Sóng âm là gì ? Công thức, đặc trưng vật lí của sóng âm hay, chi tiết

Lý thuyết: Sóng âm là gì ? Công thức, đặc trưng vật lí của sóng âm

Bài giảng: Bài 10: Đặc trưng vật lí của âm – Cô Trần Thị Hạnh (Giáo viên VietJack)

I. Định nghĩa:

Quảng cáo

+ Sóng âm là những sóng cơ truyền trong các môi trường rắn, lỏng và khí.

+ Nguồn âm là các vật dao động phát ra âm.

II. Phân loại sóng âm (Dựa vào tần số):

– Sóng âm nghe được: Là sóng âm có tần số trong khoảng từ 16Hz đến 20000Hz gây ra cảm giác thính giác.

– Sóng siêu âm: Là sóng âm mà có tần số lớn hơn 20000Hz không gây ra cảm giác thính giác ở người (tai người không nghe được nhưng chó, dơi, cá heo,.. vẫn có thể nghe được siêu âm).

– Sóng hạ âm: Là sóng âm mà có tần số nhỏ hơn 16Hz không gây ra cảm giác thính giác ở người (tai người không nghe được nhưng voi, chim bồ câu,.. vẫn có thể nghe được hạ âm).

– Nhạc âm và tạp âm: Nhạc âm là âm có tần số xác định (ví dụ: mỗi nốt nhạc Đồ, rê, mi, fa, son, la, si, đô là nhạc âm). Tạp âm là âm có tần số không xác định (tiếng trống, tiếng cồng chiêng, tiếng ồn ào ngoài phố…).

III. Sự truyền âm:

+ Âm chỉ truyền qua được những thiên nhiên và môi trường rắn, lỏng, khí, không truyền được trong chân không .
+ Trong cùng một thiên nhiên và môi trường, sóng âm có tốc độ xác lập. Vận tốc sóng âm trong chất rắn là lớn nhất và trong chất khí là nhỏ nhất : vrắn > vlỏng > vkhí
+ Trong chất lỏng và chất khí sóng âm là sóng dọc còn trong chất rắn sóng âm gồm cả sóng ngang và sóng dọc .

IV. Các đặc trưng vật lý của sóng âm: Là các đặc trưng có tính khách quan định lượng, có thể đo đạc tính toán được. Bao gồm các đại lượng như: Chu kì, tần số, biên độ, năng lượng, cường độ, mức cường độ, đồ thị dao đọng âm…

1) Cường độ âm I (W/m2): Là đại lượng đo bằng năng lượng mà sóng (E) mà sóng mà sóng âm tải qua một đơn vị diện tích tại điểm đó, vuông góc với phương truyền sóng trong 1 đơn vị thời gian: I = E/t.S = P/S.

Trong đó : P. ( W ) là hiệu suất phát âm của nguồn ; S ( mét vuông ) là diện tích quy hoạnh mặt vuông góc với phương truyền âm ( với sóng cầu thì S là diện tích quy hoạnh mặt cầu S = 4 πR2 ) .
+ Cường độ âm tỉ lệ với bình phương biên độ âm : I ~ a2
+ Năng lượng âm khi sóng âm chuyển dời quảng đường AB : ΔE = P.t = P.AB / v
+ Cường độ âm toàn phần : I = ΣIi = I1 + I2 + … + In
+ Nếu âm truyền đẳng hướng và môi trường tự nhiên không hấp thụ và phản xạ âm thì có nghĩa là hiệu suất âm không đổi khi truyền đi. Ta có : P = I.S = hằng số .
=> I1S1 = I2S2
=> I1R12 = I2R22

2) Mức cường độ âm: Đối với tai con người, giá trị tuyệt đối của cường độ âm I không quan trọng bằng giá trị tỉ đối của I so với một giá trị I0 nào đó chọn làm chuẩn. Người ta định nghĩa mức cường độ âm L là lôgarít thập phân của tỉ số I/Io .

L ( B ) = log I / Io hoặc L ( dB ) = 10. logI / Io ( công thức thường dùng )
( Ở tần số âm f = 1000H z thì Io = 10-12 W / mét vuông gọi là cường độ âm chuẩn )

Quảng cáo

* Đơn vị mức cường độ âm là Ben (ký hiệu: B).

