Âm là gì? đặc trưng vật lý của âm, đặc trưng sinh lý của âm

Vật lý 12.II Sóng cơ, sóng âm vatlypt.com 17/10/16 24,684 1
  1. vatlypt.com

    vatlypt.com 17/10/16
    #1

    Giáo viên | 8/10/16 | 6,513 | 4,311

    Hà Nội

    1/ Âm là gì?
    Âm hay sóng âm là những sóng cơ lan truyền trong các môi trường rắn, lỏng, khí (không truyền được trong chân không). Sóng âm truyền trong môi trường chất khí, chất lỏng là sóng dọc, trong môi trường chất rắn thường là sóng ngang.

    2/ Nguồn âm, tần số âm, vận tốc truyền âm
    • Nguồn âm là những nguồn dao động phát ra sóng âm.
    • Tần số âm là tần số của nguồn âm
    • Vận tốc truyền âm: vận tốc lan truyền dao động, năng lượng âm. Trong các bài toán đơn giản ta coi quá trình truyền âm tương đương với chuyển động thẳng đều. Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào môi trường truyền v$_{rắn}$ > v$_{lỏng}$ > v$_{khí }$
    Vận tốc truyền âm được tính theo công thức
    \[v=\dfrac{s}{t}\]​
    Trong đó:
    • v: vận tốc truyền âm (m/s)
    • s: quãng đường âm truyền đi được (m)
    • t: thời gian truyền (s)
    3/ Phân loại âm:
    • Nhạc âm: là những sóng âm có tần số xác định (do nhạc cụ, tiếng nói, tiếng hát của người phát ra). Sóng âm mà tai con người có thể nghe được gọi là âm thanh có tần số nằm trong khoảng từ 16Hz đến 20kHz gọi là ngưỡng nghe của người.
    • Tạp âm (tiếng ồn): là những sóng âm có tần số không xác định.
    [​IMG]
    Hình ảnh quay chậm lại quá trình nghệ sĩ đang kéo vilông làm cho sợi dây đàn rung lên, dao động từ dây đàn sẽ tạo ra âm thanh, âm thanh này lan truyền trong không khí với tốc độ khoảng 330m/s đến tai người. Trong tai có một màng mỏng (màng nhĩ) cũng rung lên theo lớp không khí trong tai với cùng tần số mà nhạc cụ phát ra từ đó mà ta có thể nghe được.

    4/ Thang sóng âm:
    [​IMG]
    Ngưỡng nghe của người nằm trong vùng từ 16Hz đến 20.000Hz bạn có thể nghe thử qua đoạn video dưới đây.

    • f < 16Hz: được gọi là vùng hạ âm.
    • f > 20kHz: được gọi là vùng siêu âm.
    Một số loài động vật như chó, voi có thể nghe được sóng âm trong vùng hạ âm. Những nguồn phát ra hạ âm thường là những rung động nhỏ chính vì vậy trong đời sống đôi khi loài chó có thể phát hiện ra những nguy hiểm sắp xảy đến (như những chấn động sâu trong lòng đất).
    Cá heo có thể phát ra sóng siêu âm và chúng có thể giao tiếp với nhau ở khoảng cách lên đến vài trăm m đến vài km.
    Để xác định độ sâu của biển các tàu đo đạc phát sóng siêu âm, căn cứ vào thời gian phản xạ lại của sóng siêu âm và tốc độ truyền sóng siêu âm có thể tính được khoảng cách từ vị trí của tàu đến vật cản.
    [​IMG]
    5/ Các đặc trưng vật lý của âm
    a/ Tần số âm (f):
    là tần số dao động của nguồn âm, âm trầm (bass) có tần số nhỏ, âm cao (treble) có tần số lớn.
    b/ Cường độ âm (I): tại một điểm được xác định bằng năng lượng của sóng âm truyền vuông góc qua một diện tích trong một đơn vị thời gian.
    \[I=\dfrac{W}{s.t}=\dfrac{P}{4\pi d}\]​
    Mức cường độ âm L:
    \[L=lg\dfrac{I}{I_{o}} (B)=10lg\dfrac{I}{I_{o}}(dB)\]​
    Trong đó
    • I: Mức cường độ âm (W/m$^{2}$)
    • W: năng lượng của sóng âm (J)
    • t: thời gian truyền âm (s)
    • S: diện tích (m$^{2}$)
    • P: công suất của nguồn âm (W)
    • d: khoảng cách từ điểm cần tính đến nguồn âm (m)
    • I$_{o}$ = 10$^{ - 12}$ (W/m$^{2}$ ): cường độ âm chuẩn
    • L: mức cường độ âm (B đọc là ben)
    • 1B = 10dB (dB: đề xi ben)
    Ví dụ về mức cường độ âm thanh trong đời sống
    • Âm thanh trong thành phố thường là 70dB.
    • Một ban nhạc rock có âm thanh trung bình 110dB.
    • Phản lực cơ cất cánh, tiếng còi xe cứu hỏa có cường độ tới trên 140dB.
    • Hơi thở có cường độ là 10dB trong khi đó tiếng lá thu sào sạc rơi là 20dB.
    • Trong nhà, tiếng động bình thường là 40dB, nhưng khi hút bụi âm thanh lên tới 75dB
    • Âm thanh từ 160 → 170dB gây điếc hoàn toàn, dù chỉ một lần nghe.
    c/ Đồ thị dao động âm (sóng âm):
    Âm thanh phát ra trong không khí được thu lại và chuyển thành dao động của các cần rung hoặc dao động điện có cùng tần số
    [​IMG]
    Cấu tạo cơ bản của một chiếc loa biến đao dộng cơ thành dao động điện
    [​IMG]
    Hình ảnh máy kiểm tra nói dối ghi lại đồ thị âm thanh dao động của nhịp đập trái tim.
    [​IMG]
    Đồ thị dao động âm của một nốt nhạc do dây đàn violon phát ra.
    Khái niệm: Âm cơ bản và họa âm
    Khi một sợi dây đàn ghi ta rung thì nó phát ra âm do trên dây có xảy ra hiện tượng sóng dừng. Nếu dây rung với một bó sóng thì dây phát ra âm có tần số f$_{o}$ thấp nhất gọi là âm cơ bản (còn gọi là họa âm thứ 1).
    Khảo sát thực nghiệm cho thấy dây này còn phát ra các âm có tần số 2f$_{o}$, 3f$_{o}$, 4f$_{o}$ .... gọi là họa âm thứ 2, họa âm thứ 3, họa âm thứ 4, ... Các họa âm có biên độ khác nhau khiến đồ thị dao động âm của các nhạc cụ khi phát ra cùng một nốt nhạc cũng khác nhau. Sự khác nhau này phân biệt được bởi âm sắc của chúng.

