Màng nhĩ b dao đ ng và t o ra c m giác âm.ầ ố ị ộ ạ ả c

Ch đ 9. SÓNG ÂMủ ề 1. Sóng âm và c m giác âmả

a. Thí nghi m:ệ

L y m t lá thép m ng, gi c đ nh m t đ u, còn đ u kia đ cho t do dao đ ng (xem hình). Khiấ ộ ỏ ữ ố ị ộ ầ ầ ể ự ộ cho lá thép dao đ ng là m t v t phát dao đ ng âm. Lá thép càng ng n thì t n s dao đ ng c a nóộ ộ ậ ộ ắ ầ ố ộ ủ càng l n. Khi t n s nó n m trong kho ng 16 Hz đ n 20000 Hz thì ta sẽ nghe th y âm do lá thépớ ầ ố ằ ả ế ấ phát ra.

b. Gi i thíchả

Khi ph n trên c a lá thép cong v m t phía nào đó nó làm cho l p không khí li n trầ ủ ề ộ ớ ở ề ước nó nén l i và l p không khí li n sau nó giãn ra.ạ ớ ở ề Do đó khi lá thép dao đ ngộ thì nó làm cho các l pớ không khí n m sát hai bên lá đó b nén và dãn liên t c.ằ ị ụ

Nh s truy n áp su t c a không khí mà s nén, dãn này đờ ự ề ấ ủ ự ược lan truy n ra xa d n, t oề ầ ạ thành m t ộ sóng d cọ trong không khí. Sóng này có t n s đúng b ng t n s dao đ ng c a lá thép.ầ ố ằ ầ ố ộ ủ Khi sóng truy n đ n tai ta thì nó làm cho áp su t không khí tác d ng lên màng nhĩ dao đ ng v iề ế ấ ụ ộ ớ cùng t n s đó. Màng nhĩ b dao đ ng và t o ra c m giác âm.ầ ố ị ộ ạ ả

c. Ngu n âm và sóng âmồ

+ Ngu n âm:ồ là v t dao đ ng phát ra âm. T n s âm phát ra b ng t n s dao đ ng c a ngu nậ ộ ầ ố ằ ầ ố ộ ủ ồ âm.

+ Sóng âm là các sóng c h c ơ ọ truy n trong các môi trề ường khí, l ng ho c r n gây ra c m giácỏ ặ ắ ả âm. (khi truy n trong ch t l ng và ch t khí là sóng d c nh ng khi truy n trong ch t r n thì có thề ấ ỏ ấ ọ ư ề ấ ắ ể sóng d c ho c sóng ngang).ọ ặ

d. C m giác âmả

+ Sóng âm có t n s n m trong kho ng t 16 Hz đ n 20000 Hz g i là ầ ố ằ ả ừ ế ọ sóng nghe được ( âm thanh)

+ Sóng âm có t n s nh h n 16 Hz g i là ầ ố ỏ ơ ọ sóng h âm.ạ + Sóng âm có t n s l n h n 20000 Hz g i là ầ ố ớ ơ ọ sóng siêu âm.

Tai ta không nghe được các h âm và siêu âm. M t s loài v t nghe đạ ộ ố ậ ược h âm (con s a, voi,ạ ứ chim b câu...), m t s khác nghe đồ ộ ố ược siêu âm (con d i, con d , chó, cá heo...).ơ ế

d. Môi trường truy n âm. T c đ truy n âm.ề ố ộ ề

+ Môi trường truy n âm:ề Sóng âm truy n đề ược trong c 3 môi trả ường r n, l ng, khí, nh ngắ ỏ ư không truy n đề ược trong chân không.

+ T c đ truy n âmố ộ ề :

- Ph thu c vào tính đàn h i và m t đ c a môi trụ ộ ồ ậ ộ ủ ường vR > vL > vK

− T c đ âm cũng thay đ i theo nhi t đ . ố ộ ổ ệ ộ

− Nh ng v t li u nh bông, nhung, t m x p v.v... truy n âm kém vì tính đàn h i c a chúng kém.ữ ậ ệ ư ấ ố ề ồ ủ Chúng được dùng đ làm các v t li u cách âm.ể ậ ệ

2. Nh ng đ c tr ng v t lí c a âmữ ặ ư ậ ủ

(Biên đ , phộ ương trình, bước sóng, t c đ truy n)ố ộ ề

a. T n s âm: ầ ố là m t trong nh ng đ c trung v t lí quan tr ng nh t c a âm.ộ ữ ặ ậ ọ ấ ủ b. Cường đ âm và m c cộ ứ ường đ âmộ

+ Năng lượng âm: Sóng âm lan đ n đâu thì sẽ làm cho ph n t môi trế ầ ử ường đó dao đ ng. Nhở ộ ư v y, sóng âm mang năng lậ ượng. Năng lượng âm t l v i bình phỉ ệ ớ ương biên đ sóng âm.ộ

+ Cường đ âm (I)ộ t i m t đi m là năng lạ ộ ể ượng được sóng âm truy n t i qua m t đ n v di nề ả ộ ơ ị ệ tích đ t vuông góc v i phặ ớ ương truy n âm trong m t đ n v th i gian. Đ n v cề ộ ơ ị ờ ơ ị ường đ âm là W/mộ ².

