Sóng Âm Là Gì? Hiểu Sâu Hơn Về Lý Thuyết và Cách Thực Hành Sóng Âm

Sóng âm là gì? Chắc hẳn chúng ta đã từng nghe thấy thuật ngữ này, nhưng liệu chúng ta đã hiểu rõ về nó chưa? Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về sóng âm từ lý thuyết đến bài tập thực hành.

1. Sóng âm là gì?

Sóng âm là những sóng cơ lan truyền trong các môi trường rắn, lỏng và khí. Khi sóng âm truyền đến tai người, nó làm cho màng nhĩ dao động, tạo ra cảm giác cảm thụ âm thanh. Trong môi trường lỏng và khí, sóng âm tồn tại dưới dạng sóng dọc, còn trong môi trường rắn thì nó có thể ở dạng sóng dọc hoặc sóng ngang.

Bạn đang xem: Sóng Âm Là Gì? Hiểu Sâu Hơn Về Lý Thuyết và Cách Thực Hành Sóng Âm

2. Phân loại sóng âm

2.1. Sóng âm nghe được

Sóng âm nghe được là những sóng có tần số nằm trong khoảng từ 16Hz đến 20000Hz. Đây là những sóng mà con người có khả năng nghe được.

2.2. Sóng siêu âm

Sóng siêu âm là những sóng có tần số lớn hơn 20000Hz. Chúng không gây ra cảm giác thính giác ở người.

2.3. Sóng hạ âm

Sóng hạ âm là những sóng có tần số nhỏ hơn 16Hz. Chúng không gây ra cảm giác thính giác ở người.

2.4. Nhạc âm và tạp âm

Nhạc âm là âm của các nốt Đồ, Rê, Mi, đây là âm có thanh điệu nhất định. Tạp âm là âm có tần số không xác định của âm (tiếng ồn ào trên đường, tiếng chuông, tiếng kèn).

3. Công thức tính sóng âm

Dưới đây là những công thức cơ bản cần ghi nhớ khi tính sóng âm:

Công thức về cường độ âm:

I = P / (4πR^2)

Công thức về mức cường độ âm:

L = lg(I / I0) (B)

Công thức mở rộng:

L = 10lg(I / I0) (dB)

Công thức để tính tần số sóng âm phát ra từ dây đàn:

f = (kv) / (2l)

Ở hai đầu cố định, khi k = 1 thì đó là âm thanh cơ bản. Nếu k > 1 thì âm thanh phát ra sẽ là họa âm.

Ở một đầu cố định, một đầu tự do, ta có ống sáo phát ra tần số sóng âm:

f = (2k + 1) * v / (4l)

Khi k = 0 thì âm thanh là âm thanh cơ bản. Nếu k > 0 thì đó là họa âm.

Công thức để tính tần số âm cơ bản khi biết tần số hai họa âm liên tiếp:

f = (n + 1)f - nf

4. Đặc trưng vật lý của sóng âm

4.1. Tần số âm

Tần số âm là đặc trưng vật lý quan trọng của âm. