Để hiểu các vật liệu cách âm và cách chúng hoạt động, điều quan trọng cần được hiểu đó là Âm thanh chính là một dạng năng lượng. Âm thanh truyền đi từ một nguồn và trong khoảng cách mà nó truyền đi, nó gây ra rung động bất cứ khi nào nó chạm vào không khí và bất kỳ vật thể nào trên đường đi của nó. Những sóng âm thanh này sau đó sẽ đến tai người nhận và kích thích não bộ. Khi cường độ âm thanh lớn hơn mức mong muốn, nó sẽ gây ra rắc rối hoặc phiền toái cho các không gian sử dụng, cụ thể từ nhà ở, văn phòng đến những không gian thương mại khác như khán phòng, sảnh rạp chiếu phim, trường quay, trung tâm giải trí, phòng giải trí, phòng đọc sách trường học.... Do đó, điều quan trọng là làm cho khu vực hoặc căn phòng đó được cách âm bằng cách sử dụng một vật liệu thích hợp được gọi là 'Vật liệu cách âm'. Vật liệu cách âm có tác dụng làm giảm áp suất âm thanh tạo ra từ nguồn phát đến bộ phận tiếp nhận âm thanh đó (tai người nghe).
Vật liệu cách âm đóng một vai trò quan trọng trong các lĩnh vực xây dựng kiến trúc và nội thất khác nhau. Trong phòng thu, phòng học, phòng đọc sách, rạp chiếu phim, người ta cần phải tập trung hơn để lắng nghe. Do đó, việc xử lý âm học được cung cấp để kiểm soát âm thanh bên ngoài cũng như bên trong các tòa nhà hay phòng ốc khác nhau cho đến khi âm thanh đó có thể nghe được mà không có bất kỳ phiền toái nào hay sự gây nhiễu nào.
Để có thể đo lường và phân biệt hiệu quả mức độ âm lớn hay nhỏ trong các khu vực, người ta quy định đơn vị Cường độ âm thanh là decibel - đọc là : đề-xi-ben (viết tắt : db). Các khái niệm khác trong âm thường xuyên được nhắc đến là Dội âm (reflection), Hấp thu âm (absorption) và Khuyếch tán âm (diffusion)
A. TIÊU ÂM LÀ GÌ? SỰ KHÁC BIỆT GIỮA CÁCH ÂM và TIÊU ÂM
Trước hết, chúng ta nói qua về sự khác biệt rất thường xuyên bị lầm lẫn giữa vấn đề Cách âm và Tiêu âm trong thiết kế nội thất. Người ta thường hay đồng nhất hai khái niệm này nhưng các nhà nghiên cứu khẳng định: thực tế, Tiêu âm và Cách âm không phải là một.
Tiêu âm chỉ là một trong nhiều yếu tố của cách âm, hay có thể nói Tiêu âm là một trong nhiều Nguyên tắc cách âm khác mà chúng ta sẽ được biết ở chủ đề bên dưới. Tiêu âm được sử dụng theo hai cách:
- Thứ nhất, tiêu âm là một phần của hệ thống cách âm, theo cách một vật liệu được thêm vào trong một cấu trúc xây dựng. Ví như giữa các khoảng trống (được tạo ra) trong các bức tường (hay trần) thạch cao có thể làm dội lại âm thanh mạnh mẽ; Làm tăng thêm khả năng hấp thụ âm thanh giữa khoảng trống có thể ngăn chặn điều này.
- Thứ hai, khi vật liệu hấp thụ âm thanh (vật liệu tiêu âm) được thêm vào bề mặt của tường hoặc trần nhà, nó sẽ hấp thụ sóng âm thanh, giảm sự cộng hưởng và đồng thời tái tạo âm thanh trở lại phòng.
Ví dụ: Một nhà hàng luôn có không khí ồn ào với phần thiết kế mặt phẳng ở các bề mặt sàn, tường, trần đều là các vật liệu cứng, điển hình của dạng thiết kế chịu ảnh hưởng công nghiệp của các quán ăn thời thượng,..chúng có thể tạo ra một loạt âm thanh từ dao kéo va vào nhau và thực khách nói chuyện phiếm. Tiếng ồn này có thể được làm dịu bằng các tấm vật liệu tiêu âm giúp cân bằng âm thanh bên trong căn phòng được hiệu quả hơn.
