Bài 10: Đặc trưng Vật lý của âm

Bài 10. ĐẶC TRƯNG VẬT LÝ CỦA ÂM

I. Âm. Nguồn âm :

   1. Âm là gì :  Sóng cơ truyền trong các môi trường khí, lỏng, rắn

   2. Nguồn âm : Một vật dao động phát ra âm là một nguồn âm.

                 Chú ý: Dao động âm là dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số của nguồn phát.

    3. Âm nghe được, hạ âm, siêu âm :

            - Âm nghe được( sóng âm) tần số từ : 16Hz đến 20.000Hz

            - Hạ âm : Tần số < 16Hz

            - Siêu âm : Tần số > 20.000Hz

   4. Sự truyền âm :

            a. Môi trường truyền âm : Âm truyền được qua các chất răn, lỏng và khí

               b. Vận tốc truyền âm:

Vận tốc truyền âm trong môi trường rắn lớn hơn môi trường lỏng, môi trường lỏng lớn hơn môi trường khí.

Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi và mật độ của môi trường.

Trong một môi trường, vận tốc truyền âm phụ thuộc vào nhiệt độ và khối lượng riêng của môi trường đó.

II. Những đặc trưng vật lý của âm :

   1. Tần số âm : Đặc trưng vật lý quan trọng của âm

   2. Cường độ âm và mức cường độ âm :

            a. Cường độ âm I :  Đại lượng đo bằng lượng năng lượng mà sóng âm tải qua một đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền âm trong một đơn vị thời gian. Đơn vị W/m²

Cường độ âm: \({\rm{I = }}\frac{{\rm{W}}}{{{\rm{St}}}}{\rm{ = }}\frac{{\rm{P}}}{{\rm{S}}}\)

    Với W (J), P (W) là năng lượng, công suất phát âm của nguồn

S (m²) là diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm (với sóng cầu thì S là diện tích mặt cầu S=4πR²)

            b. Mức cường độ âm : \[L(dB) = 10\lg \frac{I}{{{I_0}}}\]

*Cường độ âm tại A, B cách nguồn N có tỷ lệ

                            \[\frac{{{I_A}}}{{{I_B}}} = \frac{{N{B^2}}}{{N{A^2}}}\]

                            \[ \Rightarrow {L_A} - {L_B} = 10\lg \frac{{{I_A}}}{{{I_B}}} = 20\lg \frac{{SB}}{{SA}}\]

* Âm chuẩn có f = 1000Hz và I₀ = 10^-12W/m²

* Tai người cảm thụ được âm : 0dB đến 130dB

Chú ý: Khi I tăng  lên 10ⁿ lần thì L tăng  thêm  10n (dB)

   3. Âm cơ bản và họa âm :

            - Khi một nhạc cụ phát ra một âm có tần số f₀ ( âm cơ bản ) thì đồng thời cũng phát ra các âm có tần số 2f₀, 3f₀, 4f₀…( các họa âm) tập hợp các họa âm tạo thành phổ của nhạc âm.

            - Tổng hợp đồ thị dao động của tất cả các họa âm ta có đồ thị dao động của nhạc âm là đặc trưng vật lý của âm

* Dành cho chương trình nâng cao:Tần số do đàn phát ra (hai đầu dây cố định Þ hai đầu là nút sóng)

 \(f = k\frac{v}{{2l}}{\rm{  ( k}} \in {\rm{N*)}}\)         

        Ứng với k = 1 Þ  âm phát ra âm cơ bản có tần số \({f_1} = \frac{v}{{2l}}\)

                      k = 2,3,4… có các hoạ âm bậc 2 (tần số 2f₁), bậc 3 (tần số 3f₁)…

   * Tần số do ống sáo phát ra (một đầu bịt kín, một đầu để hở Þ một đầu là nút sóng, một đầu là bụng sóng)

            \(f = (2k + 1)\frac{v}{{4l}}{\rm{  ( k}} \in {\rm{N)}}\)

      Ứng với k = 0 Þ  âm phát ra âm cơ bản có tần số \({f_1} = \frac{v}{{4l}}\)

                    k = 1,2,3… có các hoạ âm bậc 3 (tần số 3f₁), bậc 5 (tần số 5f₁)…