ĐẠI HỌC HUẾ
PHÂN HIỆU ĐHH TẠI QUẢNG TRỊ
TH.S. NGUYỄN XUÂN CƯỜNG BÀI GIẢNG
Ô NHIỄM TIẾNG ỒN VÀ KIỂM SOÁT
(NOISE POLLUTION AND CONTROL)
Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật môi trường
ĐÔNG HÀ, 2012
MỤC LỤC
Chương 1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA ÂM THANH 3
5.1. Kiểm soát tiếng ồn trong nhà 41
5.2. Kiểm soát tiếng ồn ngoài trời 42
5.2.1. Quy hoạch kiến trúc 42
5.2.2. Biện pháp công trình 42
5.2.3. Biện pháp quản lý và giáo dục 43
5.3. Tiếng ồn các thiết bị 43
5.4. Kiểm soát tiếng ồn công nghiệp 43
Chương 1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA ÂM THANH
Âm thanh (Sound, Acoutics) là sự giao động áp lực di chuyển xuyên qua môi
trường (vật liệu) mà tai người có thể cảm nhận được. Âm thanh được tao ra từ sự rung
động bề mặt hoặc chuyển động hỗn loạn của dòng lưu.
Con người có thể nghe thấy âm có tần số từ 16 đến 20.000 Hz. Trên mức đó gọi
là sóng siêu âm, dưới gọi là hạ âm, hai sóng này tai người không nghe được.
Đơn vị âm thanh phổ biến là Decibel (đề xi ben) (dB), là bội số 10 của Bel (lấy
tên nhà bác học Amfed Bel (1dB = B/10). Mức dB = 0 là ngưỡng tai người nghe được,
tăng 10dB thì âm thanh (cảm giác) tăng gấp đôi.
Âm thanh có hai đặc trưng cơ bản, đó là: vật lý và sinh học.
1.1. Sóng âm
Sóng âm là một loại sóng cơ có biên độ dao động nhỏ (tạo ra âm) mà thính giác
nhận biết được.
Một áp suất âm đơn giản nhất (tần số nhất định) tạo ra một sóng hình sin như
sau:
Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào môi trường truyền. Trong điều kiện chất khí lý
tưởng, hàm tốc độ phụ thuộc vào nhiệt độ của khí.
2/1
) ( RTgcc
γ
=
F: tần số (1/s);
λ
: bước sóng (m);
k là số lượng sóng trong một khoảng cách nhất định.
- Biên độ (Amplitude): là biên độ áp suất lớn nhất (P
M
), biên độ áp suất căn bậc hai
trung bình (Root Mean Square: rms) P
rms
, có đơn vị là Pascal (Pa). P
rms
= 0,707 P
M
Biên độ dao động là độ dời lớn nhất của các phần tử so với vị trí cân bằng. Biên
độ dao động thể hiện độ mạnh, yếu của âm thanh. Biên độ càng lớn, âm thanh càng
mạnh.
- Chu kì (Period, T): thời gian cần thiết truyền được một khoảng cách = 1 bước sóng
(chu kì sóng), T = 1/f. Hình 1.1: Biểu đồ thể hiện biên độ và bước sóng [9]
Ví dụ tính toán: Sóng có tần số 250 Hz truyền trong môi trường không khí tại 25 độ C.
Hằng số riêng không khí là 287 J/kg.K; tỉ số nhiệt riêng là 1,4. Xác định tốc độ truyền
âm, bước sóng và số bước sóng?
1.3. Mức áp suất âm, mức cường độ âm
1.3.1. Mức áp suất âm
- Áp suất âm (Acoustic Pressure) là chênh lệch giữa áp suất âm và áp suất khí quyển.
Hình 1.2: Biểu đồ áp suất âm
1. yên tĩnh, 2. âm thanh nghe thấy, 3. áp suất khí quyển, 4. áp suất âm tức thời
Weber Fechner phát hiện rằng cảm giác âm thanh của tai không tỷ lệ bậc nhất
với năng lượng kích thích mà đúng hơn với Logarit của nó.
Đó chính là cơ sở của một đơn vị đánh giá âm thanh mới theo thang Logarit gọi
là mức âm.
Lp =10lg(P
rms
/P
ref
)
2
= 20lg(P
rms
/P
ref
) = 20lgP
rms
– 20lgP
ref
. Trong đó:
P
rms
là áp suất toàn phương trung bình (Pa);
P
ref
(Po) là áp suất âm đối chiếu (áp suất âm nhỏ nhất mà tai người có thể nghe được),
P
ref
= 2.10
-5
N/m
Trong đó:
+ L
Aeq,T
là mức áp suất âm tương đương liên tục theo đặc tính A (dBA) được xác định
trong khoảng thời gian T, bắt đầu từ t1 và kết thúc ở t2 (T = t2 – t1).
+ P
A
(t) là mức áp suất âm tức thời theo đặc tính A của một tín hiệu âm thanh.
+ P
0
(P
rms
) là áp suất âm đối chiếu.
L
Aeq,T
được dùng để đánh giá tiếng ồn môi trường hoặc tiếp xúc nghề nghiệp.
1.3.2. Mức cường độ âm và công suất âm
a. Cường độ âm (Acoustic Intensity)
Cường độ âm ở một điểm nào đó trên phương đã cho trong trường âm là tổng
năng lượng âm thanh đi qua một đơn vị diện tích bề mặt S vuông góc với phương
truyền âm, tại điểm đó trong một đơn vị thời gian. - Đối với sóng phẳng:
C
P
I
ρ
=
- Với âm tiêu chuẩn: Mức to ở ngưỡng nghe là 0 Fôn, ngưỡng chói tai là 120 Fôn.
- Cùng 1 giá trị áp suất âm, âm tần số càng cao => mức to càng lớn.
Bằng phương pháp thực nghiệm người ta vẽ được biểu đồ đường mức to (Fôn)
Hình 1.3: Biểu đồ các đường đồng mức to
(Nguồn: ISO 226, 1987a; D.W. Robinson & Dadson, 1956)
1.4.2. Độ to (Sôn)
Khi so sánh âm này to hơn âm kia bao nhiêu lần ta dùng khái niệm "độ to". Đó
là một đơn vị chủ quan do cảm nhận cường độ âm. Độ to là 1 thuộc tính của thính
giác, cho phép phán đoán tính chất mạnh yếu của âm thanh.
Giá trị 1 Son = Âm tần số là 1.000Hz và mức âm là 40 dB. Âm 5.000 Hz có
mức âm cũng là 40 dB nhưng tai nghe thấy to gấp đôi âm trên thì nó được đánh giá là
âm có độ to 2 Son.
Mối liên hệ giữa Sôn & Fôn như sau:
S =
)40(1,0
2
−F
(Từ CT Log
10
S = 0.03 (F - 40)
Như vậy, nếu mức to của 1 âm = 40F => độ to của âm đó S = 1 Sôn. Khi mức
to tăng 10F (hoặc 10dB tại 1 kHz) thì độ to tăng gấp 2.
1 Son = 40 Fon, tương ứng tần số 1 kHz và 40dB.
1.4.3. Dải tần số âm
Thông thường, để đánh giá âm, người ta chỉ sử dụng mức âm tổng cộng mà
không phân tích chúng theo các tần số. Thực tế thì việc phân tích âm thanh trên mỗi
tần số trong phạm vi 20hz – 20.000 hz là rất phức tạp và nhiều khi không cần thiết. Vì
vậy, để thống nhất, ISO đề nghị sử dụng các dãy tần số âm tiêu chuẩn khi nghiên cứu
âm thanh cũng như khi chế tạo các thiết bị đo.
Bảng 1.1: 8 octave cho phép
Các máy đo độ ồn, mức to của âm (đơn vị là dBA) là mức cường độ âm chung
của tất cả các dải octave tần số đã qui định về tần số 1000Hz. Ta gọi âm thanh đó là
dBA là âm thanh tương đương.
Đọc thêm: Âm thanh và cảm giác nghe của tai người
Tần số âm thanh mà con người nghe được không nguy hại: 16Hz – 16.000Hz
[Randall F. Barron] và mức âm nghe được là 16Hz – 20.000Hz (0 – 120dB). Mức
thấp (sóng hạ âm - infrasound) hoặc cao hơn (sóng siêu âm - ulfrasound) khoảng đó,
con người không nghe được. Mức âm thanh chuẩn thường (âm nhạc) là 440Hz.
