(cid:1872) 1 (cid:2025)(cid:2868) 4(cid:2020) 3(cid:2025)(cid:2868)

Trong đó:

• dv là vi phân thể tích của miền âm thanh Ω(cid:3007)

• ds là vi phân bề mặt của biên miền âm thanhΓ (cid:3007)

• (cid:1866)(cid:3548) là véc tơ đơn vị pháp tuyến ngoài của biên Γ (cid:3007)

Từ phương trình bảo toàn động lượng, vận tốc pháp tuyến trên đường biên của miền

âm thanh được viết như sau:

(cid:2870) (cid:1866)(cid:3548)(cid:1487)(cid:1843)

(2.17) (cid:3404) (cid:1866)(cid:3548) (cid:3404) (cid:3398) (cid:4678) (cid:3397) (cid:4679) (cid:1866)(cid:3548)(cid:1487)(cid:1868) (cid:3397) (cid:2034)(cid:1874)(cid:3041),(cid:3007) (cid:2034)(cid:1872) (cid:2034)(cid:1874)(cid:3377) (cid:2034)(cid:1872) (cid:2034)(cid:1868) (cid:2034)(cid:1872) 1 (cid:2025)(cid:2868) 4(cid:2020) (cid:2870)(cid:1855)(cid:2870) 3(cid:2025)(cid:2868) 4(cid:2020) 3(cid:2025)(cid:2868)

Thay phương trình (2.17) vào phương trình (2.16) tạo ra một dạng “yếu” của phương

trình sóng âm:

Ω(cid:3255)

(cid:2870) (cid:1487)(cid:1843)(cid:4679) (cid:1856)(cid:1874)

(cid:2939) (cid:3255)

Ω(cid:3255)

(cid:3397) (cid:3518) (cid:1875) (cid:1856)(cid:1871) (cid:3404) (cid:3512) (cid:1875) (cid:1856)(cid:1874) (cid:3397) (cid:3512) (cid:1487)(cid:1875) (cid:4678) (cid:4666)2.18(cid:4667) (cid:2034)(cid:1874)(cid:3041),(cid:3007) (cid:2034)(cid:1872) (cid:2034)(cid:1843) (cid:2034)(cid:1872) 1 (cid:2025)(cid:2868) 4(cid:2020) 3(cid:2025)(cid:2868)

Gia tốc tiếp tuyến của điểm chất lỏng có thể được trình bày bằng cách sử dụng chuyển

vị pháp tuyến của điểm chat lỏng:

(2.19) (cid:3404) (cid:1866)(cid:3548) (cid:2034)(cid:1874)(cid:3041),(cid:3007) (cid:2034)(cid:1872) (cid:2034) (cid:2870)(cid:1873)(cid:3007)(cid:4652)(cid:4652)(cid:4652)(cid:4652)(cid:3377) (cid:2034)(cid:1872)

Với (cid:1873)(cid:3007)(cid:4652)(cid:4652)(cid:4652)(cid:4652)(cid:3377) là chuyển vị của điểm chất lỏng.

Sau khi sử dụng phương trình (2.19) phương trình (2.18) được viết lại:

Ω(cid:3255)

(cid:3512) (cid:2034)(cid:2870)(cid:1868) (cid:2034)(cid:1872)(cid:2870) (cid:1856)(cid:1874) 1 (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2870) (cid:1875)

Ω(cid:3255)

(cid:2939) (cid:3255)

Ω(cid:3255)

(cid:3397) (cid:3512) (cid:1487)(cid:1875) (cid:4678) (cid:4679) (cid:1856)(cid:1874) (cid:3397) (cid:3512) (cid:1487)(cid:1875) (cid:3436) (cid:1487)(cid:1868) (cid:3440) (cid:1856)(cid:1874) (cid:3397) (cid:3518) (cid:1875)(cid:1866)(cid:3548) (cid:1856)(cid:1871) (cid:2034) (cid:2870)(cid:1873)(cid:3007)(cid:4652)(cid:4652)(cid:4652)(cid:4652)(cid:3377) (cid:2034)(cid:1872) (cid:2034)(cid:1868) (cid:2034)(cid:1872) 1 (cid:2025)(cid:2868) 4(cid:2020) (cid:2870)(cid:1855)(cid:2870) 3(cid:2025)(cid:2868)

(2.20)

(cid:2870) (cid:1487)(cid:1843)(cid:4679) (cid:1856)(cid:1874)

Ω(cid:3255)

2.3.3. Tương tác cấu trúc – âm thanh

Phần này mô tả các phương trình ma trận cho các bài toán tương tác cấu trúc kết hợp.

Mục đích của việc mô tả các phương trình để làm nổi bật:

• Làm thế nào mà chất lỏng âm thanh và cấu trúc chất lỏng đươc liên kết.

• Các ma trận không đối xứng là kết quả của bài toán tương tác cấu trúc chất

lỏng.

• Làm thế nào để ma trận có thể chuyển đổi từ không đối xứng thành đối xứng từ

đó giảm thời gian tính toán.

Các phương trình chuyển động cho cấu trúc là:

(2.21) (cid:4670)(cid:1839)(cid:3046)(cid:4671)(cid:3419)(cid:1847)(cid:4663) (cid:3423) (cid:3397) (cid:4670)(cid:1837)(cid:3046)(cid:4671)(cid:4668)(cid:1847)(cid:4669) (cid:3404) (cid:4668)(cid:1832)(cid:3046)(cid:4669)

Trong đó:

• (cid:4670)(cid:1837)(cid:3046)(cid:4671) là ma trận độ cứng cấu trúc;

• (cid:4670)(cid:1839)(cid:3046)(cid:4671) là ma trận khối lượng cấu trúc;

• (cid:4668)(cid:1832)(cid:3046)(cid:4669) là các véc tơ tải;

• (cid:4668)(cid:1847)(cid:4669) là véc tơ chuyển vị nút không xác định;

• (cid:4668)(cid:1847)(cid:4663) (cid:4669)là véc tơ đạo hàm cấp hai của chuyển vị theo thời gian, tương đương với gia

tốc trên các nút.

Sự tương tác cấu trúc và lưu chất xảy ra tại mặt giao thoa giữa cấu trúc và phần tử âm,

trong đó áp suất âm tác động một lực lên cấu trúc và sự chuyển động của cấu trúc tạo

nên áp lực. Để mà giải thích cho sự ghép đôi giữa cấu trúc và chất lưu âm thanh, một

số hạng bổ sung được thêm vào các phương trình chuyển động của cấu trúc và lưu chất

(khối lượng riêng, (cid:1868)(cid:2868)), như sau:

(2.22) (cid:4670)(cid:1839)(cid:3046)(cid:4671)(cid:3419)(cid:1847)(cid:4663) (cid:3423) (cid:3397) (cid:4670)(cid:1837)(cid:3046)(cid:4671)(cid:4668)(cid:1847)(cid:4669) (cid:3404) (cid:4668)(cid:1832)(cid:3046)(cid:4669) (cid:3397) (cid:4670)(cid:1844)(cid:4671)(cid:4668)(cid:1868)(cid:4669)

(2.23) (cid:3427)(cid:1839)(cid:3033)(cid:3431)(cid:4668)(cid:1868)(cid:4663)(cid:4669) (cid:3397) (cid:3427)(cid:1837)(cid:3033)(cid:3431)(cid:4668)(cid:1868)(cid:4669) (cid:3404) (cid:3419)(cid:1832)(cid:3033)(cid:3423) (cid:3398) (cid:1868)(cid:3042)(cid:4670)(cid:1844)(cid:4671)(cid:3021)(cid:3419)(cid:1847)(cid:4664)(cid:3423)

Trong đó:

[R] là ma trận gắn đôi cho sự liên kết giữa diện tích bề mặt có hiệu quả với từng nút

của tương tác cấu trúc lưu chất.

Hai phương trình trên có thể viết lại thành một phương trình ma trận bao gồm các tác

động của giảm xóc như sau:

(cid:3432) (cid:3420) (cid:3424) (cid:3397) (cid:3428) (cid:3432) (cid:3420) (cid:3424) (cid:3397) (cid:3428) (cid:3432) (cid:3420) (cid:3424) (cid:3404) (cid:3420) (cid:3424) (2.24) (cid:3428) (cid:1847) (cid:1868) 0 (cid:1829)(cid:3046) 0 (cid:1829)(cid:3033) (cid:1837)(cid:3046) (cid:3398)(cid:1844) (cid:1837)(cid:3033) 0 (cid:1832)(cid:3046) (cid:1832)(cid:3033) (cid:1847)(cid:4663) (cid:1868)(cid:4663) (cid:1847)(cid:4662) (cid:1868)(cid:4662) 0 (cid:1839)(cid:3046) (cid:2025)(cid:2868)(cid:1844)(cid:3021) (cid:1839)(cid:3033)

Trong đó:

(cid:4670)(cid:1829)(cid:3046)(cid:4671) (cid:1874)à (cid:4670)(cid:1829)(cid:3046)(cid:4671)lần lượt là ma trân giảm chấn cấu trúc và ma trận giảm chấn âm thanh.

Để mà phân tích giao động, phương trình có thể rút gọn như sau:

(cid:4681) (cid:3420) (cid:3424) (cid:3404) (cid:3420) (cid:3424) (2.25) (cid:4680) (cid:1847) (cid:1868) (cid:1832)(cid:3046) (cid:1832)(cid:3033) (cid:3398)(cid:2033)(cid:2870)(cid:1839)(cid:3046) (cid:3397) (cid:1862)(cid:2033)(cid:1829)(cid:3046) (cid:3397) (cid:1837)(cid:3046) (cid:3398)(cid:2033)(cid:2870)(cid:2025)(cid:2868)(cid:1844)(cid:3021) (cid:3398)(cid:1844) (cid:3398)(cid:2033)(cid:2870)(cid:1839)(cid:3033) (cid:3397) (cid:1862)(cid:2033)(cid:1829)(cid:3033) (cid:3397) (cid:1837)(cid:3033)

Ma trận trong phương trình (2.25) là ma trận không đối xứng, nghịch đảo của ma trận

không đối xứng sẽ mất thời gian hơn nhiều so với ma trận đối xứng.Có một lựa chọn

trong ANSYS để sử dụng công thức đối xứng cho bài toán kết cấu lưu chất. Điều này

có thể thực hiện bằng một phép biến đổi áp lực nút như:

(2.26) (cid:1869)(cid:4662) (cid:3404) (cid:1862)(cid:2033)(cid:1869) (cid:3404) (cid:1868)

Thay thế vào phương trình (2.25), ta có:

(cid:3398)(cid:2033)(cid:2870)(cid:1839)(cid:3046) (cid:3397) (cid:1862)(cid:2033)(cid:1829)(cid:3046) (cid:3397) (cid:1837)(cid:3046) (cid:4686) (cid:4687) (cid:3420) (cid:4689) (cid:4666)2.27(cid:4667) (cid:3424) (cid:3404) (cid:4688) (cid:1847) (cid:1869) (cid:1832)(cid:3033) (cid:3398)(cid:1862)(cid:2033)(cid:1844)(cid:3021) (cid:3398) (cid:3398) (cid:1832)(cid:3046) (cid:1862) (cid:2033)(cid:2025)(cid:2868) (cid:3398)(cid:1862)(cid:2033)(cid:1844) (cid:1862)(cid:2033)(cid:1829)(cid:3033) (cid:2025)(cid:2868) (cid:1837)(cid:3033) (cid:2025)(cid:2868) (cid:2033)(cid:2870)(cid:1839)(cid:3033) (cid:2025)(cid:2868)

Phương trình (2.27) có ma trận đối xứng và giải được các véc tơ của chuyển vị nút cấu

trúc U và biến đổi áp lực nút q, sẽ nhanh hơn so với phương trình có ma trận không

đối xứng ( phương trình (2.25)). Áp lực nút p có thể được tính theo công thức (2.26).

Việc tiến hành phân tích tương tác cấu trúc chất lỏng với gắp nối hai chiều sẽ tốn một

lượng lớn tài nguyên và thời gian giải quyết.Vì vậy, trong một số trường hợp có thể

tiến hành phân tích một chiều trong đó cấu trúc rung khiến phản ứng áp lực trong môi

trường âm thanh và ngược lại. Đối với loại phân tích này chúng ta cần nhớ rằng một số

yếu tố của âm thanh đã bị bỏ qua như: sử giảm phóng xạ, khối lượng, độ cứng và giảm

tải của cấu trúc. Chúng ta cần thận trọng nếu sử dụng loại tích phân này.

Một số phương pháp để mà sử dụng loại phân tích này:

• Xây dựng các mô hình âm thanh và cấu trúc trong đó các nút của cấu

trúc thì trùng với các nút trên ranh giới biên ngoài của điều kiện biên.

• Ẩn đi các nút và phần tử liên quan miền âm thanh.

• Tiến hành phân tích rung động của cấu trúc và xác định chuyển vị của

các nút tiếp xúc với miền của âm thanh.

• Hiện ra các mô hình âm thanh và ẩn mô hình cấu trúc.

• Sử dụng kết quả chuyển vị từ phân tích rung động cũng như điều kiện

biên cho sử chuyển vị của các nút âm thanh.

• Tính toán phản ứng âm thanh của mô hình âm thanh.

