Chiều cao rào chắn tiếng ồn nên là bao nhiêu?

Chiều cao rào chắn là thông số đầu tiên mà nhiều dự án muốn xác định rõ nhất, đồng thời cũng là thông số thường được phỏng đoán. Việc giả định rằng một rào chắn cao hơn cản âm luôn hoạt động tốt hơn trong mọi tình huống là điều rất hấp dẫn. Trên thực tế, chiều cao phải phối hợp cùng vị trí đặt rào chắn, khoảng cách tới điểm nhận âm và tần số của tiếng ồn; hơn nữa, sau một ngưỡng nhất định, mỗi mét tăng thêm chỉ mang lại hiệu quả rất nhỏ. Hướng dẫn này trình bày cách xác định chiều cao thực tế của rào chắn.

Câu trả lời ngắn gọn về chiều cao rào chắn tiếng ồn

Acản âm phải đủ cao để chặn đường truyền trực tiếp giữa nguồn gây tiếng ồn và điểm nhận, cộng thêm một khoảng dự phòng cho các tần số và chiều cao của điểm nhận có ảnh hưởng. Đối với nhiều dự án đường bộ và đường sắt, chiều cao này thường nằm trong khoảng từ 2 m đến 4 m so với mặt phẳng giao thông gần nhất; còn tại các khu công nghiệp và khu nhà nhiều tầng thì chiều cao thường cao hơn. Giá trị chính xác được xác định thông qua phép tính thiết kế rào chắn tiếng ồn, chứ không tra từ bảng.

Hai nguyên tắc kinh nghiệm sau đây nên được áp dụng trong phép tính đó:

• Nếu rào chắn không chặn được đường truyền trực tiếp, về mặt âm học nó chỉ là một hàng rào thông thường và hiệu quả cản âm sẽ khiêm tốn.
• Khi đường truyền trực tiếp đã bị chặn, việc tăng thêm chiều cao vẫn mang lại lợi ích — nhưng mức độ cải thiện sẽ giảm dần.

Cơ chế giảm tiếng ồn của rào chắn: Nhiễu xạ

Âm thanh không chỉ lan truyền theo đường thẳng. Khi một sóng gặp mép trên của cản âm , một phần năng lượng sẽ uốn cong vượt qua mép đó và tiếp tục lan xuống phía sau khu vực rào chắn. Hiện tượng uốn cong này gọi là nhiễu xạ, và đây chính là cơ chế làm cho rào chắn phát huy tác dụng.

Hiện tượng nhiễu xạ phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa đường truyền trực tiếp từ nguồn đến máy thu và đường truyền đi qua đỉnh rào cản. Một rào cản cao hơn sẽ làm tăng chênh lệch đường đi đó, và chênh lệch đường đi lớn hơn đồng nghĩa với mức suy giảm mạnh hơn. Vì chênh lệch đường đi được đo tương ứng với bước sóng của âm thanh, nên cùng một cản âm chiều cao sẽ phát huy hiệu quả khác nhau ở tần số thấp và tần số cao: các tần số cao bị suy giảm dễ dàng hơn, trong khi các nốt bass thấp uốn cong dễ dàng hơn khi đi qua đỉnh rào cản và là phần khó kiểm soát nhất của tiếng ồn giao thông cũng như tiếng ồn từ nhà máy.

Quy tắc Đường ngắm của Rào cản Chống ồn

Các hướng dẫn thiết kế trong các tài liệu tham khảo chuẩn về âm học bắt đầu từ đường ngắm. Một rào cản chỉ vừa đủ để cắt đứt đường ngắm trực tiếp giữa nguồn phát âm lớn nhất và máy thu thường được ghi nhận mang lại khoảng 5 dB tổn thất chèn. Để đạt mức khoảng 10 dB, rào cản thường phải vươn cao rõ rệt so với đường ngắm đó, sao cho máy thu nằm sâu bên trong vùng bóng âm học.

Đây là lý do hai yếu tố đầu vào chi phối thiết kế rào chắn tiếng ồn là:

• Chiều cao nguồn. Các ống xả, thiết bị trên mái, cửa chớp và quạt tháp giải nhiệt đặt ở vị trí cao; do đó, rào chắn được tính toán cho tiếng ồn bánh xe ở độ cao 0,3 m sẽ quá thấp để che chắn hiệu quả cho quạt đặt ở độ cao 6 m.
• Chiều cao điểm nhận. Rào chắn được thiết kế cho nhà một tầng có thể hoàn toàn không hiệu quả đối với cửa sổ tầng một nằm phía sau nó. Khi điểm nhận được nâng cao, chiều cao rào chắn cũng phải tăng theo.