Áp suất âm, mức âm của một số nguồn ồn [WHO] Chương 2. Ô NHIỄM TIẾNG ỒN
2.1. Khái niệm tiếng ồn
Tiếng ồn là âm thanh khó chịu hoặc có hại cho con người. Tiếng ồn có tính chủ
quan nhất định.
2.2. Các tiêu chuẩn về tiếng ồn
Giới hạn tối đa cho phép về tiếng ồn môi trường (QCVN 26:2010/BTNMT)
(theo mức âm tương đương), dBA
TT Khu vực Từ 6 giờ đến 21 giờ Từ 21 giờ đến 6 giờ
1 Khu vực đặc biệt 55 45
2 Khu vực thông thường 70 55
Khu vực đặc biệt: Là những khu vực trong hàng rào của các cơ sở y tế, thư viện, nhà
trẻ, trường học, nhà thờ, đình, chùa và các khu vực có quy định đặc biệt khác.
Khu vực thông thường: Gồm: khu chung cư, các nhà ở riêng lẻ nằm cách biệt hoặc
liền kề, khách sạn, nhà nghỉ, cơ quan hành chính.
2.3. Các loại tiếng ồn
chịu ảnh hưởng của lực điện từ biến đổi.
- Tiếng ồn thủy động (Fluid Noise): Tiếng ồn phát sinh trong các quá trình chuyển
động của chất lỏng. Thông thường tiếng ồn phát sinh do vật liệu rắn có hình bánh xe
hoặc chân vịt của thuyền tác động vào chất lỏng. Tốc độ dòng chảy quyết định đến
công suất âm, nếu tăng gấp đôi tốc độ dòng chảy, W tăng 18 – 24 dB. Để giảm tốc độ
dòng chảy, cần dùng thiết bị khuếch tán (diffusers) hoặc tấm ngăn cản hạn chế dòng
chảy.
Mô tả một số thiết bị gây ồn trong công nghiệp [8]:
- Tiếng ồn máy hàn xì (Gas Jets): Mức công suất ồn cách 1m của thiết bị xả hơi có thể
đạt đến 105dB.
- Quạt thông gió và quạt hút (Ventilator and Exhaust Fans): Biên độ mức công suất âm
rất rộng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
- Thiết bị nén (Compressors): Hầu hết các máy nén đều có công suất ồn lớn. Độ ồn
mỗi lần nén (đóng, đập) có thể lên đến 105 dBA.
- Mô tơ điện (Electric Motors): Bộ phận phát sinh nguồn ồn chủ yếu từ cánh quạt, tùy
theo công suất máy sẽ phát sinh độ ồn khác nhau. Độ ồn mô tơ điện có thể đạt
106dBA.
- Máy cưa xẻ gỗ (Woodworking Machines): Độ ồn phát sinh, độ rung ở các thiết bị
cắt, nghiền; độ ồn do nguyên nhân khí động lực (ở các thiết bị quạt); độ ồn ở thiết bị
quạt bụi, ống loại bỏ mùn cưa. Độ ồn có thể đạt đến 106dB.
- Thiết bị khí nén (Pneumatic Tools): Bao gồm, máy khoan, súng bắn hơi, búa hơi,
máy phá bê tông… Cơ chế phát sinh ồn: sự tác động giữa máy và bề mặt (bao gồm cả
việc truyền rung); việc xả khí nén; cấu trúc bên trong thiết bị. Độ ồn của thiết bị khí
nén cầm tay có thể đạt đến 110dB.
Bảng 1.2: Mức ồn tiêu biểu các ngành công nghiệp ở Singapor [Tan Kia Tang
1995] Bảng 1.3: Mức ồn trung bình (L
Aeq
phép hiện hành;
- Xác định ảnh hưởng của các nguồn gây tiếng ồn riêng biệt hay nhóm các nguồn gây
tiếng ồn;
- Cung cấp thông tin giúp cho việc lập kế hoạch kiểm soát tiếng ồn;
- Đánh giá diễn biến ô nhiễm ồn theo thời gian và không gian;
- Cảnh báo về ô nhiễm tiếng ồn;
- Đáp ứng các yêu cầu của công tác quản lý môi trường của Trung ương và địa
phương.
b. Thông số quan trắc
- L
Aeq
mức âm tương đương;
- L
Amax
mức âm tương đương cực đại;
- L
AN,T
mức phần trăm;
- Phân tích tiếng ồn ở các dải tần số 1 ôcta (tại các khu công nghiệp);
- Cường độ dòng xe (đối với tiếng ồn giao thông).
c. Thời gian và tần suất quan trắc:
- Tần suất quan trắc tiếng ồn, tối thiểu phải là 04 lần/năm.