2.4. Công thức chuyển vị các phần tử âm thanh.

Một phương trình khác của phần tử âm thanh được dựa vào chuyển vị nút và phần tử

đó được dựa vào các phần tử cấu trúc tiêu chuẩn.

Sự khác nhau giữa các phần tử cấu trúc khối và các phần tử lưu chất là các ứng xử vật

liệu cơ bản bị thay đổi để mà phản chiếu ứng xử của lưu chất, do đó phần độ cứng liên

quan đến ứng suất trượt được thiêt lập về gần 0 và mô đun đàn hồi được thiết lập bằng

với mô đun khối của lưu chất. Điều đó có nghĩa rằng các phần tử không có khả năng

kháng cử ứng suất trượt và có thể dẫn đến kết quả khác.

Một phần tử âm thanh 3 chiều (không gian) thì có 3 DOF dịch chuyển. Một phần tử

âm thanh có công thức áp suất âm 3 chiều thì sẽ có 3 DOF chuyển vị và một DOF áp

suất, tổng cổng là 4 DOF.

Một cách đơn giản để hiểu về tương tác cấu trúc lưu chất bằng cách xem xét công thức

chuyển vị các phần tử âm thanh và phần tử kết cấu. Đối với công thức áp lực phần tử

âm thanh, phương trình tương tác lưu chất (2.25) bao gồm ma trận ghép đôi [R] liên

kết áp lực âm tại bề mặt của cấu trúc và kết quả chuyển vị pháp tuyến của cấu trúc, đó

không phải là một phương trình toán học rõ ràng. Đối với hệ thống tương tác cấu trúc

chất lỏng sử dụng các công thức chuyển vị phần tử âm thanh, sự chuyển vị ở các nút

của phần tử kết cấu có thể ghép đôi trực tiếp với các phần tử âm thanh có công thức

chuyển vị.

Chú ý rằng: Chỉ nên ghép đôi với các nút chuyển vị của các phần tử âm thanh pháp

tuyến với cấu trúc, bởi vì nó chỉ chuyển động ngoài mặt phẳng của cấu trúc không tạo

ra bất kì ấp lực âm trong chất lỏng. Vì vậy, chất lỏng và kết cấu phải giử lại các DOF

chuyển vị độc lập cho các chuyển động tiếp tuyến với bề mặt tương tác cấu trúc lưu

chất, nó có thể khó để mà mô hình hóa.

Hệ thống này được xây dựng mô hình bằng cách xác định những cái nút tách biệt

nhưng trùng khớp cho chất lỏng và cấu trúc tại bề mặt giao nhau của tương tác cấu

trúc chất lỏng, và sau đó ghép DOF chuyển vị nút thích hợp hoặc xác định mối quan

hệ toán học chuyển động chuyển vị nút của cấu trúc và lưu chất, đề xác định khả năng

tương thích của chuyển vị pháp tuyến đến bề mặt tương tác cấu trúc chất lỏng.

Trong nhiều trường hợp, nó thì thuận lợi để xoay hệ tọa độ nút của cấu trúc và lưới của

chất lỏng theo bề mặt theo bề mặt giao nhau sao cho có một trục pháp truyến và hai

trục tiếp tuyến với mặt giao nhau.

Ưu điểm và nhược điiẻm của công thức áp lực các phần tử:

Ưu điểm:

• Tối thiểu một DOF áp suất duy nhất cho mỗi nút;

• Không có modes năng lượng chất lỏng nào bằng không trong phân tích dao

động;

• DOF áp suất có thể liên kết với tổng áp suất âm hoặc chỉ thành phần phân tán

của áp suất;

• Cả chuyển vị và các DOF áp suất đều có sẳn tại bề mặt giao nhau cấu trúc- chất

lỏng. Vì vậy, xác định ghép đôi câu trúc – chất lỏng tương đối dể dàng và

không yêu cầu sử dụng các nút trùng lặp tại bề mặt giao nhau;

• Tương đối dễ dàng để xác định điều kiện biên.

Nhược điểm:

• Thiết lập phương trình để giải trong phân tích kết câu chất lỏng là không đối

xứng, yêu cầu một lượng lớn tài nguyên để giải.

Ưu điểm và nhược điểm của công thức chuyển vị các phần tử:

• Thiết lập phương trình để giải trong phân tích kêt cấu chất lỏng là đối xứng;

• Điều kiện biên chuyển vị và tải tác động có ý nghĩa vật lý tương tự và được sử

dụng cho các phần tử cấu trúc tiêu chuẩn;

• Năng lượng mất mát có thể bao gồm trong phần tử chuyển vị thông qua thông

số độ nhớt của chất lỏng cũng như là các kỹ thuật tiêu chuẩn với phần tử khối.

Nhược điểm:

• Có 3 DOF chuyển vị tại mỗi nút , có thể dẫn đến kết quả là mô hình có số lượng

lớn DOF;

• Việc xác định bề mặt giao nhau cấu trúc – chất lỏng thì yêu cầu sử dụng các nút

trùng khớp và biểu thức để ghép đôi các DOF có liên quan;

• Phân tích dao động có thể ra kết quả là một số lượng các tần số bằng ( gần

bằng) không liên quan đến sự trượt của các phần tử lưu chất;

• Áp lực âm tại một điểm của lưu chất có thể không được thể hiện trong phần sự

cố của áp lực đã biết và áp suất phân tán không xác định;

• Hình dạng của các phần tử nên gần giống hình vuông để ra kết quả tốt.

2.5 Mô thình âm thanh với phân tích phần tử hữu hạn

Bước sóng âm.

Bước sóng âm liên quan đến tốc độ âm thanh và tần số theo phương trình sau:

(2.28) (cid:2019) (cid:3404) (cid:1855)(cid:2868) (cid:1858)

Trong đó:

• λ là bước sóng âm;

• (cid:1855)(cid:2868) là tốc độ truyền âm trong môi trường;

• f là tân số kích thích

Điều quan trọng là phải xem xét bước sóng âm khi chia lưới âm thanh và mô hình câu

trúc vì nó ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả.

Mật độ lưới.

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) có thể sử dụng cho bài toán tần số thấp. Tuy

nhiên khi tần số kích thích tang lên, số lượng của các nút và các phần tử được yêu cầu

trong mô hình tang lên theo cấp số nhân, yêu cầu nguồn tài nguyên lớn và mất thời

gian hơn để giải. Một yêu cầu chung là các mô hình âm thanh cần phải chứa ít nhất 6

phần tử trong mỗi bước sóng. Để có độ chính xác cao hơn nên sử dụng 12 phần tử cho

mỗi bước sóng cho các phần tử tuyến tính (FLUID29, FLUID30) và 6 phần tử cho mỗi

bước sóng cho phần tử bậc 2 (FLUID220, FLUID221). Các mô hình chính xác có thể

thu được cho mật độ lưới thấp hơn, tuy nhiên chúng ta cần cận thận.

Lưu lượng trung bình.

Hiện nay, các phần mềm về phần tử hữu hạn với phần tử hữu hạn âm thanh thì yêu cầu

ràng không có dòng chảy trung bình của chất lỏng, điều rất hạn chế đáng kể.

Biên cứng hoặc linh hoạt.

Một mô hình phần tử hữu hạn âm thanh sẽ có các điều kiện biên cứng tại các nơi mà

không có phần tử nào được xác định.

Kết quả và dải tần số.

Kết quả đến từ việc phân tiếc âm thanh thường là áp suất âm thanh tại các điểm riêng

biệt.Đôi khi mức độ chi tiết này là bắt buộc nhưng thường thì không, thay vào đó là

mức độ áp suất âm toàn cục hoặc là mức độ năng lượng âm tổng có thể được yêu cầu

để giải quyết các vấn đề sau khi có kết quả từ phân tích.Đối với các bài toán có tần số

cao hơn, phương pháp phân tích năng lượng thống kê có khả năng phù hợp và nhanh

hơn đáng kể.

2.6. Một số phần tử trong ANSYS cho phân tích âm thanh

• FLUID29 2D Acoustic Fluid Element

• FLUID20 3D Acoustic Fluid Element

• FLUID129 2D Infinite Acoustic Element

• FLUID130 3D Infinite Acoustic Element

• FLUID220 3D Acoustic Fluid 20 – Node Solid Element

• FLUID221 3D Acoustic Fluid 10 – Node Solid Element

2.7. Một số công cụ mô phỏng của âm thanh

2.7.1. Khối âm thanh

Các tính chất của lưu chất mà tiểu biểu là không khí ở các điều kiện tiêu chuẩn sẽ có

các tính chất sau:

• Khối lượng riêng: (cid:2025)(cid:2868) (cid:3404) 1,2041 (cid:1863)(cid:1859)/(cid:1865)(cid:2871);

• Vận tốc âm thanh: (cid:1855)(cid:2868) (cid:3404) 343,24 m/s;

• Độ nhớt động lực, độ dẫn nhiệt, hệ số nhiệt là hằng số và áp suất bằng 0.

Acoustic – Structural Coupled Body: có ba sự chọn lựa chọn để mà xác định các phần

tử âm thanh nên đính kèm chuyển vị và bậc tự do của áp lực tại các nút, và phương

trình tương tác cấu trúc – lưu chất nên được xây dựng bằng ma trận đối xứng hoặc

không đối xứng:

• Uncouple: Các phần tử âm thanh chỉ có duy nhất một bậc tử do ở các nút và

không có sự ghép đôi với các phần tử cấu trúc.

• Couple With Unsymmetric Algorithm: Các phần tử âm thanh có bậc tự do áp

suất và chuyển vị tại các nút và công thức không đối xứng cho ma trận FSI (

Fluid – Structure Interaction) được sử dụng.

• Couple With Symmetric Algorithm : Các phần tử âm thanh có bậc tự do áp

suất và chuyển vị tại các nút và công thức đối xứng có ma trận FSI được sử

dựng.

2.7.2. Sự kích thích

2.7.2.1. Nguồn sóng

Incident Plane Wave ( sóng phẳng)

Sóng phẳng có thể được tạo ra bắt nguồn từ bên trong hoặc ngoài mô hình phần tử hữu

hạn và truyền qua nó.

(2.29) (cid:1868)(cid:3043)(cid:3039)(cid:3028)(cid:3041)(cid:3032) (cid:3404) (cid:1842)(cid:2868)(cid:1857)(cid:3037)(cid:3101)(cid:2879)(cid:3037)(cid:4666)(cid:3038)(cid:3299)(cid:3051)(cid:2878)(cid:3038)(cid:3300)(cid:3052)(cid:2878)(cid:3038)(cid:3301)(cid:3053)(cid:4667)

Trong đó:

• (cid:1842)(cid:2868) là biên độ của sóng phẳng;

• (cid:2030) là sự dịch chuyển pha ban đầu của sóng phẳng ( thường được bỏ qua)

• (cid:1863)(cid:3051), (cid:1863)(cid:3052), (cid:1863)(cid:3053) là những thành phần theo các trục x, y, z, sao cho:

(cid:2870) (cid:3432)

(cid:2870) (cid:3397) (cid:1863)(cid:3052)

(cid:2870) (cid:2870) (cid:3397) (cid:1863)(cid:3053)

(2.30) (cid:1863)(cid:2870) (cid:3404) (cid:3428) (cid:3404) (cid:1863)(cid:3051) (cid:2033) (cid:1855)(cid:2868)

Monopole wave (sóng đơn cực):

Sóng đơn cực là một trong những nguồn âm cơ bản và được sử dụng để tạo các loại

nguồn sóng âm phức tạp hơn.

(2.31) (cid:1857)(cid:3037)(cid:4666)(cid:3104)(cid:3047)(cid:2879)(cid:3038)(cid:3045)(cid:4667) (cid:1868)(cid:3040)(cid:3042)(cid:3041)(cid:3042)(cid:3043)(cid:3042)(cid:3039)(cid:3032) (cid:3404) (cid:1862)(cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2868)(cid:1863)(cid:1845)(cid:1873) 4(cid:2024)(cid:1870)

Trong đó:

• S là diện tích mặt cầu bán kính a : S=4(cid:2024)(cid:1853)(cid:2870);

• u là vận tốc của bề mặt co lại hoặc giản nở của quả cầu;

• (cid:1855)(cid:2868) là vận tốc của âm thanh trong môi trường lưu chất âm thanh;

• (cid:2033) (cid:3404) 2(cid:2024)(cid:1858) là tần số góc của âm thanh;

• (cid:1863) (cid:3404) (cid:2033)/(cid:1855)(cid:2868) là số góc;

• (cid:1845)(cid:1873) (cid:3404) (cid:1843)là tốc độ âm thanh nguồn.

Một nguồn sóng âm đơn cực có thể xác định từ bên trong hoặc bên ngoài của mô hình

phần tử hữu hạn âm thanh.

Dipole wave ( sóng lưỡng cực)

Một lưỡng cực bao gồm hai nguồn âm đơn cực có cường độ bằng nhau nhưng ngược

pha nhau, cách nhau một khoảng d.

(2.32) cos(cid:4666)(cid:2016)(cid:4667) (cid:1857)(cid:3037)(cid:4666)(cid:3104)(cid:3047)(cid:2879)(cid:3038)(cid:3045)(cid:4667) (cid:1868)(cid:3031)(cid:3036)(cid:3043)(cid:3042)(cid:3039)(cid:3032) (cid:3404) (cid:3398)(cid:1862) (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2868)(cid:1863)(cid:2870)(cid:1845)(cid:1873)(cid:1856) 4(cid:2024)(cid:1853)(cid:2870)

Cũng như sóng đơn cực, sóng lưỡng cực cũng được xác định từ bên trong hoặc từ bên

ngoài mô hình phần tử hữu hạn.