    6/ Các đặc trưng sinh lý của âm
    a/ Độ cao của âm:
    gắn liền với tần số âm. Âm trầm có tần số nhỏ, âm cao có tần số lớn.
    b/ Độ to của âm: gắn liền với mức cường độ âm (tức là cũng phụ thuộc vào cường độ âm).
    c/ Âm sắc: có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm hoặc phổ của âm. Âm sắc giúp ta phân biệt được âm từ nguồn nào phát ra.
    Ví dụ cùng một bản nhạc nhưng khi nghe ta có thể xác định được bản nhạc đó được chơi bằng nhạc cụ các loại nhạc cụ khác nhau ghitar, violông, piano ... vì âm sắc của các nhạc cụ này rất khác nhau.
    [​IMG]
    Đồ thị dao động của âm có tần số thấp (âm trầm) và tần số âm cao
    Vitas (Hoàng tử mang giọng ca cá heo) người đàn ông có có giọng cao nhất thế giới (tần số âm cực cao)


    nguồn vật lý phổ thông ôn thi quốc gia
    Hoàng thị linh thích bài này.
  2. nguyễn mai hà

    nguyễn mai hà 3/10/17
    #2

    Sinh viên | 23/8/17 | 12 | 13

    Hanoi

    cho e hỏi: khi gõ vào cùng một vị trí của mặt trống thì gõ nhanh hay chậm âm phát ra cũng vẫn cùng tần số có đúng ko ạ, và vì sao lại thế ạ.
    câu hỏi thứ hai là: khi gõ giống nhau vào mặt hai trống khác nhau ( to và nhỏ) thì trống to âm phát ra to hơn có đúng ko và vì sao ạ? Thank thầy giáo làng trợ giúp e
    1. vatlypt.com
      vatlypt.com, 3/10/17
      1/ Âm thanh phát ra là do dao động của mặt trống sau khi gõ
      tần số âm = tần số dao động của mặt trống (nguồn âm)
      gõ nhanh (chậm) nguồn âm dao động tần số khác nhau => tần số âm khác nhau => âm sắc khác nhau (tiếng trống trận thì hoàn toàn khác với tiếng trống múa lân)
      2/ To và nhỏ là đặc trưng sinh lý nó phụ thuộc vào cường độ âm (mức cường độ âm)
      Khái niệm trống to (nhỏ) chỉ mang tính tương đối, âm to hay nhỏ phụ thuộc vào thùng trống (hộp cộng hưởng) chứ không phải phụ thuộc vào diện tích bề mặt của cái trống. Cùng một diện tích nhưng thùng trống nào to hơn thì âm sẽ to hơn do bên trong thùng trống nhiều không khí hơn (hộp cộng hưởng to hơn)
      ngoài ra còn các yếu tố như chất liệu gỗ, da làm mặt trống, bla bla các thứ liên quan, kết luận ở trên chỉ mang tính phiến diện chưa có thí nghiệm chứng minh cụ thể
       
      nguyễn mai hà thích bài này.
Share Share