I= W S . t=P

S= P

4π . d²

+ M c cứ ường đ âm (L):ộ là đ i lạ ượng so sánh gi a cữ ường đ âm 1 đi m v i cộ ở ể ớ ường đ âmộ chu n Iẩ o = 10^-12 W/m². (Io là cường đ âm chu n, ng v i ngộ ấ ứ ớ ưỡng nghe ng v i âm có t n s 1000ứ ớ ầ ố Hz).

L(B)=lg I

I_o ; ^L(dB)=10lg_I^I

o ;

Đ n v c a m c cơ ị ủ ứ ường đ âm là ben (B) ho c đê−xi−hen (dB); 1 B = 10 (dB),ộ ặ M c cứ ường đ âm mà tai ngộ ười ch u đị ược là 10 – 130dB

c. Đ th li đ âm.ồ ị ộ

+ Mu n cho d kh o sát b ng th c nghi m, ngố ễ ả ằ ự ệ ười ta chuy n dao đ ng âm thành dao đ ng đi n.ể ộ ộ ệ M c hai đ u dây c a micrô v i ch t tín hi u vào c a dao đ ng kí đi n t . Sóng âm đ p vào màngắ ầ ủ ớ ố ệ ủ ộ ệ ử ậ micrô làm cho màng dao đ ng, khi n cho cộ ế ường đ dòng đi n qua micrô bi n đ i theo cùng quyộ ệ ế ổ lu t v i li đ c a dao đ ng âm. Trên màn h nh c a dao đ ng kí sẽ xu t hi n m t đậ ớ ộ ủ ộ ỉ ủ ộ ấ ệ ộ ường cong sáng bi u di n s bi n đ i cể ễ ự ế ổ ường đ dòng đi n theo th i gian (đ th li đ âm). Căn c vào đó, ta bi tộ ệ ờ ồ ị ộ ứ ế được quy lu t bi n đ i cùa sóng âm truy n t i theo th i gian (Hình 1).ậ ế ổ ề ớ ờ

Đ th âm cho th y âm là s t ng h p âm c a nhi u t n s khác nhau trong đó ta xét 1 âm c b nồ ị ấ ự ổ ợ ủ ề ầ ố ơ ả và các ho âm.ạ

3. Các đ c tính sinh lí c a âmặ ủ a. Đ caoộ

+ Đ cao c a âm là m t đ c tr ng sinh lí c a âm, ộ ủ ộ ặ ư ủ ph thu c vào t n s c a âm.ụ ộ ầ ố ủ

+ Âm có t n s càng l n thì càng cao. Âm có t n s càng nh thì càng th p (càng tr m).ầ ố ớ ầ ố ỏ ấ ầ b. Âm s cắ

+ Âm s c là đ c tr ng sinh lí c a âm, giúp ta phân bi t âm do các ngu n khác nhau phát ra.ắ ặ ư ủ ệ ồ Âm s c có liên quan m t thi t v i đ th dao đ ng âm (biên đ và t n s ).ắ ậ ế ớ ồ ị ộ ộ ầ ố

+ Sóng âm do m t nh c c phát ra là sóng t ng h p c a nhi u sóng âm độ ạ ụ ổ ợ ủ ề ược phát ra cùng m tộ lúc. Các sóng này có các t n s là: f, 2f, 3f, 4f v.v... và có các biên đ là Aầ ố ộ 1, A2, A3, A4 ... r t khác nhau. ấ

+ Âm có t n s f g i là âm c b n hay ho âm th nh t; các âm có t n s 2f, 3f, 4f... g i là các hoầ ố ọ ơ ả ạ ứ ấ ầ ố ọ ạ âm th hai, th ba, th t v.v... ứ ứ ứ ư Ho âm nào có biên đ m nh nh t sẽ quy t đ nh đ cao c a âm màạ ộ ạ ấ ế ị ộ ủ nh c c phát ra.ạ ụ