2.7.2.2. Nguồn khối lượng

Để kích thích sóng âm trong môi trường âm thanh, ta sử dụng nguồn khối lượng (mass

source)

Nguồn khối được nhập vào bằng cách định nghĩa là một đại lượng vô hướng và góc

pha. Nguồn khối lượng được xác định tại các nút.

Đối với nguồn khối lượng thể tích, xác định nguồn khối lượng tại các nút thể tích.

Đối với nguồn khối lượng bề mặt, xác định nguồn khối lượng tại ít nhất ba điểm thuộc

phần tử bề mặt.Nguồn bề mặt hiện tại phải trùng với các mặt của phần tử.

Đối với nguồn khối lượng cạnh, xác định nguồn khối lượng ít nhất hai điểm được kết

nối bởi phần tử cạnh.

Nguồn khối lượng điểm phải tại nút của phần tử.

Tóm lại, một nguồn khối lượng phóng ra các sóng áp lực theo mọi phương, đối với

một hệ thống lan truyền hoặc cộng hưởng, một nguồn khối lượng được sử dụng để

kích thích các chế độ lan truyền cũng như là cộng hưởng của cấu trúc.

Chỉ có chế độ thích hợp mới có thể tồn tại trong cấu trúc, để giảm các chế độ không

cần thiết, chọn sự phân bố nguồn khối lượng dựa trên sự phân bố áp suất của các chế

độ kích thích.

Nguồn khối lượng là tỷ lệ khối lượng dòng chảy trên một đơn vị thể tích:

(2.33) (cid:1865)(cid:1853)(cid:1871)(cid:1871) (cid:1864)(cid:1857)(cid:1866)(cid:1859)(cid:1872)(cid:1860)(cid:2871) (cid:3400) (cid:1872)(cid:1861)(cid:1865)(cid:1857)

Một nguồn khối lượng có thể được áp dụng vào một điểm, một cạnh, một mặt hay một

body. Vì vậy đơn vị của nguồn khối lượng tùy thuộc vào sự lựa chọn dạng hình học

mà áp dụng nguồn khối lượng:

Dạng hình học Đơn vị

Điểm Kg/(s)

Cạnh Kg/(m(cid:3400)s)

Mặt Kg/(m(cid:3400)m(cid:3400)s)

Body Kg/( m(cid:3400) m(cid:3400)m(cid:3400)s)

Bảng 2. 1. Đơn vị nguồn khối lượng

Một nguồn khối lượng kích thích áp dụng vào một điểm có thể được xác định bởi công

thức:

(2.34) (cid:1839)(cid:1853)(cid:1871)(cid:1871) (cid:1845)(cid:1867)(cid:1873)(cid:1870)(cid:1855)(cid:1857) (cid:3404) (cid:2025)(cid:2868)(cid:1827)(cid:1874) (cid:3404) (cid:2025)(cid:2868)(cid:1843)

Trong đó:

• (cid:2025)(cid:2868) là khối lượng riêng của lưu chất âm thanh;

• (cid:1874) là vận tốc tại một nút

• (cid:1827) là diện tích bề mặt được liên kết với nút;

• Q là vận tốc thể tích của một nguồn.

2.7.3. Lưc tác động

2.7.3.1. Áp suất tĩnh

Tốc độ của âm thanh được tính bằng định luật khí lý tưởng:

(2.35) (cid:1855)(cid:2870)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667) (cid:3404) (cid:2011)(cid:1844)(cid:1846)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667)

(2.36) (cid:1868)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3028)(cid:3047)(cid:3032) (cid:3404) (cid:2025)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667)(cid:1844)(cid:1846)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667)

Trong đó:

• (cid:2011) (cid:3404) (cid:1829)(cid:3043)/(cid:1829)(cid:3049) là tỷ lệ của nhiệt dung riêng;

• (cid:1829)(cid:3017) là hệ số nhiệt dung riêng tại áp suất không thay đổi trên một đơn vị khối

lượng;

• (cid:1829)(cid:3049) là hệ số nhiệt dung riêng tại thể tích không thay đổi trên một đơn vị thể tích;

• (cid:1844) là hằng số khí;

• (cid:1846) là nhiệt độ;

• (cid:1868)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3028)(cid:3047)(cid:3032)là áp suất tuyệt đối của khí quyển.

Khối lượng riêng của lưu chất âm thanh tại vị trí x được tính bằng:

(2.37) (cid:1868)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667) (cid:3404) (cid:1868)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3028)(cid:3047)(cid:3032)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667) (cid:1846)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667) (cid:2025)(cid:2868)(cid:1846)(cid:2868) (cid:2025) (cid:3046)(cid:3047)(cid:3028)(cid:3047)(cid:3032),(cid:2868)

Trong đó: (cid:2025)(cid:2868) là khối lượng riêng tại thời điểm (cid:1846)(cid:2868) và áp suất (cid:1868)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3028)(cid:3047)(cid:3032),(cid:2868) .

Tốc độ của âm thanh sẽ thay đổi theo từng vị trí như công thức sau:

(cid:1855)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667) (cid:3404) (cid:1855)(cid:2868)(cid:3496) (cid:1846)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667) (cid:1846)(cid:2868) (2.38)

2.7.3.2. Tấm trở kháng

Công thức toán học cho điều kiện biên được chọn theo phương thức âm được tiếp

nhận của tấm trở kháng (cid:3404) 1/(cid:1852)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667) , nghịch đảo của trở kháng âm Z(x), như sau:

(2.39) (cid:1851)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667) (cid:3404) (cid:1874)(cid:3041),(cid:3007)(cid:3126) (cid:3398) (cid:1874)(cid:3041),(cid:3007)(cid:3127) (cid:1868)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667)

Trong đó:

• (cid:1874)(cid:3041),(cid:3007)(cid:3126), (cid:1874)(cid:3041),(cid:3007)(cid:3127)là vận tốc âm thanh pháp tuyến tới tấm trở kháng trong mặt trên (+)

hoặc mặt dưới ( - ) của tấm.

• p(x) là áp lực âm trên tấm trở kháng.

2.7.4. Điều kiện biên

2.7.4.1. Biên trở kháng

Một biên trở kháng có thể áp dụng cho mặt ngoài của một khối âm thanh, trong đó chỉ

có một bên tiếp xúc với lưu chất âm thanh như hình sau:

Hình 2.1. Biên trở kháng nằm ngoài và trong miền âm thanh

Điều kiện biên trở kháng chỉ có thể áp dụng cho mặt ngoài của miền âm (hình trái) và

sẽ không có tác dụng nếu áp dụng trong miền âm (hình phải).

Một ví dụ áp dụng cho loại điều kiên biên này là khi vật liệu xốp được gắn vào bên

trong của một khoang âm thanh.Nếu hai mặt của vật liệu xốp âm thanh được liên kết

với bề mặt của lưu chất âm thanh, khi đó sẽ xem xét sử dụng bảng trở kháng

(Impedance sheet) từ Loads để thay thế.

Công thức cho điều kiện biên trở kháng giống như công thức (3.39) đã được nêu ở

phần trên, trong đó quan hệ giữa độ dẫn âm, vận tốc điểm pháp tuyến, và áp suất âm

thanh được biểu thị qua phương trình:

(2.40) (cid:1851)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667) (cid:3404) (cid:1874)(cid:3041),(cid:3007)(cid:3126) (cid:3398) (cid:1874)(cid:3041),(cid:3007)(cid:3127) (cid:1868)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667)

Các bảng sau đây liệt kê các thuật ngữ mô tả phần thực và phần ảo của trở kháng và

nghich đảo của trở kháng.

Phương trình Phần thực Phần ảo

Trở kháng Z = R+jX R (resistance ) X (reactance)

Nghịch đảo của trở Y = 1/Z = G + jB G ( conductance) B (susceptance)

kháng

Bảng 2. 2. Phần thực và ảo của trở kháng và nghịch đảo trở kháng

Các loại trở kháng.

Trở kháng cơ học:

(2.41) (cid:3404) (cid:4667) (cid:1852)(cid:3040)(cid:3032)(cid:3030)(cid:3035)(cid:3028)(cid:3041)(cid:3036)(cid:3030)(cid:3028)(cid:3039) (cid:3404) (cid:1832) (cid:1873) (cid:1868)(cid:1845) (cid:1873) (cid:1839) (cid:4666) (cid:1846)

Trở kháng âm riêng:

(2.42) (cid:1852)(cid:3046)(cid:3043)(cid:3032)(cid:3030)(cid:3036)(cid:3033)(cid:3036)(cid:3030) (cid:3028)(cid:3030)(cid:3042)(cid:3048)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3036)(cid:3030) (cid:3404) (cid:1839) (cid:1846)(cid:1838)(cid:2870)(cid:4667) (cid:4666) (cid:1868) (cid:1847)

Trở kháng âm:

(2.43) (cid:3404) (cid:4666) (cid:1852)(cid:3046)(cid:3043)(cid:3032)(cid:3030)(cid:3036)(cid:3033)(cid:3036)(cid:3030) (cid:3028)(cid:3030)(cid:3042)(cid:3048)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3036)(cid:3030) (cid:3404) (cid:1868) (cid:1847)(cid:1871) (cid:1839) (cid:1846)(cid:1838)(cid:2872)(cid:4667) (cid:1868) (cid:1874)

Trở kháng đặc trưng:

(2.44) (cid:1852)(cid:3030)(cid:3035) (cid:3030)(cid:3047)(cid:3032)(cid:3045)(cid:3036)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3036)(cid:3030) (cid:3404) (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2868) (cid:1839) (cid:1838)(cid:2870)(cid:4667) (cid:4666)

Trong đó: F là lực, u là vật tốc điểm âm thanh, p là áp suất âm, v và vân tốc thể tích, S

là diện tích mặt cắt ngang của ống dẫn, M là khối lượng, T là thời gian, T là thời gian,

L là độ dài.

2.7.4.2. Biên bức xạ

Biên bức xạ là một loại điều kiện biên có thể được áp dụng cho các bề mặt ngoài của

khối âm thanh để mà hấp thụ sóng âm đi ra.

Mối quan hệ của trở kháng trong phương trình (3.39) có thể được sắp xếp lại, trong đó

có sự khác biệt của vận tốc hạt pháp tuyến được viết dưới dạng góc áp suất pháp tuyến

đến biên hấp thụ như sau:

(cid:3397) (cid:1862)(cid:2033)(cid:1851)(cid:2868)(cid:1868)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667) (cid:3404) 0 (cid:2034)(cid:1868)(cid:4666)(cid:1876)(cid:4667) (cid:2034)(cid:1866)

(cid:3404) (cid:1851)(cid:2868) (cid:3404) 1 (cid:1852)(cid:2868) 1 (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2868) (2.46)

Trong đó:

• (cid:1851)(cid:2868) là nghịch đảo của trở kháng âm đặc trưng của lưu chất

Biểu thức này có nghĩa rằng trở kháng trên biên của của lưu chất âm thanh sẽ gây ra

sóng áp suất âm đi ra và pháp tuyến với biên được hấp thụ, và sẽ không bị phản xạ lại

miền âm thanh.Tuy nhiên, đối với sóng âm tác động tới biên ở góc 90 độ thì sẽ có một

vài phản xạ.

2.7.4.3. Bề mặt suy giảm

Một bề mặt suy giảm có thể áp dụng cho mặt mà hấp thụ sóng âm.

Các tính chất vật liệu của vật liệu hấp thụ âm thanh thường được xác định theo hệ số

suy giảm (cid:2009), tỷ lệ giữa công suất âm thanh được hấp thụ bởi vật liệu với công suất âm

thanh đến của vật liệu.

(cid:2009) (cid:3404) (cid:1835)(cid:3028)(cid:3029)(cid:3046)(cid:3042)(cid:3045)(cid:3029)(cid:3032)(cid:3031) (cid:1835)(cid:3036)(cid:3041)(cid:3030)(cid:3036)(cid:3031)(cid:3032)(cid:3041)(cid:3047) (2.47)

Với (cid:2009) nằm trong khoảng 0 (cid:3407) (cid:2009) (cid:3407) 1. Hệ số hấp thụ có thể được viết theo hệ số phản

xạ như sau:

(2.48) |(cid:1844)| (cid:3404) √1 (cid:3398) (cid:2009)

Và trở kháng của vật liệu có thể được viết như sau:

1 (cid:3397) √1 (cid:3398) (cid:2009) (cid:1852) (cid:3404) (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2868) 1 (cid:3398) √1 (cid:3398) (cid:2009) (2.49)

Kết quả sẽ là phần thực của trở kháng và phần phức của trở kháng bằng 0.

Trở kháng pháp tuyến của vật liệu thường được đo trong thiết bị kiểm tra ống trở

kháng, trong đó sóng phẳng trong ống và đi tới mẫu thử một góc 90 độ, do đó có thể

đo được trở kháng pháp tuyến của vật liệu.