Cách làm về việc cải thiện âm thanh của một căn phòng như thế được gọi là hiệu chuẩn âm thanh. Tóm lại, Hấp thụ âm thanh đề cập đến sự mất năng lượng âm thanh khi sóng âm chạm vào sàn, tường hay trần nhà. Một phần năng lượng hấp thụ được chuyển hóa thành nhiệt và một phần truyền qua mặt phẳng hấp thụ (sàn, tường, trần). Năng lượng chuyển hóa thành nhiệt được cho là đã 'mất đi'. Nói một cách dễ hiểu khác, khi có âm thanh từ loa phát ra va chạm vào các bức tường, một phầnnăng lượng của âm thanh sẽ bị phản xạ, một phần được truyền đi và một phần bị hấp thụ vào các bức tường đó. Các vật liệu có tính hấp thụ thường được sử dụng nhằm giảm lượng dội âm, cũng như có tác động đến việc cách âm thanh của một căn phòng. Thời gian âm vang là một yếu tố quan trọng, vì thời lượng âm thanh lâu hơn sẽ làm cho âm thanh trong phòng trở nên ồn ào, khiến giọng nói như bị bóp nghẹt nhiều hơn. Các không gian được thiết kế cho việc phát biểu (như hội trường, phòng hội nghị,...) thường được hưởng lợi từ thời gian âm vang ngắn hơn, dưới một giây. Với các hội trường âm nhạc, sân khấu, thời gian âm vang sẽ có thể lâu hơn để tăng thêm tính năng động âm học cho không gian đó.
So với tiêu âm, Cách âm là một kỹ thuật được sử dụng để hạn chế âm thanh truyền giữa các không gian riêng biệt qua tường, trần và sàn. Sự hấp thụ âm thanh xảy ra bằng cách chuyển đổi một phần năng lượng thành nhiệt, thay vì truyền nó. Điều này khiến cho chúng ta có thể sử dụng kết hợp tiêu âm với cách âm để tối đa hóa sự cân bằng âm, tạo cơ hội giảm thiểu và ngăn ngừa các vấn đề về âm thanh xảy ra trong sử dụng.
B. TÌM HIỂU 5 NGUYÊN TẮC CHÍNH CỦA CÁCH ÂM
Như đã nói, cách ly âm thanh là các biện pháp ngăn chặn hoặc cách ly âm thanh được truyền vào hoặc truyền ra khỏi phòng. Có 5 nguyên tắc chính của việc cách âm như sau:
1. SỰ LÀM CONG LỆCH ĐƯỜNG ĐI CỦA ÂM
Từ quốc tế gọi là Deflection - Độ lệch của âm thanh, đạt được bằng cách thêm khối lượng và mật độ vào bất kỳ cấu trúc vật liệu nào của tường, sàn hoặc trần nhà. Tất cả các vật liệu rắn có độ đặc và nặng đều có thể giúp chặn âm thanh. Vậy nên bằng cách gia tăng khối lượng và mật độ dày đặc của vật liệu giữa nguồn phát âm thanh và điểm nhận, ta sẽ tạo ra khối lượng bổ sung mà sóng âm thanh sẽ phải đi qua, làm như vậy sẽ làm giảm năng lượng của nó.
Ví dụ, khối lượng và mật độ xây dựng của tường có thể tăng lên bằng bê tông hoặc tăng độ dày của các tấm vật liệu hoàn thiện như plywood, tấm OSB, vách thạch cao hoặc tấm thạch cao.
Sự làm cong lệch đường đi của âm thanh theo khối lượng và mật độ vật liệu được chứng minh là có hiệu quả hơn với các âm thanh trong không khí như giọng nói hoặc âm nhạc, nhưng không hiệu quả nhiều với tiếng ồn va chạm như tiếng đá chân, thường liên quan đến sức mạnh, áp lực mạnh hơn và do đó tạo nên rung động mạnh. Khi sóng âm tấn công vào mặt phẳng được làm từ vật liệu nặng và dày đặc, sự rung động sẽ xảy ra và sẽ truyền năng lượng từ bên này sang bên kia thông qua độ cứng của chính vật liệu. Đây là nguyên lý của âm thanh truyền nhiễu tạt sườn (flanking transmission noise) - một vấn đề phổ biến đối với tất cả các dạng kết cấu.
