Vật liệu xốp hút được âm thanh vì bên trong có vô số lỗ rỗng nhỏ thông nhau. Khi sóng âm đi vào, không khí phải chen qua các khe hẹp giữa sợi hoặc giữa vách ô, ma sát nhớt và trao đổi nhiệt biến một phần năng lượng âm thành một lượng nhiệt rất nhỏ. Phần âm dội ngược lại phòng ít đi. Vật liệu xốp hút tốt tiếng trung và tiếng cao; muốn hút tiếng trầm cần lớp dày hơn hoặc có khoảng không phía sau.
Âm thanh là chuyển động của không khí
Âm thanh trong không khí là những dao động rất nhỏ của các phần tử khí, dồn lại rồi giãn ra, lan đi với tốc độ khoảng 343 m/s ở nhiệt độ phòng. Khi chạm vào một mặt cứng như tường trát, kính, gạch men, gần như toàn bộ năng lượng dội lại. Phòng toàn mặt cứng giống như một chiếc hộp gương với âm thanh: tiếng dội qua dội lại nhiều lần trước khi tắt, tạo ra tiếng vang.
Muốn phòng bớt vang, phải có chỗ "giữ lại" năng lượng âm. Vật liệu xốp làm việc đó bằng cách cho không khí đi vào, rồi làm khó nó.
Bên trong một tấm bông: điều gì xảy ra với sóng âm
Ma sát nhớt
Không khí có độ nhớt, dù rất nhỏ. Khi dao động trong những khe hẹp cỡ vài chục micromet giữa các sợi bông, lớp khí sát bề mặt sợi bị kìm lại, lớp khí ở giữa khe vẫn chuyển động. Sự trượt giữa các lớp khí sinh ra ma sát, biến năng lượng dao động thành nhiệt.
Trao đổi nhiệt
Khi không khí bị nén, nó nóng lên rất nhẹ; khi giãn, nó nguội đi. Trong khoảng không rộng, quá trình này gần như không mất mát. Trong khe hẹp sát sợi vật liệu, nhiệt kịp truyền sang sợi rồi mất đi, làm tiêu hao thêm một phần năng lượng âm.
Rung của khung sợi
Ở một số vật liệu mềm, bản thân khung sợi hoặc khung xốp cũng rung theo và có ma sát nội. Đóng góp này nhỏ hơn hai cơ chế trên với đa số vật liệu tiêu âm thông dụng.
Lượng nhiệt sinh ra cực nhỏ, không ai cảm nhận được. Nhưng với âm thanh, chỉ cần mỗi lần dội mất đi một phần lớn năng lượng là phòng đã yên hơn rõ rệt.
Ba điều kiện để vật liệu xốp hút âm tốt
1. Lỗ phải thông nhau và thông ra bề mặt
Đây là điều kiện quan trọng nhất. Bông khoáng, bông thuỷ tinh, nỉ, sợi polyester, mút polyurethane loại hở ô, mút melamine là vật liệu có lỗ thông nhau. Ngược lại, xốp EPS (xốp trắng hạt), xốp XPS, mút cao su kín ô có rất nhiều lỗ nhưng mỗi lỗ là một bong bóng khí kín, không khí không đi vào được. Những vật liệu này cách nhiệt tốt nhưng hút âm kém.
Thử đơn giản: áp miệng vào vật liệu và thổi. Nếu hơi đi xuyên qua dễ dàng hoặc có cản vừa phải, đó là vật liệu có lỗ thông nhau. Nếu hơi bị chặn hoàn toàn như thổi vào mặt nhựa, đó là vật liệu kín ô.
2. Độ cản dòng khí vừa phải
Kỹ thuật âm học gọi đại lượng này là trở kháng dòng chảy (airflow resistivity): mức vật liệu cản không khí đi qua. Quá thưa, như một lớp lưới, không khí đi qua dễ dàng mà không mất mấy năng lượng. Quá đặc, như tấm gỗ ép, âm không vào được và dội lại. Vật liệu tiêu âm tốt nằm ở khoảng giữa. Đó là lý do bông khoáng dùng cho tiêu âm có khối lượng riêng nằm trong một dải nhất định, không phải càng nặng càng tốt.
3. Đủ dày so với bước sóng
Ma sát chỉ xảy ra khi không khí chuyển động. Sát một bức tường cứng, không khí gần như đứng yên vì không thể đi xuyên tường; càng ra xa tường, biên độ chuyển động càng lớn, đạt cực đại ở khoảng cách bằng một phần tư bước sóng. Vì vậy:
- Ở 1.000 Hz, bước sóng khoảng 34 cm, một phần tư là khoảng 8–9 cm.
- Ở 250 Hz, bước sóng khoảng 1,4 m, một phần tư là khoảng 34 cm.
- Ở 100 Hz, bước sóng khoảng 3,4 m, một phần tư là khoảng 86 cm.
Một tấm bông dày 2–3 cm dán sát tường nằm trong vùng không khí gần như đứng yên với tiếng trầm, nên chỉ hút tốt tiếng cao. Tăng độ dày, hoặc đặt tấm cách tường một khoảng không khí, giúp hút xuống tới tiếng trung và trầm hơn. Đây là lý do trần tiêu âm treo cách sàn bê tông một khoảng hút tốt hơn tấm cùng loại dán sát.