Thông thường khi vật liệu được lắp đặt trong một ứng dụng, âm thanh sẽ đi tới vật liệu

một góc ngẫu nhiên và cần thiết đễ xác định hệ số hấp thụ thống kê có thể được ước

tính trở kháng pháp tuyến. Ngoài ra, hệ số hấp thụ âm thanh còn được xác định bằng

cách lắp đặt một vùng vật liệu lơn trong buồng âm thanh và đo thời gian để mức áp

suất âm thanh giảm 60 dB khi chấm dứt nguồn gây tiếng ồn.

2.7.4.4. Bề mặt tự do

Điều kiện biên này có thể được sử dụng để mô phỏng các vấn đề về trượt, nơi mà áp

suất tại bề mặt của lưu chất bằng không và áp suất tại độ sâu z được tính bằng công

thức:

(2.50) (cid:1868) (cid:3404) (cid:2025)(cid:1859)(cid:1878)

Trong đó:

• (cid:2025) là khối lượng riêng của lưu chất;

• (cid:1859) là gia tốc trọng trường;

• z là độ sâu đến bề mặt tự do.;

2.8. Mức áp suất âm

Mức áp suất âm thanh là một phép đo logarit của áp suất hiệu dụng của âm thanh so

với giá trị áp suất âm thanh tham chiếu.

Mức áp suất âm thanh thường được kí hiệu là (cid:1838)(cid:3043) và có đơn vị là dB và được xác định

theo công thức:

(2.51) (cid:3440) (cid:1856)(cid:1828) (cid:1838)(cid:3043) (cid:3404) 20(cid:1864)(cid:1867)(cid:1859)(cid:2869)(cid:2868) (cid:3436) (cid:1868) (cid:1868)(cid:2868)

Trong đó:

• p là áp suất âm thanh (Pa);

• (cid:1868)(cid:2868) là áp lực âm thanh tham chiếu, áp lực âm thanh tham chiếu được sử dụng

trong không khí thường có giá trị bằng 20(cid:2020)(cid:1842)(cid:1853)

Ngoài ra, mức áp suất âm thanh cũng có thể thể hiện qua công thức:

(2.52) (cid:3440) (cid:1838)(cid:3043) (cid:3404) 10(cid:1864)(cid:1867)(cid:1859)(cid:2869)(cid:2868) (cid:3436) (cid:1849) (cid:1849)(cid:2868)

Trong đó:

• W là công suất âm thanh ( W)

• (cid:1849)(cid:2868) là công suất âm thanh tham chiếu (thường bằng 1dB = 10(cid:2879)(cid:2869)(cid:2870)(cid:1849))

• 2.9. Cường độ âm thanh

Cường độ âm thanh được định nghĩa là công suất truyền sóng trên một đơn vị diện tích

theo hướng vuông góc với diện tích đó. Cường độ âm thanh có đơn vị là (W/m^2).

Cường độ âm thanh được tính theo công thức:

(2.53) (cid:1835) (cid:3404) (cid:1842)(cid:1874)

Trong đó:

• p là áp suất âm;

• v là vận tốc hạt;

• v và p là những vec tơ và chúng đều có hướng cũng như là độ lơn.

Cường độ âm thanh trung bình trong thời gian T được tính theo công thức:

(2.54) (cid:1835) (cid:3404) 2(cid:2024)(cid:2870)(cid:1858) (cid:2870)(cid:2012)(cid:2870)(cid:2025)(cid:1855)

Trong đó:

• f là tần số của âm thanh;

• (cid:2012) là biên độ của sự chuyển vị các hạt sóng âm;

• (cid:2025) là khối lượng riêng của môi trường âm thanh đang truyền đi;

• (cid:1855)là vận tốc âm thanh.

Đối với sóng âm hình cầu, cường độ âm theo hướng xuyên tâm và được tính theo công

thức:

(2.55) (cid:3404) (cid:1835) (cid:3404) (cid:1842) (cid:1827) (cid:1842) 4(cid:2024)(cid:1844)(cid:2870)

2.8. Một số tiêu chuẩn liên quan đến vấn đề truyền âm

2.8.1. Âm học - xác định hiệu quả cách âm của vỏ cách âm

Định nghĩa

Tiêu chuẩn này sử dụng các định nghĩa sau.

Đặc tính A (A - weighting)

Đặc tính tần số được định nghĩa trong TCVN 6775 (IEC 651)

Vỏ cách âm (enclosure)

Kết cấu bao bọc nguồn ồn (máy), được thiết kế để bảo vệ môi trường khỏi nguồn ồn (máy).

CHÚ THÍCH 3

Ví dụ, vỏ cách âm có thể là một kết cấu đứng tách biệt được đặt trên sàn hoặc kết cấu ít nhiều được gắn cố định vào máy (Vỏ cách âm gắn cố định vào máy, xem điều 4).

Mức áp suất âm, Lp (sound pressure level, Lp)

Mười lần lôgarit cơ số 10 của tỷ số giữa bình phương áp suất âm của một âm thanh và bình phương áp suất âm chuẩn.Mức áp suất âm biểu thị bằng decibel.Ap suất âm chuẩn bằng 20μPa (2x10-5 Pa).

pL )

Mức áp suất âm trung bình pL (average sound pressure level,

1,0 L

...

WL = 10lg

Tính theo bình phương trung bình các mức áp suất âm:

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

Trong đó Lp1, Lp2,…, Lpn là mức áp suất âm, tính bằng decibel, được tính trung bình.

Mức công suất âm, LW (sound power level, LW)

Mười lần lôgarit cơ số 10 của tỷ số giữa công suất âm và công suất âm chuẩn.Mức công suất âm biểu thị bằng decibel.Công suất âm chuẩn là 1pW (10-12W).

Mức công suất âm trung bình, WL (average sound power level, WL )

1,0 L

...

Tính theo bình phương trung bình của các mức công suất:

WL = 10lg

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

Trong đó LW1, LW2,….LWn, là mức công suất âm, tính bằng decibel, được tính trung bình.

Độ cách âm theo công suất âm, DW (sound power insulation, DW)

Độ giảm mức công suất âm do sử dụng vỏ cách âm (dải 1 octa hoặc dải 1/3 octa),Dw. Tính bằng decibel.

Độ cách âm tính bằng công suất âm theo đặc tính A, DWA (A-weighted sound power insulation, DWA)

Độ giảm mức công suất âm theo đặc tính A do sử dụng vỏ cách âm với phổ nguồn âm thanh thực DWA. Tính bằng decibel.

Độ cách âm theo áp suất âm, Dp (sound pressure insulation, Dp)

Độ giảm mức áp suất âm do sử dụng vỏ cách âm tại một vị trí xác định, (dải 1 octa hoặc dải 1/3 octa). Tính bằng decibel.

Độ cách âm tính bằng áp suất âm theo đặc tính A, DpA (A-weighted sound pressure insulation, DpA)

Độ giảm mức áp suất âm theo đặc tính A do sử dụng vỏ cách âm tại một vị trí xác định cho phổ của nguồn âm thanh thực. Tính bằng decibel.

Độ cách âm theo áp suất âm (phương pháp hoán vị), Dpr (sound pressure insulation (reciprocity method), Dpr)

Độ chênh lệch giữa mức áp suất âm trung bình trong trường âm khuếch tán ở bên ngoài và mức áp suất âm trung bình bên trong vỏ cách âm được đặt cùng trong trường này.Tính bằng decibel.

Độ cách âm ước tính của vỏ cách âm, DWA,e, DpA,e hoặc DprAe (estimated noise insulation due to the inclosure, DWA,e, DpA,e or DprAe)

Độ giảm mức công suất âm hoặc mức áp suất âm được tính toán theo đặc tính A thu được từ DW, Dp hoặc từ Dpr được đo theo tiêu chuẩn này và phổ tiếng ồn đã được quy định (xem Phụ lục C). Tính bằng decibel.

Độ cách âm tính bằng áp suất âm theo trọng số (phương pháp hoán vị), Dpr,w (weighted sound pressure insulation (reciprocity method), Dpr,w)

Giá trị đơn được xác định theo phương pháp phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 7192-1 (ISO 717-1) ngoại trừ trường hợp chỉ số giảm âm được thay bằng mức suy giảm áp

suất âm, phương pháp hoán vị Dpr. Tính bằng decibel.

Độ cách âm công suất âm theo trọng số, DW,w (weightsd sound power insulation, DW,w)

Gá trị đơn được xác định theo phương pháp phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 7192-1 (ISO 717-1), ngoại trừ trường hợp chỉ số giảm âm được thay bằng mức suy giảm công suất âm DW. Tính bằng decibel.

Tỉ lệ choán chỗ,φ (fill ratio, φ)

Tỉ số giữa thể tích của nguồn trong vỏ cách âm và thể tích bên trong của vỏ cách âm đó.

Trong trường hợp khó tính được thể tích vì hình dạng của nguồn phức tạp, có thể sử dụng thể tích tương đương theo ISO 3744.

Tỉ lệ khe hở,θ (leak ratio, θ)

Tỉ số giữa diện tích các mặt hở của vỏ cách âm và tổng diện tích bề mặt trong của vỏ

cách âm (bao gồm cả các mặt hở).

2.8.2. Âm học – hướng dẫn kiểm soát tiếng ồn trong công sở và phòng làm việc

bằng màn chắn âm

Màn chắn âm [(acoustical) screen]

Vật được thiết kế đặc biệt để che chắn một hoặc một số vị trí nhất định trong một khu vực nhất định khỏi tiếng ồn của (các) nguồn âm thanh xác định.

[ISO 11821:1997]

Màn chắn âm di chuyển hoặc tháo lắp được (portable or removable (acoustical) screen)

Màn chắn âm được thiết kế để tháo lắp hoặc di rời được mà không phải do các điều kiện môi trường khác bị thay đổi.

Chênh lệch mức áp suất âm chèn (insertion sound pressure level difference)

Suy giảm âm tại chỗ (in-situ sound attenuation)

Chênh lệch số giữa các mức áp suất âm, theo dexiben, trong dải octa hoặc dải một phần ba octa, tại một vị trí nhất định khi không có và có màn chắn âm được lắp ráp, mà ở đó có một hoặc một số nguồn âm cụ thể đang hoạt động.

Chênh lệch mức áp suất âm chèn trọng số A (A-weighted insertion sound pressure level difference)

Suy giảm âm (tại chỗ) trọng số A (A-weighted (in-situ) sound attenuation)

Độ chênh lệch giữa các mức áp suất âm trọng số A tại một vị trí nhất định khi không có màn chắn và khi có màn chắn được lắp ráp, khi một hoặc một số nguồn âm xác định đang hoạt động, tính theo dexiben.

Suy hao do chèn (insertion loss)

Độ chênh lệch giữa các mức công suất âm, tính theo dexiben, theo dải octa hoặc dải một phần ba octa, phát ra trong phòng do (các) nguồn âm được che chắn và không không được che chắn bằng màng chắn âm.

Chỉ số giảm âm (sound reduction index)

Suy hao đường truyền (transmission loss)

Đại lượng đặc trưng cho năng lượng âm truyền qua một kết cấu xây dựng tương quan với năng lượng âm truyền đến bề mặt kết cấu này như quy định tại ISO 140-3, tính theo dexiben.

Suy giảm âm màn chắn trường tự do (free-field screen sound attenuation)

3lg10

⎛ ⎜ ⎝

z ⎞ ⎟ λ ⎠

Độ chênh lệch giữa mức áp suất âm của nguồn âm tới vị trí nhất định theo đường trực tiếp từ nguồn âm được che chắn khi không có màn chắn lắp ráp, và mức âm bị nhiễu khi có lắp ráp màn âm, tính bằng dexiben theo công thức:

Trong đó:

z là chênh lệch chiều dài đường truyền giữa đường truyền âm dài hơn xung quanh cạnh nhiễu ít hiệu quả nhất của màn chắn, tính theo mét, với đường truyền trực tiếp;

λlà chiều dài bước sóng của âm thanh, tính theo mét, với tần số ƒ tính theo héc.

CHÚ THÍCH 1: Sự suy giảm âm của màn chắn được cho đối với các tần số trung tâm dải octa hoặc dải một phần ba octa.

1lg10

D r,z

z λ

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

, tính xấp xỉ cho các âm CHÚ THÍCH 2: Sự suy giảm âm của màn chắn đã rút gọn, phản xạ từ tường gần nguồn âm và chú ý đến cạnh nhiễu ít hiệu quả nhất của màn chắn, đối với thiết bị thu âm đặt trong bán kính âm phản xạ từ nguồn âm, bằng

là bằng 3 dB đến 5 dB thấp hơn so với sự suy giảm âm màn chắn trường tự do Dz.

2.8.3. Tcxd 150:1986- tiêu chuẩn bắt buộc áp dụng toàn phần thiết kế chống ồn

cho nhà ở

Quy định chung

Tiêu chuẩn này áp dụng cho thiết kế mới, thiết kế cải tạo nhằm bảo đảm mức áp suất

âm, mứcâm cho phép trong nhà ở, nhà tập thể cũng như khu vực xung quanh mà

Các thuật ngữ chính dùng trong tiêu chuẩn này được định nghĩa ở phụ lục l.