- Thời gian quan trắc:
+ Đối với tiếng ồn tại các khu vực quy định và tiếng ồn giao thông: đo liên tục 12, 18
hoặc 24 giờ tuỳ theo yêu cầu;
+ Đối với tiếng ồn tại các cơ sở sản xuất, phải tiến hành đo trong giờ làm việc;
d.Thiết bị quan trắc
Yêu cầu chung của thiết bị quan trắc:
- Theo TCVN 5964:1995;
+ Các phép đo này thực hiện bên trong hàng rào, mà ở đó tiếng ồn được quan tâm. Nếu
không có chỉ định khác, các vị trí đo cách các tường hoặc bề mặt phản xạ khác ít nhất
1 mét, cách mặt sàn từ 1,2-1,5 mét và cách các cửa sổ khoảng 1,5 mét; cách nguồn gây
ồn khoảng 7,5 mét; Phòng kinh doanh karaoke thì đo tại cửa sổ, cửa phòng.
+ Khi đo tiếng ồn tại nơi làm việc do các máy công nghiệp gây ra phải đo tiếng ồn
theo tần số ở dải 1:1 ôcta (theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3985:1999).
- Đo tiếng ồn ổn định và không ổn định:
+ Tiếng ồn ổn định có độ biến âm không quá 5dB, thường sử dụng phép đo chậm
+ Tiếng ồn không ổn định, thường sử dụng phép đo nhanh
Tìm hiểu thêm: Các máy đo âm thanh
Mạch hiệu chỉnh
A, B, C
Microphon
Khuyếch đại
Bộ lọc
Khuyếch đại Kim đo
dB- Máy đo đảm bảo tiêu chuẩn:
IEC 60651: Standard for Sound Level Meters
IEC 60804: Standard for Integrating Sound Level Meters
ANSI S1.4: Standard for Sound Level Meters
AI
, L
Aieq
+ Thời gian đo: 10 giây, 1, 5, 10, 15, 30 phút, 1, 8, 24 giờ hoặc chỉnh bằng tay (tối đa
200 giờ).
+ Thang đo (weighting): A; C; Z; Flat
Vd1: A: 30 - 80dB; C : 50-100dB; Flat: 80-130dB;
Vd2: (A): 28 - 30dB, (C): 36 - 130dB, (Z): 40 - 130dB, (Cpeak): 55 - 141dB,
(Zflatpeak): 60 - 141dB
+ Thang tần số đo: Thang tần số rộng: 10Hz - 20kHz
- Hiệu chỉnh mức A, B, C, D:
Mục đích của máy đo âm thanh là phản ánh đúng cảm giác của tai người. Tuy
nhiên máy (microphon) nhạy cảm với mọi tần số âm thanh, còn tai người cảm thụ bằng
chức năng sinh lý (Fon), phụ thuộc rất nhiều vào tần số âm. Do đó cần phải đưa vào
máy các mạch hiệu chỉnh tương ứng với đường đồng mức to gần mức khảo sát nhất.
Để đơn giản hóa, người ta chia các đường đồng mức to thành ba vùng và xác
định một đường trung bình cho mỗi vùng đó (ở tần số 1000Hz).
- Vùng A: các đường đồng mức to từ 0 đến 40dB
- Vùng B: từ 40 đến 70 dB
- Vùng C: trên 70dB
Như vậy, ta có các mạch hiệu chỉnh A, B, và C tương ứng kết quả đo mức âm được
biểu diễn dB A, dB B và dB C.
Sau này lại được bổ sung thêm D để xác định âm có tần số cao như máy bay.
Vì vậy, để đo âm chính xác thì phải điều hiệu chỉnh A, B, C, D cho tương ứng
với âm thanh thực tế như trên. Tuy nhiên, cách đo như vậy quá nhiều phức tạp và
nhiều khi không thể thực hiện được. Vì vậy, hiện nay các phép đo, đánh giá trên thế
giới và Việt Nam, người ta quy định sử dụng mạch hiệu chỉnh A (dBA) để đánh giá tất
cả âm thanh. Mức A cũng phù hợp trong việc đánh giá tổn thương thính giác do tiếng
ồn gây ra.