– Như vậy mức cường độ âm bằng 1, 2, 3, 4 B. .. điều đó có nghĩa là cường độ âm I lớn gấp 10, 102, 103, 104 … cường độ âm chuẩn Io .
– Trong thực tiễn người ta thường dùng đơn vị chức năng đêxiben ( ký hiệu : dB ), bằng 1/10 ben .
– Số đo L bằng đêxiben lớn gấp 10 số đo bằng ben : L ( dB ) = 10. logI / Io
– Khi L = 1 dB, thì I lớn gấp 1,26 lần Io. Đó là mức cường độ âm nhỏ nhất mà tai ta hoàn toàn có thể phân biệt được .
Chú ý : Để cảm nhận được âm thì cường độ âm âm I ≥ Io hay mức cường độ âm L ≥ 0 .
Ta thường dùng dB hơn B ( 1B = 10 dB )

3) Đồ thị dao động của âm: là tổng hợp đồ thị dao động của tất cả các họa âm trong một nhạc âm. Đồ thị không còn là đường sin điều hòa mà là một đường phước tạp và có chu kì.

– Âm cơ bản : Là âm có tần số nhỏ nhất do 1 nhạc cục phát ra .

– Khi cho một nhạc cụ phát ra âm có tần số f0 thì nhạc cụ đó cũng sẽ phát ra những âm có tần số f là bội của f0 được gọi là họa âm thứ k: fk = kfo

– Đồ thị dao động của những âm có cùng tần số và biên độ nhưng do các nhạc cụ khác nhau phát ra là khác nhau

Lưu ý:

Các họa âm của những nhạc cụ khác nhau hoàn toàn có thể có tần số giống nhau nhưng biên độ khác nhau, và số họa âm khác nhau nên dù cùng một nốt nhạc giống nhau khi phát ra từ những nhạc cụ khác nhau thì đồ thị xê dịch âm sẽ khác nhau. Nhờ vậy ta phân biệt được âm này với âm kia .

4) Công thức suy luận tổng quát: Trong môi trường truyền âm, xét 2 trường hợp tổng quát:

Trường hợp 1 : tại điểm A có khoảng cách tới nguồn âm có hiệu suất P1 là R1 thì máy thu đo được mức cường độ âm là L1 .
Trường hợp 2 : tại điểm B có khoảng cách tới nguồn âm có hiệu suất P2 là R2 máy thu đo được mức cường độ âm là L2 .

Vì nên ta luôn có hệ thức sau:

( Ở đây L đo bằng đơn vị chức năng Ben – B )
+ Nếu nguồn âm không biến hóa trong cả hai trường hợp thì ta có :

V. Các đặc trưng sinh lý của âm: Là các đặc trưng có tính chủ quan định tính, do sự cảm nhận của thính giác người nghe. Bao gồm: Độ to, độ cao, âm sắc…

Bảng liên hệ giữa đặc trưng sinh lý và đặc trưng vật lý của sóng âm.

Quảng cáo

VI. Tần số âm phát ra ở một số nhạc cụ

1) Tần số do đàn phát ra (hai đầu dây cố định => hai đầu là nút sóng).

f = k. v / 2L ( k ∈ N * )
Ứng với k = 1 => âm phát ra âm cơ bản có tần số f1 = v / 2L
k = 2, 3, 4 … có những hoạ âm bậc 2 ( tần số 2 f1 ), bậc 3 ( tần số 3 f1 ) …
Lưu ý : Mỗi sợi dây được kéo bằng một lực căng τ ( N ) và có tỷ lệ dài μ ( kg / m ) thì có vận tốc truyền sóng trên dây là : v = √ ( τ / μ ), do vậy ta hoàn toàn có thể đổi khác tần số dây đàn phát ra bàng cách đổi khác lực căng tính năng lên dây đàn .

2) Tần số do ống sáo phát ra (một đầu bịt kín, một đầu để hở => một đầu là nút sóng, một đầu là bụng sóng).

Ứng với k = 0 => âm phát ra âm cơ bản có tần số f1 = v / 4L
k = 1, 2, 3 … có những hoạ âm bậc 3 ( tần số 3 f1 ), bậc 5 ( tần số 5 f1 ) …
Như vậy một ống sáo một đầu kín, một đầu hở chỉ hoàn toàn có thể phát ra những họa âm có số bậc lẻ. Độ dài của ống càng lớn thì âm phát ra có tần số càng nhỏ, âm phát ra cành trầm .

Bài giảng: Bài 10: Đặc trưng vật lí của âm – Thầy Lê Xuân Vượng (Giáo viên VietJack)

Xem thêm các phần tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 12 ngắn gọn, chi tiết khác:

Giới thiệu kênh Youtube VietJack

Ngân hàng trắc nghiệm miễn phí ôn thi THPT Quốc Gia tại khoahoc.vietjack.com

song-co-va-song-am.jsp

Source: https://vh2.com.vn
Category : Năng Lượng