Cần thiết kế và dự kiến các biện pháp chống tiếng ồn theo phương pháp âm học xây

dựng trêncơ sở tính toán để giảm mức tiếng ồn như sau:

a) Cách âm cho các kết cấu ngăn che; làm kín các khe hở quanh cửa sổ, cửa đi. Cách

âm tại chỗ cácđường ống kĩ thuật gặp kết cấu ngăn che.

b) Dùng kết cấu hút âm, màn chắn tiếng ồn

c) Tiến hành quy hoạch và xây dựng đô thị, các điểm dân cư theo đúng các chương

trong "Tiêuchuẩn và quy phạm thiết kế quy hoạch xây dựng đô thị - TCVN 4449:

1987"

d) áp dụng các màn chắn và hàng cây xanh để giảm tiếng ồn theo đúng chương 6 của

tiêu chuẩn này.

Trong bản thiết kế cần phải xác định các chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật cho các giải pháp kĩ

thuật chốngồn đã chọn.

Khi thiết kế cần phải sử dụng các vật liệu cách âm vật liệu hút âm, vật liệu chống rung

khôngcháy hoặc khó cháy.

Tiêu chuẩn mức ồn cho phép

Các trị số tiêu chuẩn của tiếng ồn ổn định tại các điểm tính là mức áp suất âm ốcta L,

dB tại cácốc ta có tần số trung bình 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 và 8000 Hz.

Các trị số tiêu chuẩn của tiếng ồn biến đổi theo thời gian tại các điểm tính là mức âm

tươngđương (theo năng lượng) LAtg, dBA.

Các trị số tiêu chuẩn của tiếng ồn ngắt quãng và tiếng ồn xung tại các điểm tính là mức

tươngđương (theo năng lượng) của áp suất âm LAtd, dB trong dải ốcta có các tần số

trung bình 63, 125, 250,500, 1000, 2000, 4000 và 8000 Hz .

Mức áp suất âm cho phép (mức áp suất âm tương đương) dB ở các dải ốc ta, mức âm

và mứcâm tương đương dBA trong nhà ở và khu vực xung quanh

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG

Phần này sẽ mô phỏng và giải quyết hai bài toán: bài toán hấp thụ âm thanh và bài

toán cách âm.

3.1. Bài toán hấp thụ âm thanh

3.1.1. Tổn thất chèn (IL) và tổn thất truyền âm (TL)

Tổn thất chèn (IL) thường được sử dụng để phân loại hiệu suất âm thanh của hệ thống

giảm âm như ống thẳng. Tổn thất chèn của thiết bị giảm âm được định nghĩa là sự

giảm decibels trong công suất âm thanh truyền đi thông qua ống dẫn với bộ phận giảm

âm ((cid:1838)(cid:3104),(cid:3050)(cid:3036)(cid:3047)(cid:3035) (cid:3046)(cid:3036)(cid:3039)(cid:3032)(cid:3041)(cid:3030)(cid:3032)(cid:3045)), so với sự truyền âm qua một vách cứng ((cid:1838)(cid:3104),(cid:3050)/(cid:3042) (cid:3046)(cid:3036)(cid:3039)(cid:3032)(cid:3041)(cid:3030)(cid:3032)(cid:3045)) được thể

hiện qua công thức sau:

(cid:1835)(cid:1838) (cid:3404) (cid:1838)(cid:3104),(cid:3050)/(cid:3042) (cid:3046)(cid:3036)(cid:3039)(cid:3032)(cid:3041)(cid:3030)(cid:3032)(cid:3045) (cid:3398) (cid:1838)(cid:3104),(cid:3050)(cid:3036)(cid:3047)(cid:3035) (cid:3046)(cid:3036)(cid:3039)(cid:3032)(cid:3041)(cid:3030)(cid:3032)(cid:3045) (cid:3404) ∆(cid:1838)(cid:3104)

Với điều kiện là sự chấm dứt âm thanh ở cuối ống của bộ phận giảm âm, sau đó giảm

mức cường độ âm tại một điểm (đủ xa) của phần cuối của bộ phận giảm âm bằng với

IL.

(cid:1835)(cid:1838) (cid:3404) (cid:1838)(cid:3043),(cid:3050)/(cid:3042) (cid:3046)(cid:3036)(cid:3039)(cid:3032)(cid:3041)(cid:3030)(cid:3032)(cid:3045) (cid:3398) (cid:1838)(cid:3043),(cid:3050)(cid:3036)(cid:3047)(cid:3035) (cid:3046)(cid:3036)(cid:3039)(cid:3032)(cid:3041)(cid:3030)(cid:3032)(cid:3045) (cid:3404) ∆(cid:1838)(cid:3043)

Tổn thất truyền (TL) được định nghĩa là sự khác nhau giữa mức độ cường âm tác động

và mức độ cường âm truyền đi ( khi chấm dứt là không phản xạ) và được thể hiện bởi

công thức:

(cid:1846)(cid:1838) (cid:3404) (cid:1838)(cid:3104),(cid:3048)(cid:3043)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3045)(cid:3032)(cid:3028)(cid:3040) (cid:3398) (cid:1838)(cid:3104),(cid:3031)(cid:3042)(cid:3050)(cid:3041)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3045)(cid:3032)(cid:3028)(cid:3040) (cid:3404) ∆(cid:1838)(cid:3104)

IL cung cấp một thước đo về sự hiệu quả của các bộ phận giảm thanh như là dạng hình

học của ống, nguồn trở kháng. Đối với ống dẫn sóng một chiều ( khi các bước sóng

lớn đáng kể so với kích thước đặc trưng) thì TL chỉ sự liên quan đến sự suy giảm trên

khắp bộ phận giảm thanh và không phụ thuộc vào ống và nguồn trở kháng hoặc sự

phân bố năng lượng với các mode của ống dẫn.

IL và TL sẽ giống nhau nếu khi cả nguồn và chấm dứt trở kháng là không phản xạ.

3.1.2. Mô tả bài toán:

Hình 3.1. Mô tả bài toán hút âm

Chúng ta xem xét một ví dụ với ống thẳng dài 5m, với nguồn sóng ở một đầu và kết

thúc không phản xạ ở đầu còn lại.phần 1m của ống kéo dài từ 2m – 3m. Ống ban đầu

được mô hình hóa như là ống phản ứng cục bộ với trở kháng tối ưu ở 250Hz được xác

định theo phương trình:

(3.1) (cid:1852)(cid:3042)(cid:3043)(cid:3047) (cid:3404) (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2868)(cid:2015)(cid:4666)0,92 (cid:3398) (cid:1862)0,77(cid:4667)

Sự tối ưu của trở kháng được xác định bằng cách tính bước sóng đầu tiên ở tần số f=

250 Hz, sử dụng (cid:2019) (cid:3404) (cid:1855)(cid:2868)/(cid:1858), sau đó có thể chèn vào phường trình trên với sự thay thế

(cid:2015) (cid:3404) 2(cid:1860)/(cid:2019). Giá trị của trở kháng này đã được chọn để cung cấp giá trị cực đại của sự

suy giảm và làm nổi bật các giới hạn số trong tính toán với Ansys.

IL từ kết quả Ansys được tính toán dựa vào phương trình:

(cid:2868)(cid:3415) (cid:3046)(cid:3036)(cid:3039)(cid:3032)(cid:3041)(cid:3030)(cid:3032)(cid:3045) (cid:3398) (cid:1838)(cid:3104),(cid:3050)(cid:3036)(cid:3047)(cid:3035) (cid:3046)(cid:3036)(cid:3039)(cid:3032)(cid:3041)(cid:3030)(cid:3032)(cid:3045) (cid:3404) ∆(cid:1838)(cid:3104)

(3.2) (cid:1835)(cid:1838) (cid:3404) (cid:1838)(cid:3104),(cid:3050)

Bằng cách tính toán mức áp suất âm khi chấm dứt không phản xạ cho trường hợp vách

tường cứng và cùng vị trí với các bộ phận giảm thanh.IL bằng sự thay đổi mức áp suất

âm (SPL).

Công suất trung bình của âm thanh theo thời gian từ sóng phẳng đi qua ống dẫn của

mặt cắt ngang A, là (cid:1849) (cid:3404) (cid:1835)(cid:1191)(cid:1827), với mức cường độ âm tương ứng được tính theo phương

trình:

(3.3) (cid:1856)(cid:1828) (cid:1838)(cid:3104) (cid:3404) 10(cid:1864)(cid:1867)(cid:1859)(cid:2869)(cid:2868) (cid:1835)(cid:1191)(cid:1827) (cid:1849)(cid:3045)(cid:3032)(cid:3033)

Trong đó:

• (cid:1835)(cid:1191)là cường độ âm trung bình và (cid:1849)(cid:3045)(cid:3032)(cid:3033) (cid:3404) 10(cid:2879)(cid:2869)(cid:2870)(cid:1849) là cường độ âm tham chiếu.

Đối với một ống kết thúc không phản xạ, cường độ âm trung bình theo thời gian

của mặt phẳng truyền qua ống được xác định bằng công thức:

(3.4) (cid:1835)(cid:1191) (cid:3404) (cid:1868)(cid:2870)(cid:3364)(cid:3364)(cid:3364) (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2868)

• (cid:1868)(cid:2870)(cid:3364)(cid:3364)(cid:3364)là bình phương áp suất trung bình theo thời gian. Do đó mức độ công suất âm

có thể như một hàm của mức độ áp suất âm trong ống ko phản xạ và đc viết lại:

(3.5) (cid:3397) 26(cid:1856)(cid:1828) (cid:1838)(cid:3104) (cid:3404) (cid:1838)(cid:3043) (cid:3397) 10(cid:1864)(cid:1867)(cid:1859)(cid:2869)(cid:2868) (cid:1827) (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2868)

(cid:3043)(cid:3118)(cid:3364)(cid:3364)(cid:3364)(cid:3364) (cid:3118) (cid:3096)(cid:3293)(cid:3280)(cid:3281)

là mức độ áp suất • (cid:1838)(cid:3043) (cid:3404) 10(cid:1864)(cid:1867)(cid:1859)(cid:2869)(cid:2868) âm,(cid:2025)(cid:3045)(cid:3032)(cid:3033) (cid:3404) 20(cid:2020)(cid:1842)(cid:1853), và26(cid:1856)(cid:1828) (cid:3404)

(cid:3024)(cid:3293)(cid:3280)(cid:3281) (cid:3118) (cid:3096)(cid:3293)(cid:3280)(cid:3281)

. Vì thế TL từ kết quả của Ansys có thể được tính theo công thức: 10(cid:1864)(cid:1867)(cid:1859)(cid:2869)(cid:2868)

(cid:1846)(cid:1838) (cid:3404) (cid:1838)(cid:3104), (cid:3048)(cid:3043)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3045)(cid:3032)(cid:3028)(cid:3040) (cid:3398) (cid:1838)(cid:3104), (cid:3031)(cid:3042)(cid:3050)(cid:3041)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3045)(cid:3032)(cid:3028)(cid:3040)

(cid:3397) 26(cid:3440) (cid:4666)3.6(cid:4667) (cid:3404) (cid:1838)(cid:3104), (cid:3048)(cid:3043)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3045)(cid:3032)(cid:3028)(cid:3040) (cid:3398) (cid:3436)(cid:1838)(cid:3043), (cid:3031)(cid:3042)(cid:3050)(cid:3041)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3045)(cid:3032)(cid:3028)(cid:3040) (cid:3397) (cid:1838)(cid:3043) (cid:3397) 10(cid:1864)(cid:1867)(cid:1859)(cid:2869)(cid:2868) (cid:1827) (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2868)

Trong đó các chỉ số upstream và downstream thì liên quan đến các bộ phận giảm

thanh được tại điểm kết thúc và nguồn cuối của ống tương ứng. Diện tích có thể được

loại bỏ ra khỏi phương trình trên bởi vì TL truyền qua tường cứng là 0, có thể viết lại

phương trình trên như sau:

(cid:1846)(cid:1838) (cid:3404) (cid:1846)(cid:1838)(cid:3046)(cid:3036)(cid:3039)(cid:3032)(cid:3041)(cid:3030)(cid:3032)(cid:3045) (cid:3398) (cid:1846)(cid:1838)(cid:3019)(cid:3036)(cid:3034)(cid:3036)(cid:3031)

(3.7) (cid:3404) (cid:4666)(cid:1838)(cid:3104), (cid:3048)(cid:3043)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3045)(cid:3032)(cid:3028)(cid:3040),(cid:3046)(cid:3036)(cid:3039)(cid:3032)(cid:3041)(cid:3030)(cid:3032)(cid:3045) (cid:3398) (cid:1838)(cid:3104), (cid:3048)(cid:3043)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3045)(cid:3032)(cid:3028)(cid:3040),(cid:3045)(cid:3036)(cid:3034)(cid:3036)(cid:3031)(cid:4667)

(cid:3398)(cid:4666)(cid:1838)(cid:3043), (cid:3048)(cid:3043)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3045)(cid:3032)(cid:3028)(cid:3040) ,(cid:3046)(cid:3036)(cid:3039)(cid:3032)(cid:3041)(cid:3030)(cid:3032)(cid:3045) (cid:3398) (cid:1838)(cid:3043), (cid:3031)(cid:3042)(cid:3050)(cid:3041)(cid:3046)(cid:3047)(cid:3045)(cid:3032)(cid:3028)(cid:3040),(cid:3045)(cid:3036)(cid:3034)(cid:3036)(cid:3031)(cid:4667)