Bảng: độ dày và dải tần hút hiệu quả
Bảng dưới mô tả xu hướng chung theo nguyên lý trên, với vật liệu xốp sợi có trở kháng dòng chảy phù hợp, dán sát mặt cứng. Số cụ thể của từng sản phẩm cần xem phiếu thử nghiệm.
| Độ dày (dán sát tường) | Hút tốt từ khoảng | Tiếng trầm như bass, máy ù |
|---|---|---|
| Khoảng 1–2,5 cm | Tiếng cao, từ vài nghìn hertz | Gần như không |
| Khoảng 5 cm | Tiếng trung đến cao | Rất ít |
| Khoảng 10 cm | Tiếng trung, một phần trung trầm | Một phần |
| 5 cm đặt cách tường khoảng 5–10 cm không khí | Tương đương hoặc gần lớp dày hơn | Cải thiện so với dán sát |
Những thứ làm hỏng khả năng hút âm
- Sơn kín bề mặt. Một lớp sơn bịt các lỗ bề mặt biến tấm tiêu âm thành một tấm phản xạ. Một số tấm tiêu âm có lớp sơn chuyên dụng mỏng giữ lỗ thoáng; tự sơn lại bằng sơn tường thông thường là làm hỏng.
- Bọc bằng màng kín. Bọc bông bằng nilon kín, vải tráng nhựa, da nhân tạo thì âm khó vào. Vải bọc tấm tiêu âm phải thoáng khí: áp miệng thổi qua được.
- Ép quá chặt. Nhồi bông vào khung cho thật chặt làm tăng trở kháng dòng chảy quá mức.
- Bụi bẩn, ẩm. Bụi bám dày bít lỗ bề mặt; ẩm làm một số vật liệu xẹp, mốc.
Hút âm không phải là cách âm
Nhắc lại một điểm mà danh mục này sẽ nói nhiều lần: vật liệu xốp nhẹ và đầy lỗ thông, nghĩa là không khí đi xuyên qua nó được. Vì vậy, đứng riêng, nó không chặn được tiếng giữa hai phòng. Một tấm bông 5 cm có thể hút phần lớn âm thanh chạm vào bề mặt, nhưng phần âm đi xuyên qua tấm bông vẫn đến bức tường phía sau và làm tường rung như cũ. Vật liệu xốp chỉ góp phần cách âm khi nằm trong lòng một kết cấu hai lớp nặng, như lõi bông trong vách thạch cao.
Họ hàng của vật liệu xốp: hộp cộng hưởng và tấm rung
Ngoài vật liệu xốp, âm học còn có hai cách hút âm khác, thường dùng cho tiếng trầm:
- Bộ cộng hưởng Helmholtz: một khoang khí thông ra ngoài qua cổ hẹp, như miệng chai. Không khí trong cổ dao động mạnh ở một tần số nhất định và mất năng lượng. Tấm đục lỗ, tấm khe rãnh đặt trên khoảng không là dạng mở rộng của nguyên lý này.
- Tấm rung (panel absorber): tấm mỏng như ván gỗ đặt trên khung kín có khoảng không phía sau, rung ở tần số thấp và hút năng lượng tiếng trầm.
Hai loại này thường kết hợp với vật liệu xốp trong khoang để mở rộng dải tần. Bài về gỗ tiêu âm khe rãnh, tấm đục lỗ trong danh mục này nói kỹ hơn.
Góc nhìn hôm nay: chọn vật liệu theo việc cần làm
Muốn phòng khách bớt vang tiếng nói: tấm sợi, bông có bọc dày vài centimet, rèm dày, thảm là đủ. Muốn xử lý tiếng ù trầm trong phòng nghe nhạc: cần lớp dày, khoảng không phía sau hoặc bẫy trầm chuyên dụng, nên hỏi người có chuyên môn. Muốn chặn tiếng nhà bên: vật liệu xốp không phải câu trả lời, cần cách âm. Dù chọn loại nào, nhớ hai điều an toàn: ưu tiên vật liệu có phân hạng chống cháy, và với bông khoáng, bông thuỷ tinh thì đeo găng tay, khẩu trang, kính khi thi công, bọc kín để sợi không bay vào phòng. Muốn tìm hiểu bài bản, phần "vật liệu và kết cấu hút âm" trong giáo trình âm học kiến trúc và tiêu chuẩn ISO 354 (đo hệ số hút âm trong phòng vang) là nơi bắt đầu.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao vật liệu xốp hút được âm thanh?
Vì bên trong có nhiều lỗ rỗng thông nhau. Không khí dao động phải chen qua các khe hẹp, ma sát nhớt và trao đổi nhiệt biến một phần năng lượng âm thành nhiệt, nên âm dội lại phòng ít đi.
Xốp trắng EPS có tiêu âm được không?
Rất kém. Xốp EPS gồm các hạt có bọt khí kín, không khí không đi vào được, nên âm thanh phần lớn dội lại. Nó là vật liệu cách nhiệt, không phải vật liệu tiêu âm, lại dễ cháy.
Tấm tiêu âm mỏng có hút được tiếng bass không?
Hầu như không. Tiếng trầm có bước sóng dài, sát tường không khí gần như không chuyển động nên tấm mỏng không có gì để hút. Cần lớp dày hơn, đặt cách tường một khoảng, hoặc dùng bẫy trầm chuyên dụng.
Sơn lên tấm tiêu âm có sao không?
Sơn thông thường bịt kín lỗ bề mặt, làm tấm mất phần lớn khả năng hút âm. Nếu cần đổi màu, hãy hỏi nhà sản xuất loại sơn chuyên dụng hoặc bọc lại bằng vải thoáng khí.
Làm sao biết vải bọc tấm tiêu âm có phù hợp không?
Áp miệng vào vải và thổi. Nếu hơi đi qua dễ dàng, vải đủ thoáng cho âm thanh vào lớp vật liệu bên dưới. Vải tráng nhựa, da nhân tạo, vải dệt quá dày kín sẽ làm giảm hiệu quả.