2. SỰ HẤP THỤ ÂM
Trong ngôn ngữ quốc tế gọi là Absorption. Sự hấp thụ âm thường được dùng với các loại vật liệu dệt với độ dày và mật độ khác nhau để tăng hiệu ứng và thường được lắp đặt trong các khoang hở, nơi có thể chịu được độ sâu của vật liệu. Chúng không chỉ tạo ra sự hấp thụ âm thanh, một điều quan trọng khác là chúng có thể ngăn chặn khả năng cộng hưởng, dội âm hoặc khuếch đại sóng âm có thể được tạo ra bởi khoang đó khi chúng hoàn toàn trống rỗng
3. SỰ TÁCH LỚP (Decoupling)
Nguyên tắc tách lớp là giảm diện tích liên kết cơ học trực tiếp giữa lớp nền hoặc kết cấu, chẳng hạn như giữa phần tường thô và vật liệu hoàn thiện. Quá trình này là một cách làm gián đoạn các rung động âm thanh hoặc quá trình truyền âm thanh đi qua kết nối hoặc độ cứng của chính cấu trúc từ bên này sang bên kia. Điều này cũng có thể là bằng cách tách hoàn toàn cấu trúc bên trong, chẳng hạn như cái thường được gọi là "phòng trong phòng" hoặc "tế bào trong tế bào" (‘room within a room’ or a ‘cell within a cell) hoặc có thể chỉ đơn giản là tách bằng cách dùng các rãnh phản xạ hoặc đàn hồi .
Một ví dụ điển hình là việc sử dụng các giá đỡ cách âm, móc treo âm thanh hoặc các rãnh linh hoạt, sẽ giúp tách vách thạch cao khỏi phần còn lại của cấu trúc của tòa nhà. Kết quả là, cường độ của các dao động âm thanh bị giảm, do đó làm chậm quá trình truyền qua tường. Sự tách lớp để để đạt hiệu quả cách âm như thế này được thực hiện tốt nhất trong giai đoạn xây dựng của một tòa nhà.
4. SỰ CHUYỂN ĐỔI NHIỆT
Thermal Conversion là cách sử dụng loại vật liệu tương tự như tấm màng cách âm hoạt đồng bằng cách chuyển đổi năng lượng âm thanh thành nhiệt năng.
Khi sóng âm thanh tiếp xúc với màng, nó sẽ làm rung các phân tử của vật liệu, từ đó tạo ra ma sát được chuyển hóa một cách khéo léo thành dạng nhiệt năng. Khi đó, vật liệu hoạt động bằng cách chuyển đổi một năng lượng âm thanh đang có vấn đề thành một năng lượng nhiệt, cân bằng âm tốt hơn mà chỉ đơn giản là truyền qua vật liệu sang một bên để giảm sự truyền nhiễu tạt qua sườn (nguyên tắc số 1).
Trong bất kỳ dự án nào có yêu cầu cao nào về tiêu chuẩn âm thanh, đây là điều tuyệt đối bắt buộc phải thực hiện song song với các nguyên tắc khác.. Với độ dày chỉ 3mm, độ sâu của màng vật liệu này khó có thể nhận thấy trong sơ đồ kết cấu lớn của mọi thứ, nhưng những lợi ích để nâng cao hiệu suất âm thanh lại là vô cùng lớn. Các loại vật liệu chuyển đổi nhiệt này có sự cân bằng tối ưu về khối lượng và tính linh hoạt, tuy nhiên, nó không chỉ dựa vào khối lượng của nó để mang lại hiệu suất âm thanh, làm cho nó trở thành vật liệu cách âm độc đáo và riêng biệt.
5. SỰ GIẢM CHẤN ÂM
Đây là một nguyên tắc sử dụng các vật liệu cụ thể theo tỷ lệ cụ thể để giảm tần số cộng hưởng tự nhiên của kết cấu, do đó làm giảm sự truyền từ sườn của kết cấu từ bên này sang bên kia của kết cấu. Các thành phần giảm chấn có hiệu quả khi được áp dụng giữa hai mặt phẳng tấm cứng, chẳng hạn như 2 mặt vách thạch cao. Kết quả là, khi âm thanh chạm vào nó, lực cắt giữa các tấm tạo ra ma sát trong lớp giảm chấn và âm thanh chấm dứt khi nó được chuyển thành nhiệt, về bản chất là quá trình chuyển đổi nhiệt xảy ra. Giải pháp này lý tưởng cho không gian có tiếng ồn tần số thấp.
Những nguyên tắc cơ bản của cách âm nêu trên hoạt động độc lập với nhau, nhưng cũng có thể bổ sung cho nhau. Thông thường, kết hợp các phương pháp khác nhau bằng cách sử dụng hai, ba, hoặc nhiều hơn các nguyên tắc này sẽ mang lại kết quả tốt nhất cho không gian của bạn
Tham khảo thêm 21 Cách sử dụng vật liệu ảnh hưởng đến vấn đề Cách âm - Tiêu âm trong thiết kế