Tại sao vị trí rào chắn tiếng ồn quan trọng hơn chiều cao

Di chuyển một cản âm đặt rào chắn gần nguồn hoặc gần điểm nhận thường mang lại hiệu quả cao hơn việc tăng thêm một mét chiều cao, đồng thời chi phí cũng thấp hơn.

• Gần nguồn rào chắn cắt ngang phần lớn trường âm thanh phân kỳ trước khi âm thanh lan tỏa.
• Gần điểm nhận vùng bóng râm nhỏ hơn, nên một rào cản ngắn hơn vẫn có thể che phủ các cửa sổ quan trọng.
• Trên các mái dốc độ dốc hiện hữu có thể được sử dụng như chiều cao miễn phí, miễn là đường rào cản ổn định và việc tiếp cận là chấp nhận được.

Một kiểm tra hữu ích: nếu một cản âm tại đường ranh giới bất động sản cần 5 m, hãy hỏi xem cùng một đường rào cản tại lề đường có hoạt động hiệu quả ở độ cao 3 m hay không. Trên các hành lang dài, câu trả lời thường là có.

Chiều cao điển hình của rào cản tiếng ồn theo ứng dụng

• Đường địa phương và mặt tiền khu dân cư: 2 m đến 3 m, thường kết hợp với thiết kế hàng rào cách âm khi không gian hạn chế.
• Đường cao tốc và xa lộ: 3 m đến 4 m cho phần chính, với những chỗ tăng cục bộ đối diện cửa sổ tầng trên và nơi tuyến đường mở rộng ra.
• Đường sắt: từ 2 m đến 4 m, với chiều cao tuân theo các yêu cầu về tiếp cận dọc theo đường ray và khoảng cách bảo trì.
• Nhà máy công nghiệp: từ 3 m đến 6 m, do chiều cao thiết bị quyết định hơn là giao thông, và thường yêu cầu mặt hấp thụ để kiểm soát phản xạ giữa các tòa nhà.
• Tháp giải nhiệt và phòng máy: chiều cao tuân theo mức quạt hoặc cửa chớp, và có thể vượt quá 6 m.

Khi một đoạn tường cần thay đổi chiều cao, sự thay đổi này nên được thực hiện từng bậc thay vì dốc nghiêng, và phần cao hơn phải kéo dài đủ xa vượt qua vị trí người nhận để tránh âm thanh lan vòng qua đầu tường.

Hiệu quả giảm dần

Mối quan hệ giữa chiều cao và hiệu suất không tuyến tính, và đây là một thông tin hữu ích trong các cuộc thảo luận về ngân sách. Vài mét đầu tiên—những mét phá vỡ tầm nhìn trực tiếp—mang lại lợi ích lớn nhất. Mỗi mét bổ sung phía trên đường tầm nhìn này mang lại ít lợi ích hơn mét trước đó, bởi vì độ chênh lệch đường truyền tăng chậm hơn và do âm tần số thấp ngày càng dễ nhiễu xạ qua đỉnh tường bất kể chiều cao.

Hệ quả thực tiễn là một bức tường rất cao cản âm hiếm khi là giải pháp hiệu quả cho vấn đề tiếng ồn dai dẳng. Khi tăng chiều cao không còn mang lại mức giảm âm hữu ích, thường sẽ có những lựa chọn tốt hơn: phần đỉnh hấp thụ âm, thay đổi hướng bố trí, lắp thêm một rào cản thứ hai gần nguồn phát hơn hoặc xử lý ngay tại nguồn.

Chiều dài, khe hở và truyền âm vòng quanh

Chiều cao chỉ phát huy tác dụng nếu rào cản tiếng ồn đủ dài. Âm thanh lan truyền vòng quanh hai đầu của một bức tường ngắn như thể tường không tồn tại, do đó một rào cản cao 5 m trên mặt bằng rộng 20 m hoạt động kém hiệu quả hơn một rào cản cao 3 m trên mặt bằng rộng 100 m. Các hướng dẫn thường khuyến nghị kéo dài rào cản một khoảng cách tương đương khoảng bốn lần chiều cao của nó về mỗi phía so với vị trí người nhận cuối cùng, tùy theo điều kiện thực địa.