Các thông số của mô hình:

Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Không khí

Tốc độ âm thanh 344 m/s (cid:1855)(cid:2868)

Khối lượng riêng 1,21 m/s (cid:2025)(cid:2868)

Tỷ số nhiệt dung 1,4 (cid:2011)

(cid:2870) (cid:1837)(cid:2868) (cid:3404) (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2868)

Bulk Modulus 1,4319e+5 Pa

Áp suất tĩnh 1,0228e+5 Pa (cid:1842)(cid:2868) (cid:3404) (cid:1837)(cid:2868)/(cid:2011)

Số Prandtl 0.713 (cid:1842)(cid:3045)(cid:3047)

Ống

Chiều dài 5 m (cid:1838)(cid:3031)

Chiều cao 0,25 m (cid:1849)(cid:3031)

Chiều sâu 0,25 m (cid:1830)(cid:3031)

Nguồn khối lượng Mass source Kg/ (s.m^2) 1

Hệ số chấm dứt hấp thụ 1 (cid:2009)

Giảm thanh

Chiều dài 1 m (cid:1838)(cid:3046)

Bề dày 0.1 m (cid:1864)

Locally reacting

Locally reacting impedance Kg/ (s.m^2) 69,575- (cid:1852)(cid:3042)(cid:3043)(cid:3047)

j58,231

Sự hấp thụ

Flow Resistivity 10800 MKS Rayls/m (cid:2026)

Độ xốp vật liệu 0,98 (cid:2038)

Material tortuosity 1,04 (cid:2009)(cid:2998)

Độ dài đặc trưng nhớt 129e-6 m Λ

Chiều dài đặc trưng nhiệt 198e-6 m Λ(cid:4593)

Bảng 3. 1. Thông số của bài toán hút âm

3.1.3. Xây dựng và giải quyết bài toán trong Ansys Workbench

Dùng Harmonic Response để thực hiện xây dựng mô hình và tính toán bài toán đặt ra:

Xây dựng một khối solid có các thông số như sau: chiều dài bằng 5m, chiều rộng bằng

độ dày bằng 0,25m và có tọa độ như sau và đặt tên là ‘duct’:

Hình 3.2. Thông số kích thước và tọa độ của ống

Ta sẽ được một khối solid như hình vẽ:

Hình 3.3. Hình ảnh của ống sau được xây dựng

Tạo thêm hai khối solid có tọa độ và kích thước như sau và đặt tên lần lượt là

‘upper_silencer’ và ‘lower_silencer’.

Hình 3.4. Thông số kích thước và tọa độ của 2 khối giảm thanh

Kết quả là ta sẽ thu được ba khối solid như hình vẽ:

Hình 3.5. Hình ảnh của ống và hai ống giảm thanh sau hoàn thành

Đặt tên các khối và các mặt như hình vẽ sau:

Hình 3.6. Tên gọi các bộ phận của hệ thống

(NS_Facing là mặt được cắt bởi hình chiếu của hai khối upper_silencer và

lower_silencer lên mặt phẳng của NS_duct, (là sự tiếp xúc của bề mặt silencer và

duct))

Chia lưới:

Chia lưới ánh xạ lục giác với độ dài cạnh của phần tử là 0,05m. Điều này có nghĩa là

chúng ta có 5 phần tử theo bề rộng của ống và 2 phần tử trên bề dày giảm thanh.

Hình 3.7. Mô hình sau khi được chia lưới

Sau khi chia lưới xong ta sẽ có 15204 nút và 2900 phần tử.

Xác định khối âm thanh cho ống bằng cách sử dụng công cụ ‘Acoustic Body’.

Hình 3.8. Thông số của khối âm thanh được gán cho ống

Tương tự ta cũng xác định khối âm thanh cho phần giảm thanh nhưng thêm các thông

số của chât lỏng tương đương của vật liệu bị đục lỗ như sau:

Hình 3.9. Thông số của khối âm thanh gán cho bộ phận giảm thanh

Bây giờ chúng ta sẽ chọn một bề mặt để tạo ra sẽ chấm dứt âm thanh hấp thụ. Sử dụng

công cụ ‘ Acoustic Absorption Surface’ chọn mặt ‘NS_Termination’ và nhập hệ số

hấp thụ là 1.

Hình 3.10. Gán điều kiện chấm dứt phản xạ và hệ số hấp thụ

Tiếp theo ta áp dụng nguồn khối lượng (Mass Source) cho mặt ‘ NS_ Source’ và nhập

giá trị là 1kg/(s.m^2).

Hình 3.11. Gán nguồn khối lượng và giá trị của nguồn khối lượng

Tiếp theo xác định biên trở kháng bằng cách sử dụng công cụ ‘Acoustic Impedance

Boundary’ chọn mặt ‘NS_Facing’ và nhập giá trị của trở kháng: phần thực nhập

‘69.575’ và phần ảo nhập ‘-58,2313’.

Hình 3.12. Gán điều kiện biên trở kháng và giá trị của trở kháng

Ta sẽ khảo sát mức áp suất âm và độ suy giảm âm thanh ở tần số 0Hz đến 1000 Hz với

bước giải là 40.

Hình 3.13. Khoảng tần số giải quyết bài toán và bước giải

Trườnghợp 1: Âm thanh chỉ truyền qua ống.

Ta dùng lệnh ‘suppressed’ để loại bỏ phần giảm thanh và phần biên trở kháng âm của

hệ thống:

Hình 3.14. Loại bỏ phần khối giảm âm và biên trở kháng

Sau khi giải xong ta thu được kết quả sau:

Mức áp suất âm thanh tại tần số 250 Hz ( là tần số mà suy giảm âm thanh cao nhất)

Hình 3.15. Kết quả mức áp suất âm của ống

SPL đồng nhất xuyên suốt chiều dài của ống. Mức áp suất âm kỳ vọng có thể được xác

định là vì chúng ta đã kích thích một nguồn khối lượng đến ống dẫn có đơn vị là (cid:1843)(cid:2025)(cid:2868) (cid:3404) 1(cid:1837)(cid:1859)(cid:1871)(cid:2879)(cid:2869)(cid:1865)(cid:2879)(cid:2870), với Q là vận tốc thể tích của nguồn. Bởi vị sự chấm dứt là không phản xạ nên trở kháng riêng của ống tại nguồn là (cid:1852)(cid:3030) (cid:3404) (cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2868) (cid:3404) (cid:1868)/(cid:1843), trong đó p là áp

suất âm thanh. Sử dụng hai công thức trên thì biên độ áp suất âm thanh kỳ vọng

là|(cid:1868)| (cid:3404) (cid:1843)(cid:2025)(cid:2868)(cid:1855)(cid:2868) (cid:3404) (cid:1855)(cid:2868). Do đó mức áp suất âm là:

20(cid:1864)(cid:1867)(cid:1859)(cid:2869)(cid:2868)(cid:4666)344(cid:4667) (cid:3398) 94 (cid:3398) 3(cid:1856)(cid:1828) (cid:3404) 141,7(cid:1856)(cid:1828)

Trong đó: 344 là tốc độ của âm thanh, 94dB là mức độ áp suất âm tham khảo,-3dB là

mức áp suất âm chuyển đổi thành RMS (20(cid:1864)(cid:1867)(cid:1859)(cid:2869)(cid:2868)(cid:3435)√2(cid:3439))

Ta cũng thu mức áp suất âm theo tần số (0 – 1000Hz)

Ta thấy rằng SPL gần như là không đổi khi thay đổi tần số (SPL(cid:3406)147,7 dB).

141.6815

141.681

141.6805

141.68

)

141.6795

141.679

141.6785

B d ( L P S

141.678

141.6775

141.677

141.6765

200

400

600

800

1000

Tần số (Hz)

Hình 3.16. Đồ thị thể hiện mức áp suất âm theo tần số

Trường hợp 2: Âm thanh truyền qua ông có gán thêm điều kiện biên trở kháng âm có

giá trị (Z=59,575-j58,2131).

Ở trường hợp này ta chỉ dùng lệnh ‘suppressed’ để loại bỏ phần giảm thanh của hệ

thống.

Hình 3.1716. Loại bỏ phần khối giảm âm

Sau khi giải xong ta thu được kết quả như sau:

Mức áp suất âm (SPL) tại tần số 250 Hz.

Hình 3.178. Kết quả mức áp suất âm của ống

Mức áp suất âm tại mặt nguồn của ống và phần của ống trước khi tới biên trở kháng là

144,68 dB sau khi âm truyền qua biên trở kháng thì mức áp suất âm bị suy giảm còn

11,318 dB (phần của ống sau biên trở kháng).

Sau đây ta sẽ khảo sát mức độ áp suất âm ở mặt ‘NS_Source’ và mặt

‘NS_Termination’, sau đó sẽ tính được sự suy giảm âm thanh của hệ thống khi có điều

kiện biên trở kháng ở tần số 0 – 1000 Hz.

NS_Source

NS_termination

180

160

140

120

)

100

B d ( L T

1000

Tần số (Hz)

Hình 3. 19. Đồ thị thể hiện mức áp suất âm ở đầu ống bà cuối ống theo tần số

Ta có đồ thị thể hiện mức áp suất âm tại nguồn (NS_Source) và mặt kết thúc

(NS_Termination). Từ đây ta có thể xuất ra đồ thị biểu diễn sự suy giảm âm thanh của

160

140

120

)

100

B d ( L T

1000

Tần số (Hz)

hệ thống khi có điều kiện biên trở kháng.

Hình 3.20. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm theo tần số

So với kết quả giải bằng Matlab:

So sánh kết quả giữa Matlab và Ansys

Matlab

Ansys Workbench

160

140

120

100

)

B d ( L T

1000

100 Tần số (Hz)

Hình 3.21. Đồ thị so sánh kết quả giữa Matlab và Ansys

Ta thấy rằng kết quả giải bằng Ansys Workbench và Matlab không sai lệch nhau

nhiều. Ta thấy rằng sự suy giảm âm thanh đạt cực đại (TL khoảng 130 dB ) ở tần số

250Hz.

Trường hợp 3: ta sẽ khảo sát tương tự trường hợp 2 nhưng cho một khối giảm thanh

thay cho điều kiện biên trở kháng âm, với tính chất âm dựa trên chất lỏng tương

đương. Các thông số của khối giảm thanh được biểu thị qua bảng 3.1 .

Ở trường hợp này ta chỉ ‘suppressed’ để loại bỏ phần điều kiện biên trở kháng của hệ

thống.

Hình 3.22. Loại bỏ phần biên giảm thanh

Sau khi giải xong ta thu được các kết quả như sau:

Mức độ áp suất âm ở tần số 750 Hz của hệ thống

Hình 3.23. Kết quả mức áp suất âm cảu hệ thống

Ở tần số 750 Hz, mức áp suất âm tại mặt nguồn của ống và phần của ống trước khi tới

biên trở kháng là 142,04dB sau khi âm truyền qua khối giảm thanh thì mức áp suất âm

bị suy giảm còn 112,25 dB (phần của ống sau khối giảm thanh).

Sau đây ta sẽ khảo sát mức độ áp suất âm ở mặt ‘NS_Source’ và mặt

‘NS_Termination’, sau đó sẽ tính được sự suy giảm âm thanh của hệ thống khi có khối

giảm thanh ở tần số 0 – 1000 Hz.

NS_Source

NS_Termination

150

145

140

)

135

130

B d ( L T

125

120

115

110

100

1000

Tần số (Hz)

Hình 3.24. Đồ thị biệu hiện mức áp suất âm ở đầu ống và cuối ống theo tần số

Ta có đồ thị thể hiện mức áp suất âm tại nguồn (NS_Source) và mặt kết thúc

(NS_Termination). Từ đây ta có thể xuất ra đồ thị biểu diễn sự suy giảm âm thanh của

hệ thống khi có khối giảm thanh.

sự suy giảm mức cường độ âm (TL)

)

B d (

L P S

100

1000

Tần số (Hz)

Hình 3.25. Đồ thị biểu hiện sự suy giảm mức áp suất âm theo tần số

So sánh với kết quả Matlab:

So sánh tổn thất truyền âm giữa Matlab và Ansys

Matlab

Ansys Workbench

27.5

22.5

)

17.5

12.5

B d ( L T

7.5

2.5

100

1000

Tần số (Hz)

Hình 3.26. Đồ thị so sánh kết quả giữa Matlab và Ansys

Ta thấy rằng kết quả giải bằng Ansys Workbench và Matlab không sai lệch nhau

nhiều. Ta thấy rằng sự suy giảm âm thanh đạt cực tại tần số từ 700 – 800 Hz.

Vậy hệ thống khi có ống giảm thanh thì mức độ suy giảm của đại ở tần số cao hơn

(700Hz – 800Hz) so với điều kiện biên trở kháng (250Hz)

Ta sẽ tiếp tục khảo sát bài toán trong 2 trường hợp sau:

Trường hợp 1: ta sẽ khảo sát bài toán tại tần số 750Hz và thay đổi chiều dày của hai

khối giảm thanh.

Trường hợp 2: ta sẽ khảo sát tổn thất truyền âm qua các khối giảm thanh có độ dày

thay đổi củ lần lượt là: 0,1m; 0,2m; 0.25m; 0,5m trong tần số 100 – 1000Hz.