10
(18 giờ) bằng 68 dBA là tiêu chuẩn đủ điều kiện để cách
âm. Ở HongKong, sử dụng tiêu chuẩn: L
10
(1giờ) 70 dBA vào giờ cao điểm.
Hình1.6: Biểu đồ xác suất phân bố mức ồn
Ðể đạt được độ chính xác cần thiết khi sử dụng phương pháp thống kê xác suất
để đánh giá tiếng ồn giao thông, cần chú ý [1]:
- Ðo vào giờ cao điểm
- Thời gian đo là 10 phút khi cường độ dòng xe là 1000 - 3000 xe/h, 20 phút khi cường
độ là 500 - 1000 xe/h, và 30 phút khi ít hơn 500 xe/h. Trường hợp chưa rõ cường độ
dòng xe cần phải đo 20 - 30 phút
Ở Việt nam chưa có tiêu chuẩn đánh giá tiếng ồn giao thông. Theo (Phạm Ðức
Nguyên, 2000) đề nghị sử dụng mức ồn tương đương trung bình trong thời gian từ 8 -
20h, đo cách trục đường 7,5 m làm trị số mức ồn tính toán (Kí hiệu LAtd).
Mức ồn tương đương (Latd) thường thấp hơn mức L
10
khoảng 1 - 2 dBA khi
cường độ dòng xe là 500 - 3000 xe/h.
Bảng 1.4: Mức ồn tương đương tính toán mỗi giờ của dòng xe có 20% xe tải và xe
khách nặng, vận tốc 40 km/h [5]
Khi tính toán, các giá trị trong bảng 1.4 được hiệu chỉnh theo các trường hợp
thực tế sau:
- Theo số lượng xe tải và xe khách nặng: tăng, giảm 13%
Hiệu chỉnh
dBA1
±
- L
x%,t
là mức ồn vượt quá x% thời gian t (dBA).
- L
Max
là mức ồn tối đa cao nhất trong thời gian đo (dBA).
- L
peak
là mức ồn đỉnh tuyệt đối.
- L
EX,8h
/L
Aeq,8h
/L
EP,d
là mức ồn phơi nhiễm hằng ngày (daily noise exposure level), liên
tục trong 8 h.
- L
EX,w
(weekly noise exposure level) là mức ồn phơi nhiễm trong 1 tuần (>1 ngày, đến
5 ngày; với tiêu chuẩn 40 tiếng).
Công thức xác định mức ồn:
∑
=
=
n
n
i
TT
1
−
n
s
n
s
tCL
n
∑
=
−
−
=
n
mTAeq
LL
n
s
i
11
2
,
)(
1
1
CLLLCL
CLLLCL
TAeq
TAeq
Aeq,T
(Lower Confidence Limit);
UCL: là giới hạn trên của L
Aeq,T
(Upper Confidence Limiet)
Theo TCVN 3985 : 1999, tiêu chuẩn về mức ồn tại nơi làm việc:
- L
Aeq,T
có thể được tính theo 2 cách:
+ Đặt máy ở chế độ (mode), đo liên tục trong 8h:
∑
=
iA
L
iTAeq
t
T
L
1,0
,
10
1
lg10
+ Đo rời rạc trong những khoảng thời gian nhất định:
iAeq
là mức âm hiệu chỉnh, cho ở bảng sau:
- Tại mọi vị trí làm việc suốt ca, Leq không quá 85dB, cực đại không quá 115dBA
- Nếu tổng thời gian tiếp xúc không quá 8h thì: 4h – 90dBA; 2h – 95dBA; 1h –
100dBA; 30ph – 105dBA; 15ph – 110dBA.
- Cách đo: cách người công nhân 0,5m, ngang tầm tai và hướng micro về nguồn ồn
Ví dụ tính toán:
Ví dụ 1: Một người công nhân thứ 1 phơi nhiễm 4h/ngày; 5 ngày/tuần, mức ồn L
Aeq,T
là 95dB (A). Người công nhân thứ 2 phơi nhiễm 10h/ngày; 3 ngày/tuần, L
Aeq,T
=
95dB(A),
Ví dụ 2: Mức áp suất âm tương đương đo tại nơi làm việc như sau:
Copyright: Tài liệu đại học ©