Trong bài này, chúng ta sẽ cố gắng nắm vững lý thuyết sóng âm. Sóng âm là gì? Sóng âm có những đại lượng đặc trưng nào? Tất cả những câu hỏi trên sẽ được giải đáp trong bài hôm nay
I. Lý thuyết sóng âm
1. Sóng âm là gì?
Sóng âm là sự lan truyền dao động âm trong các môi trường vật chất và sóng âm là một trường hợp riêng của sóng cơ.
Sóng âm trong môi trường lỏng và khí thì là sóng dọc. Còn trong môi trường rắn, sóng âm vừa là sóng dọc, vừa là sóng ngang
2. Phân loại sóng âm
Sóng âm gồm ba loại (phân loại theo tần số)
+) Âm nghe được: Là sóng âm thỏa mãn nằm trong khoảng từ 16Hz đến 20000Hz
+) Siêu âm: Là sóng âm thỏa mãn f>20000Hz
+) Hạ âm: Là sóng âm thỏa mãn f<16Hz
Siêu âm và hạ âm là hai sóng âm mà tai người không nghe được. Nhưng có một số loài có thể nghe được siêu âm như dơi, cá heo,… còn hạ âm có thể nghe được bởi voi,…
3. Nguồn âm
Tất cả các vật phát ra dao động âm được gọi là nguồn âm
Tần số âm phát ra phải bằng tần số của nguồn âm
4. Môi trường truyền âm
Sóng cơ truyền được trong môi trường nào thì sóng âm cũng truyền được trong môi trường đó.
Vậy sóng âm truyền được trong ba môi trường: Rắn, lỏng, khí
Sóng âm không truyền được trong chân không (do trong chân không không có các phần tử vật chất
Tốc độ truyền âm trong ba môi trường: v rắn>v lỏng>v khí(Môi trường có mật độ phần tử vật chất càng lớn thì vận tốc truyền âm càng lớn)
Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào bản chất của môi trường truyền âm.
Khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số của sóng âm không thay đổi
Vật liệu cách âm: Bông, len, xốp…
II. Đặc trưng vật lý của âm
1. Tần số âm
Tần số âm phát ra bằng tần số của nguồn âm và bằng tần số của mọi điểm trên phương truyền âm
Đơn vị: Hz
*Nhắc lại một số công thức:
2. Cường độ âm
Định nghĩa về cường độ âm: Cường độ âm là năng lượng của sóng âm truyền qua một đơn vị diện tích được đặt vuông góc với phương truyền âm.
Kí hiệu: I
Đơn vị: W/m^2
Công thức về cường độ âm:
Trong đó: P: công suất của nguồn âm
R: Khoảng cách từ điểm đang xét tời nguồn âm
Mẫu số của công thức bên vế phải: Diện tích của hình cầu (Khi âm thanh phát ra thì tất cả mọi điểm bao quanh nguồn âm tạo thành bề mặt của hình cầu)
3. Mức cường độ âm
Mức cường độ âm là đại lượng dùng để so sánh cường độ âm I (cường độ âm tại 1 điểm nào đó) với cường độ âm chuẩn.
Kí hiệu: L
Đơn vị: B; dB
Công thức mức cường độ âm:
trong đó: Io=10^-12(W/m2)là cường độ âm chuẩn
Mức cường độ âm tại 2 điểm
Gọi mức cường độ âm tại A là LA, mức cường độ âm tại B là LB
III. Đặc trưng sinh lý của âm
1. Độ cao của âm
Là đặc trưng sinh lý của âm phụ thuộc vào tần số của âm
Tần số âm càng lớn => âm càng cao (âm bổng)
Tần số âm càng nhỏ => âm càng thấp (âm trầm)
2. Độ to của âm
Là đặc trưng sinh lý của âm phụ thuộc vào mức cường độ âm và tần số âm
3. Âm sắc
Đại lượng đặc trưng cho sắc thái riêng của âm giúp ta phân biệt được âm do các nguồn khác nhau phát ra
Chẳng hạn khi ta nghe hai ca sĩ khác nhau hát chung một bài hát nào đó. Khi một câu hát vang lên thì ta có thể thấy rõ sự khác nhau giữa giọng hát của hai ca sĩ.
Một ví dụ khác đó là âm sắc của đàn ghita và đàn piano khác nhau
IV. Âm cơ bản và họa âm
Khi người ta nghiên cứu về đồ thị của sóng âm trong môi trường tiêu chuẩn, thì ta thấy đồ thị của sóng âm là một đường cong
Trong thực tế, một âm khi được phát ra thì âm đó được tổng hợp từ nhiều âm có tần số khác nhau như f; 2f; 3f; 4f;…..
Âm cơ bản là âm có tần là f và biên độ lớn
Họa âm là các âm có tần số 2f; 3f; 4f; … l và có biên độ nhỏ. Và họa âm luôn đi kèm với âm cơ bản
Họa âm bậc 2: 2f
Họa âm bậc 3: 3f
…
Trừ hai họa âm liên tiếp cho nhau ta được tần số của âm cơ bản:
f=(n+1)f-nf
V. Ngưỡng đau, ngưỡng nghe và miền nghe được
Dựa vào mức cường độ âm mà người ta phân chia được.
Ngưỡng đau: Là giá trị lớn nhất của mức cường độ âm mà tai người cảm thấy đau
Ngưỡng nghe: Là giá trị nhỏ nhất của mức cường độ âm mà tai người vẫn có thể nghe được
Miền nghe được: Là giá trị mức cường độ âm nằm trong khoảng từ ngưỡng nghe đến ngưỡng đau
Mô tả: Lý thuyết sóng âm đầy đủ và chi tiết. Bao gồm các khái niệm khi nhắc đến sóng âm, các đặc trưng sinh lý, đặc trưng vật lý của âm.
Xem thêm:
Bài tập sóng dừng hay có đáp án giải chi tiết
Lý thuyết giao thoa sóng cơ đầy đủ và chi tiết