Sau khi giải xong ta thu được các kết quả sau đây:

Trường hợp 1:

khảo sát ở tần số 750Hz

)

B d ( L P S

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

Độ dày của hai khối giảm thanh (m)

Hình 3.27 Khảo sát tổn thất truyền âm ở tần số 750Hz khi độ dày hai khối giảm thanh

thay đổi

)

0.1m

0.2m

B d ( L T

0.25m

0.5m

100

1000

Tần số (Hz)

Trường hợp 2:

Hình 3.28. Khảo sát tổn thất tuyền âm ở tần số 100 – 1000 Hz khi thay đổi chiều dày

của hai khối giảm thanh

Nhận xét:

Qua hai đồ thị trên ta thấy ràng tổn thất truyền âm của hệ thống lớn nhất ở khoảng

750Hz và khi đạt tới một độ dày nhât định thì tổn thất truyền âm của hệ thống sẽ

không thay đổi (hoặc rất nhỏ)

3.2. Bài toán cách âm.

3.2.1. Mô tả bài toán

Hình 3.29. Mô tả bài toán cách âm

Cho một sơ đồ ống dài vô hạn được chia đôi bởi một tấm được ngàm chuyển vị có vật

liệu là thép. Mỗi đầu của ống đươc xác định chấm dứt âm thanh không phản xạ do đó

ống dài vô hạn đó được chia làm 2 thành 2 ống bán vô hạn. Một tấm ngàm chuyển vị

được gắn kết bên trong ống. Một nguồn kích thích âm thanh được xác định trên mặt

mặt đầu và cuối của ống, do đó âm thanh được truyền dọc theo ông cho đến khi chạm

với mặt được ngàm chuyển vị. Một vài âm thanh sẽ bị phản xạ bởi tấm, một số làm

cho tấm rung động và tạo ra âm thanh trong phần đầu ống và cuối ống.phần cuối ống

có chấm dứt âm thanh ko phản xạ, mức áp lực âm ở cuối ống sẽ ko thay đổi dọc theo

chiều ống, do nó ko có cơ chế hấp thụ hoặc thay đổi trở kháng âm thanh, vì vậy gây ra

một làn sóng dịch chuyển ngược lại.

Điều kiện sóng phẳng sẽ tồn tại trong ống dưới tần số được tính theo công thức sau:

(cid:3404) (cid:3404) 343 (cid:1834)(cid:1878) (cid:1858)(cid:3030)(cid:3048)(cid:3047)(cid:2879)(cid:3042)(cid:3041) ,(cid:3045)(cid:3032)(cid:3030)(cid:3047)(cid:3028)(cid:3041)(cid:3034)(cid:3048)(cid:3039)(cid:3028)(cid:3045) (cid:3404) (cid:1829)(cid:2868) 2(cid:1834) 343,24 2 (cid:3400) 0.5

Bảng cách thông số của hệ thống:

Các thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Chiều rộng 0.5 m (cid:1838)(cid:3051)

Chiều dài 0.5 m (cid:1838)(cid:3052)

Chiều cao 2 m (cid:1838)(cid:3053)

Chiều rộng tấm 0.5 m (cid:1838)(cid:3051)

Chiều dài tấm 0.5 m (cid:1838)(cid:3051)

Bề dày tấm 0.002 m (cid:1860)

Vật liệu tấm Thép

Vận tốc âm thanh trong không khí 343,24 m/s (cid:1855)(cid:2868)

Khối lượng riêng không khí 1,2041 Kg/m^3 (cid:2025)(cid:2868)

Bảng 3.2. Thông số của bài toán cách âm

3.2.2. Xây dựng và giải quyết bài toán trong Ansys Workbench

Dùng Harmonic Response để thực hiện xây dựng mô hình và tính toán bài toán đặt ra.

Xây dựng mô hình:

Tạo hai body có kích thước giống trên bảng, ở giữa 2 body tạo một tấm có kích thước

0,5m x 0,5m và có chiều dày là 0,002m.

Hình 3.30 Mô hình sau khi được xây dựng

Để dễ dàng cho việc gán các điều kiện và xem kết quả, ta đặt tên cho các bộ phận cần

thiết theo hình vẽ sau đây.

Hình 3. 31. Tên gọi các bộ phận của mô hình

Sau khi hoàn thành ta sẽ có 2 body, một tấm. Đổi tên của 2 body lần lượt là

upstream_duct, downstream_duct và tấm đặt tên là plate.

Xây dựng bài toán:

Sử dụng công cụ ‘Acoustic Body’ cho 2 body là upstream_duct và downstream_duct

với các thông số nhập vào như vận tốc của âm thanh bằng 342,24m/s, khối lượng riêng

của không khí 1,2041, lựa chọn hàng Acoustic – structural Body Opitions là

‘Unsymetric’.

Hình 3. 32. Thông số của khối âm thanh được gán vào 2 phần ống

Chọn vật liêu của tấm là thép kết cấu ( Structural Steel).

Hình 3.33. Chọn vật liệu cho tấm

Tiếp theo ta chuyển đến phần liên kết, khi xây dung mô hình thì chúng ta đã tạo ta ba

liên kết: upstream_duct – downstream_duct, upstream_duct – plate, downstream_duct

– plate.

Tuy nhiên, điều chúng ta muốn không phải là liên kết giữa 2 mặt của upstream duct và

downstream duct, mà cái chúng cần là sự liên kết giữa mặt của upstream duct với mặt

của plate và mặt của downstream duct với mặt của plate. Do đó chúng ta sẽ xóa liên

kết upstream_duct – downstream_duct, và tạo liên kết giữa 2 mặt của tấm với mặt của

khối body.

Hình 3.34. Tạo liên kết giữa tấm và 2 phần của ống

Bước tiếp theo là chia lưới, sau khi chia lưới xong ta sẽ có 61248 nút và 13725 phần

tử.

Hình 3.35. Mô hình sau khi chia lưới

Tiếp theo ta gán các điều kiện của bài toán

Gán nguồn khối lượng vào mặt ns_upstream_duct của upstream duct. Chọn giá trị của

nguồn khối lượng là 1 kg/((cid:1865)(cid:2870)/(cid:1871)).

Hình 3. 36. Gán và nhập giá trị cho nguồn khối lượng

Thêm các điều kiện biên hấp thụ để tạo sự chấm dứt không phản xạ tại mỗi cuối đầu

của hai ống bán vô hạn.

Hình 3. 3718. Gán điều kiên biên bức xạ

Bước tiếp theo là xác định sự tương tác cấu trúc âm thanh (FSI) giữa hai mặt tiếp xúc

của upstream duct và plate, downstream duct và plate. Bước này sẽ kích hoạt sự

chuyển vị tự do của các phần tử âm thanh và được ghép đôi với bậc tự do của phần tử

cấu trúc.

Hình 3.38. Tạo sự tương tác cấu trúc – âm thanh

Bước tiếp theo ta sẽ thiết lập các lựa chọn phân tích. Chọn công cụ Analysis Settings,

nhập 99Hz và 100Hz tương ứng vào các hàng ‘Range Minximum’ và ‘Range

Maximum’, số bước giải là 1 và phương pháp giải chọn ‘Full’.

Chúng ta sẽ giải quyết bài toán ở tần số duy nhất 100Hz, nó thì ít hơn nhiều so với

(cid:1858)(cid:3030)(cid:3048)(cid:3047)(cid:2879)(cid:3042)(cid:3041) ,(cid:3045)(cid:3032)(cid:3030)(cid:3047)(cid:3028)(cid:3041)(cid:3034)(cid:3048)(cid:3039)(cid:3028)(cid:3045) (cid:3404) 343 (cid:1834)(cid:1878).

Hình 3. 3919. Tần số giải quyết bài toán

Bước tiếp theo ta gán ngàm chuyển vị cho 4 cạnh của plate.

Hình 3. 4020. Gán ngàm chuyển vị cho 4 cạnh của tấm

Sau khi gán hết điều kiện vào mô hình, click chuột trái vào ‘Harmonic Response’, để

kiểm tra lại các điều kiện một lần nữa.

Hình 3. 4121. Tổng hợp các điều kiện của bài toán

Sau khi giải xong ta thu được các kết quả như sau:

Áp suất âm trong hệ thống.

Hình 3.42. Áp suất âm của hệ thống

Mức áp suất âm của hệ thống.

Hình 3. 4322. Mức áp suất âm của hệ thống

Mức áp suất âm thanh ở upstream duct thay đổi theo khoảng cách. Âm thanh đã bị

phản xạ ra khỏi plate và truyền ngược lại dòng, tương tác với sóng âm đến, điều này

dẫn đến sự suy giảm mức áp suất âm thanh tại một số vùng của upstream duct.

Mức áp suất âm ở mặt cuối của downstream duct

Hình 3. 4423. Mức áp suất âm ở mặt NS_downstream_absorb

Ta thấy rằng ở tần số 100 Hz và tấm thép cách âm có độ dày là 0,002m thì độ suy

giảm mức độ áp suất âm là TL=141,72 dB -111,21dB = 30,51 dB (suy giảm 21,53%)

Chuyển vị của tấm:

Hình 3. 4524. Chuyển vị của tấm cách âm

Chuyển vị lớn nhật của tấm nằm ở giữa tấm khoảng (1,0963 x 10^-3 m)

Sau đây ta thực hiện khảo sát hiệu quả cách âm của tấm thép thông qua hai trường hợp

• Giữ nguyên tần số là 100Hz và khảo sát hiệu quả cách âm qua 8 độ dày của tấm

khác nhau có độ dày sau: 0,001; 0,002; 0,004; 0,008; 0,01; 0,02; 0,04; 0,08.

• Giữ nguyên độ dày của tấm là 0,002m và khảo sát hiệu quả cách âm của tấm tại

tần số từ 25Hz đến 300Hz bằng cách khảo sát qua 12 tần số khác nhau có giá trị

như sau: 25Hz; 50Hz; 75Hz; 100Hz; 125Hz; 150Hz; 175Hz; 200Hz; 225Hz;

250Hz; 275Hz; 300Hz.

Mức độ tổn thất âm thanh sẽ được tính theo công thức:

(cid:1839) (cid:1855) đ (cid:1871)(cid:1873)(cid:1877) (cid:1859)(cid:1861) (cid:1865) â(cid:1865) (cid:1872)(cid:1860)(cid:1853)(cid:1866)(cid:1860) (cid:3404) (cid:3400) 100% (cid:1845)(cid:1842)(cid:1838) (cid:4666)đ (cid:1873) (cid:1866)(cid:1859)(cid:4667) (cid:3398) (cid:1845)(cid:1842)(cid:1838) (cid:4666)(cid:1855)(cid:1873) (cid:1861) (cid:1866)(cid:1859)(cid:4667) (cid:1845)(cid:1842)(cid:1838) (cid:4666)đ (cid:1873) ô(cid:1866)(cid:1859)(cid:4667)

Trường hợp 1: khảo sát hiệu quả cách âm của tấm thép qua các độ dày khác nhau..

Khảo sát tại tần số 100Hz

)

%

(

h n a h t

m â m ả i g y u s ộ đ c ứ M

100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

0.01

0.02

0.03

0.05

0.06

0.07

0.08

0.04 Độ dày tấm (m)

Hình 3.46. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm của tấm tại tần số 100Hz

Nhận xét: Qua đồ thị trên ta thấy rằng: độ dày của tấm tỷ lệ thuận với hiệu quả cách

âm của tấm nghĩa là tấm càng dày thì tỷ lệ tổn thất âm càng lớn, hiệu quả cách âm của

tấm càng cao.

Trường hợp 2: Khảo hiệu quả cách âm của tấm thép qua các tần số khác nhau (khảo

sát trong khoảng tần số từ 25Hz đến 300Hz).

Ta thu được một đồ thị thể hiện sự thay đổi hiệu quả cách âm khi thay đổi tần số.

Khảo sát tại tấm có độ dày 0.002m

)

%

(

h n a h t

m â m ả i g y u s ộ đ c ứ M

100

125

150

175

200

225

250

275

300

Tần số (Hz)

Hình 3. 472. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức độ áp suất âm thanh tại tấm có độ dày

0,002m

Dựa vào đồ thị ta có thể thấy rằng ở tần số khoảng từ 160 Hz đến 170 Hz thì tấm có

hiểu quả cách âm cao nhất (tỷ lệ tổn thất âm khoảng từ 33% đến 34%). Ở tần số từ

195Hz đến 205 Hz thì tấm có hiểu quả cách âm kém nhất ( tỷ lệ tổn thất truyền âm

khoảng 4% đến 6%)

Bằng cách tương tự như đối với tấm thép ta thực hiện khảo sát hiệu quả cách âm của

các vật liệu khác nhau như: nhôm, bê tông, gỗ.

Các thông số vật liệu của nhôm, bê tông, thép, gỗ được lấy ở tài liệu [2] và [3].

Ta sẽ thực hiện khảo sát các vật liệu như trên qua các trường hợp sau đây:

Trường hợp 1: Thực hiện khảo sát 4 loại vật liệu của tấm trên trên cùng một đồ thị

bằng cách giữ nguyên tần số và thay đổi độ dày của tấm có giá trị lần lượt là: 0,001 m;

0,002 m; 0,004 m; 0,008 m; 0,01 m; 0,02 m; 0,04 m; 0,08 m. Ta sẽ tiến hành thực hiên

6 đồ thị với cách tần số lần lượt là: 50 Hz; 100 Hz; 150 Hz; 200 Hz; 250 Hz; 300 Hz.