+ Dao đ ng âm t ng h p v n là m t dao đ ng tu n hoàn nh ng không đi u hoà. Độ ổ ợ ẫ ộ ộ ầ ư ề ường bi uể di n c a dao đ ng âm t ng h p không ph i là m t đễ ủ ộ ổ ợ ả ộ ường hình sin mà là m t độ ường có tính ch tấ tu n hoàn, nh ng có hình d ng ph c t p. M i dao đ ng t ng h p đó ng v i m t âm s c nh tầ ư ạ ứ ạ ỗ ộ ổ ợ ứ ớ ộ ắ ấ đ nh. Chính vì v y mà hai nh c c khác nhau (đàn và kèn ch ng h n) có th phát ra hai âm có cùngị ậ ạ ụ ẳ ạ ể đ cao (cùng t n s ) nh ng có âm s c hoàn toàn khác nhau.ộ ầ ố ư ắ

+ Nh ng âm mà dao đ ng c a chúng có tính ch t tu n hoàn nh nói trên g i là các nh c âm vìữ ộ ủ ấ ầ ư ở ọ ạ chúng do các nh c c phát ra.ạ ụ Ngoài nh c âm còn có t p âm hay ti ng đ ng là nh ng âm mà daoạ ạ ế ộ ữ đ ng c a chúng không có tính ch t tu n hoàn; nh ti ng đ p, gõ, ti ng s m n v.v...ộ ủ ấ ầ ư ế ậ ế ấ ổ

c. Đ toộ

+ Đ to c a âm là m t đ c tr ng sinh lí c a âm ph thu c ộ ủ ộ ặ ư ủ ụ ộ cường đ âm và t n s c a âm (m cộ ầ ố ủ ứ cường đ âm).ộ

Âm có cường đ âm càng l n thì nghe càng to.ộ ớ Vì đ to c a âm còn ph thu c t n s âm nên haiộ ủ ụ ộ ầ ố âm có cùng cường đ âm, nh ng có t n s khác nhau sẽ gây ra nh ng c m giác âm to, nh khácộ ư ầ ố ữ ả ỏ nhau.

Ví d : Âm v i cùng cụ ớ ường đ I = 10ộ ^-7 W/m² thi âm có t n s 1000 (Hz) là m t âm nghe r t to,ầ ố ộ ấ trong khi đó, âm có t n s 50 (Hz) l i là âm r t nh . ầ ố ạ ấ ỏ

+ Ngưỡng nghe cùa âm là cường đ âm nh nh t c a m t âm đ có th gây ra c m giác âm đó.ộ ỏ ấ ủ ộ ể ể ả Ngưỡng nghe ph thu c t n s c a âmụ ộ ầ ố ủ . Âm có t n s 1000−5000 (Hz), ngầ ố ưỡng nghe vào kho ng Iả o = 10^-12 W/m² (còn g i là cọ ường đ âm chu n), âm có t n s 50 (Hz), ngộ ẩ ầ ố ưỡng nghe I = 10^-7 W/m².

+ Ngưỡng đau là cường đ c a m t âm l n nh t mà còn gây ra c m giác âm. Lúc đó có c m giácộ ủ ộ ớ ấ ả ả đau đ n trong tai.ớ

+ Mi n nghe đề ược là mi n n m trong ph m vi t ngề ằ ạ ừ ưỡng nghe đ n ngế ưỡng đau.

4. Các ngu n nh c âmồ ạ

Ti ng có th đế ể ược hình thành do:

+ Các dây dao đ ng (ghita, pianô, viôlông).ộ

+ Các màng dao đ ng ( tr ng đ nh âm, tr ng có dây tăng âm).ộ ố ị ố + Các c t không khí dao đ ng (sáo, kèn, ô boa, đàn ng).ộ ộ ố

+ Các miêng g , các tâm đá, thanh thép dao đ ng (đàn phím g , đàn marimba, đàn đá).ỗ ộ ỗ 5. Vai trò c a dây đàn và b u đàn trong chi c đàn ghi taủ ầ ế

+ Trong đàn ghi ta, các dây đàn đóng vai trò v t phát dao đ ng âm. Dao đ ng này thông qua giáậ ộ ộ đ , dây đàn g n trên m t b u đàn sẽ làm cho m t b u đàn dao đ ng.ỡ ắ ặ ầ ặ ầ ộ

+ B u đàn đóng vai trò h p c ng hầ ộ ộ ưởng có kh năng c ng hả ộ ưởng đ i v i nhi u t n s khácố ớ ề ầ ố nhau. B u đàn ghi ta có hình d ng riêng và làm b ng g đ c bi t nên nó có kh năng c ng hầ ạ ằ ỗ ặ ệ ả ộ ưởng và tăng cường m t s ho âm xác đ nh, t o ra âm s c đ c tr ng cho lo i đàn này.ộ ố ạ ị ạ ắ ặ ư ạ