Một khe hở duy nhất không được bịt kín cũng làm mất hiệu lực của chiều cao rất nhanh: một cổng mở, một tấm panel bị thiếu hoặc một lỗ xuyên dịch vụ không được bịt kín có thể truyền nhiều tiếng ồn hơn mức mà tường loại bỏ được. Đối với cản âm một rào cản tiếng ồn, độ kín khí tại các mối nối tấm có tầm quan trọng ngang bằng với chiều cao tấm.

Tải gió, nền móng và chi phí

Chiều cao là một quyết định mang tính cấu trúc cũng như âm học. Tải trọng gió tác động lên diện tích bề mặt tiếp xúc của cản âm , và tải trọng này tăng theo chiều cao — gần như tỷ lệ thuận với diện tích, cộng thêm hiệu ứng do tốc độ gió tăng theo chiều cao gần mặt đất.

• Các tiết diện cột và tấm chắn phải tăng theo chiều cao, hoặc khoảng cách giữa các cột phải thu ngắn lại.
• Nền tảng tăng nhanh hơn so với rào chắn, bởi vì mô-men lật phụ thuộc vào chiều cao tính từ chân đế.
• Việc tiếp cận và bảo trì trở nên khó khăn hơn khi tường tăng chiều cao, vì vậy các rào chắn rất cao thường được chia thành nhiều đoạn bậc thang.

Do đó, thiết kế hiệu quả nhất là rào chắn ngắn nhất có thể đạt được mức giảm tiếng ồn yêu cầu với biên an toàn đầy đủ — chứ không phải rào chắn cao nhất sẵn có.

Các câu hỏi thường gặp

Rào chắn chống ồn nên cao bao nhiêu để đạt hiệu quả?

Đủ cao để cản trở đường ngắm giữa nguồn phát chính và điểm nhận, cộng thêm một khoảng dự phòng sao cho điểm nhận nằm sâu trong vùng bóng âm. Đối với các dự án đường bộ và đường sắt, chiều cao này thường dao động từ 2 m đến 4 m so với mặt đường; còn tại các khu công nghiệp thì chiều cao được xác định dựa trên độ cao của thiết bị.

Việc nhân đôi chiều cao có làm tăng gấp đôi mức giảm tiếng ồn không?

Không. Mức tổn thất chèn (insertion loss) tăng chậm hơn nhiều so với chiều cao, bởi vì nó phụ thuộc vào sự chênh lệch đường đi qua mép trên cùng chứ không phụ thuộc trực tiếp vào chiều cao. Vài mét đầu tiên phá vỡ đường ngắm mang lại hiệu quả lớn nhất, và mỗi mét bổ sung tiếp theo đều mang lại lợi ích nhỏ hơn mét trước đó.

Một bức tường chắn tiếng ồn cao 2 m có bao giờ đủ không?

Có, trong một số trường hợp cụ thể: điểm nhận chỉ gồm một tầng và nằm gần nguồn phát thấp, đường giao thông ít ồn với mục tiêu thiết kế mức ồn thấp, hoặc khi bức tường có thể đặt sát điểm nhận sao cho một bức tường ngắn vẫn che phủ được các cửa sổ bị ảnh hưởng. Tuy nhiên, chiều cao này là không đủ nếu điểm nhận nằm ở tầng một trở lên.

Ngoài chiều cao, còn yếu tố nào khác quan trọng?

Chiều dài rào chắn, vị trí tương đối của rào chắn so với nguồn và điểm nhận, độ kín khí của tấm panel, sự hiện diện của các bề mặt hấp thụ âm nơi mà phản xạ âm thường xảy ra, và thành phần tần số của tiếng ồn. Một rào chắn ngắn nhưng cao có cổng không được bịt kín sẽ thường hoạt động kém hơn một rào chắn dài hơn nhưng thấp hơn và được bịt kín đúng cách.

Bước tiếp theo

Hãy gửi cho chúng tôi bố trí mặt bằng công trình, chiều cao của nguồn và điểm nhận, cùng mức giảm tiếng ồn mục tiêu của quý khách. Chúng tôi sẽ đề xuất một cản âm chiều cao kèm theo loại panel, khoảng cách giữa các cột đỡ và cấp nền phù hợp, đồng thời xác nhận chiều dài và độ dốc cần thiết nhằm tránh hiện tượng truyền âm vòng ngoài. Bắt đầu từ dải cản âm giá trị này, hoặc đọc ghi chú đi kèm về mức giảm bao nhiêu decibel của rào chắn tiếng ồn đường cao tốc để biết các con số hiệu suất dự kiến.