Trường hợp 2: Thực hiện khảo sát 4 loại vật liệu của tấm trên cùng 1 đồ thị bằng cách

giữ nguyên độ dày của tấmvà thay đổ tần số như sau: 25 Hz; 50 Hz; 75 Hz; …; 275

Hz; 300Hz. Ta sẽ tiến hành thực hiện 4 đồ thị với các độ dày của tấm khác nhau như:

0,002 m; 0,004 m; 0,008m và 0,02 m.

Sau khi giải quyêt xong hai trường hợp trên, ta thu được các kết quả như sau:

Trường hợp 1:

Khảo sát ở tần số 50Hz

)

%

(

m â

Thép

nhôm

Bê Tông

Gỗ

n ề y u r t t ấ h t n ổ t ộ đ c ứ M

0.01

0.02

0.06

0.07

0.08

0.03 0.04 0.05 Độ dày tấm (m)

Hình 3.48. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm tại tần số 50 Hz

Khảo sát ở tần số 100Hz

)

%

(

m â

Thép

Nhôm

Bê Tông

Gỗ

n ề y u r t t ấ h t n ổ t ộ đ c ứ M

0.01

0.02

0.06

0.07

0.08

0.03 0.04 0.05 Độ dày tấm (m)

Hình 3. 493. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm tại tần số 100 Hz

Khảo sát ở tần số 150 Hz

)

%

(

m â

Thép

Nhôm

Bê Tông

Gỗ

n ề y u r t t ấ h t n ổ t ộ đ c ứ M

0.01

0.02

0.03

0.06

0.07

0.08

0.04

0.05 Độ dày tấm (m)

Hình 3.50. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm tại tần số 150 Hz

Khảo sát ở tần số 200 Hz

)

%

(

m â

Thép

n ề y u r t

Nhôm

Bê Tông

Gỗ

m ả i g y u s ộ đ c ứ M

0.01

0.02

0.06

0.07

0.08

0.05

0.03 0.04 Độ dày tấm (m)

Hình 3. 514. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm tại tần số 200 Hz

Khảo sát ở tần số 250 Hz

)

%

(

h n a h t

Thép

Nhôm

Bê Tông

Gỗ

m â m ả i g y u s ộ đ c ứ M

0.01

0.02

0.06

0.07

0.08

0.03

0.05

0.04 Độ dày tấm (m)

Hình 3.52. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm tại tần số 250 Hz

Khảo sát tại tần số 300 Hz

)

%

(

h n a h t

Thép

Nhôm

Bê Tông

Gỗ

m â m ả i g y u s ộ đ c ứ M

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

Độ dày tấm (m)

Hình 3.53. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm tại tần số 300 Hz

Nhận xét:

• Cũng như tấm được làm bằng thép thì tấm làm bằng bê tông, nhôm, gỗ cũng có

hiệu quả cách âm càng cao khi độ dày của tấm càng lớn.

• Khi càng tăng độ dày thì thép có hiệu quả cách âm cao hơn vật liệu còn lại.

Thép có hiệu quả cách âm cao nhất sau đó đến nhôm, bê tông, gỗ.

Trường hợp 2:

Khảo sát khi tấm có độ dày 0.002 m

)

%

(

h n a h t

Thép

Nhôm

Bê tông

100

125

150

175

200

225

250

275

300

m â m ả i g y u s ộ đ c ứ M

Tần số (Hz)

Hình 3. 54. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm tại tấm có độ dày 0,002m

Ở tần độ tấm có độ dày 0,002m thì:

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của thép ở tần số 175 Hz (khoảng 33%) và hiệu quả

cách âm kém nhất ở tần số 200 Hz (khoảng 4,4%).

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của nhôm ở tần số 175 Hz (khoảng 26,15%) và hiệu

quả cách âm kém nhất ở tần số 200 Hz (khoảng 5.5%).

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của bê tông ở tần số 125 Hz (khoảng 31,5%) và hiệu

quả cách âm kém nhất ở tần số 25 Hz (khoảng 4,5%).

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của gỗ ở tần số 175 Hz (khoảng 24,5%) và hiệu quả

cách âm kém nhất ở tần số 50 Hz (khoảng 4,5%).

Khảo sát khi tấm có độ dày 0.004 m

Thép

Nhôm

)

%

(

Bê Tông

h n a h t

m â m ả i g y u s ộ đ c ứ M

100

125

225

250

275

300

175

200

150 Tần sô (Hz)

Hình 3.55. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm tại tấm có độ dày 0,004m

Ở tần độ tấm có độ dày 0,004m thì:

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của thép ở tần số 300 Hz (khoảng 34,6%) và hiệu

quả cách âm kém nhất ở tần số 75 Hz (khoảng 7,85%).

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của nhôm ở tần số 300 Hz (khoảng 28,15%) và hiệu

quả cách âm kém nhất ở tần số 75 Hz (khoảng 5.7%).

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của bê tông ở tần số 250 Hz (khoảng 54,6%) và hiệu

quả cách âm kém nhất ở tần số 50 Hz (khoảng 5,6%).

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của gỗ ở tần số 300 Hz (khoảng 20,32%) và hiệu quả

cách âm kém nhất ở tần số 75 Hz (khoảng 4,3%).

Khảo sát khi tấm có độ dày 0,008 m

Thép

)

Nhôm

%

(

Bê Tông

Gỗ

h n a h t

m â m ả i g y u s ọ đ c ứ M

100

125

150

175

200

225

250

275

300

Tần số (Hz)

Hình 3. 565. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm tại tấm có độ dày 0.008m

Ở tần độ tấm có độ dày 0,008m thì:

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của thép ở tần số 25Hz (khoảng 44,1%) và hiệu quả

cách âm kém nhất ở tần số 150 Hz (khoảng 14,9%).

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của nhôm ở tần số 25 Hz (khoảng 37,9%) và hiệu

quả cách âm kém nhất ở tần số 150 Hz (khoảng 17,4%).

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của bê tông ở tần số 25 Hz (khoảng 32%) và hiệu

quả cách âm kém nhất ở tần số 100 Hz (khoảng 11,2%).

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của gỗ ở tần số khoảng 25 Hz (khoảng 29,4%) và

hiệu quả cách âm kém nhất ở tần số 150 Hz (khoảng 5%).

Khảo sát khi tấm có độ dày 0,02 m

)

%

(

h n a h t

m â m ả i g y u s ộ đ c ứ M

100

125

150

175

200

225

250

275

300

Tần số (Hz)

Hình 3. 576. Đồ thị thể hiện sự suy giảm mức áp suất âm tại tấm có độ dày 0,02m

Ở tần độ tấm có độ dày 0,02m thì:

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của thép ở tần số 25Hz (khoảng 60,9%) và hiệu quả

cách âm kém nhất ở tần số 300 Hz (khoảng 39,8%).

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của nhôm ở tần số 25 Hz (khoảng 54,7%) và hiệu

quả cách âm kém nhất ở tần số 150 Hz (khoảng 33,8%).

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của bê tông ở tần số 25 Hz (khoảng 48,9%) và hiệu

quả cách âm kém nhất ở tần số 275 Hz (khoảng 19,7%).

• Hiệu quả cách âm tốt nhất của gỗ ở tần số khoảng 25 Hz (khoảng 46,2%) và

hiệu quả cách âm kém nhất ở tần số 150 Hz (khoảng 25,1%).

Nhận xét:

• Hiệu quả cách âm của vách cách âm làm bằng vật liệu khác nhau thay đổi khi

tần số thay đổi

• Nhìn chung lại, thép là vật liệu cách âm tốt nhất trong 4 loại vật liệu.

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

4.1. Kết luận

Trong luận văn này, học viên đã dựa trên lý thuyết truyền âm và phân tích tương tác

âm thanh kết cấu để mô phỏng các bài toán hấp thụ âm thanh và cách âm của tấm bằng

phần mềm Ansys. Dựa trên kết quả mô phỏng, học viên đã đưa ra được một số nhận

xét như sau

• Hiệu quả cách âm của vách khác nhau khi vách cách âm được làm bằng các vật

liệu khác.

• Hiệu quả cách âm càng cao khi vách có độ dày càng cao.

• Ở mỗi tần số khác nhau thì hiểu quả cách âm khác nhau.

4.2. Ưu điểm của luận văn

• Đánh giá được sự suy giảm âm thanh đi qua ống khi có vật liệu hút âm.

• Đánh giá được hiệu quả cách âm của vật liệu thông qua nhiều vật liệu khác

nhau, độ dày khác nhau, tần số khác nhau.

4.3. Nhược điểm của luận văn

• Chưa đánh giá chính xác được hiệu quả cách âm của vách ngăn vì đã bỏ qua

nhiều giả thiết như nhiệt độ, hướng gió,…

• Phạm vi khảo sát đang còn hẹp, nhiều kết luận mang ý kiến chủ quan.

• Mới chỉ khảo sát mô hình đơn giản.

4.4. Hướng phát triễn của luận văn

• Thêm vào điều kiện nhiệt độ trong bài toán truyền âm.

• Xây dựng mô hình phức tạp hơn, khảo sát trên phạm vi lớn hơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

A.Tài liệu tiếng Việt.

[1] Chu Quốc Thắng (1997). “Phương pháp phần tử hữu hạn”.NXB khoa học và kỹ

thuật.

[2].http://www.tieuam.com/jp/tieu-am-va-cach-am-nhung-khai-niem-co-ban-

tv132.html

[3] Nguyễn Hải, Âm học và Kiểm tra Tiếng ồn. Nhà xuất bản Giáo Dục, 1997.

TCVN 7839-2:2007, Xác định hiệu quả cách âm của vỏ cách âm;

[4] TCVN 8777:2011, Hướng dẫn kiểm soát tiếng ồn trong công sở và phòng làm việc

bằng màn chắn âm;

[5] TCXD 150:1986, Thiết kế chống ồn cho nhà ở.

B Tài liệu tiếng nước ngoài

[6] Arun Arjunan, Chang Wang, Martin English, Mark Stanford and Paul Lister, A

Computationally-Efficient Numerical Model to Characterize the Noise Behavior of

Metal-Framed Wall, Metals, 2015.

[7] A. Arjunan, C.J. Wang, K. Yahiaoui, D.J. Mynors, T. Morgan, V.B. Nguyen3 , M.

English, Sound frequency dependent mesh modelling to simulate the acoustic

insulation of stud based double-leaf walls, Proceedings of isma2014 including usd

2014.

[8] Leszek KWAPISZ, Numerical Modelling of Sound Transmission Through the

Window Type Partition, Vibrations in Physical Systems Vol. 27 (2016).

University of Reading, 2007.

[9] S Langdon1 & S N Chandler-Wilde, Finite element methods for acoustic scattering,

PHỤ LỤC CODE MATLAB

clc closeall clearall rho_0 = 1.21; c_0 = 344; mu_0 = 18.3E-06; gamma_0 = 1.4; K_0 = rho_0*c_0^2; P_0 = K_0/gamma_0; Duct_height = 0.25; h = Duct_height/2; l = 0.1; IMPD_Resistance = 0.92; IMPD_Reactance = -0.77; f = [1:1000]; w = 2*pi*f; k = w/c_0; lambda_1 = c_0./f; eta = 2*h./lambda_1; MAT_RESIS = 10800; MAT_PORO = 0.98; MAT_TORTU = 1.04; MAT_VISCL = 129e-6; MAT_THERL = 198e-6; Prt = 0.713; rho_t = 0.0; Z = (IMPD_Resistance + j*IMPD_Reactance)*rho_0*c_0*eta; f_fixed = 250; Z = (IMPD_Resistance + j*IMPD_Reactance)*rho_0*c_0*(2.*h/(c_0./f_fixed)); Term1 = (2./k./h).^2; Term2a = 4*Z./(j*k*h*rho_0*c_0); Term2 = 1./(1 + Term2a ); Term3 = sqrt(1 + Term2.^2); gamma_1 = j.*k.*sqrt( 1 - Term1.*(1 + Term2 - Term3) ); gamma_2 = j.*k.*sqrt( 1 - Term1.*(1 + Term2 + Term3) );

gamma_net = [gamma_1;gamma_2]; D = min(real(gamma_net)*8.69); beta_1 = j*k*h*rho_0*c_0./Z; Term1 = sqrt( (6203-j*857) + (2887.3 - j*372)*beta_1 + (867.4 - j*130)*beta_1.^2 ); E1 = ((78.94 - j*5.43) + beta_1*(34.47 - j*2.20) + Term1)./( 16.1 -j*1.11 + beta_1); E2 = ((78.94 - j*5.43) + beta_1*(34.47 - j*2.20) - Term1)./( 16.1 -j*1.11 + beta_1); gamma_1b = sqrt(E1 - (k*h).^2 )/h; gamma_2b = sqrt(E2 - (k*h).^2 )/h; gamma_netb = [gamma_1b;gamma_2b]; Db = min(real(gamma_netb)*8.69); Dmax = 19/h; max(8.69*real( sqrt(3.42 -(k*h).^2 + j*5.24) )/h); figure semilogx(f,D) xlabel('Tan so (Hz)') ylabel('TL (dB)') grid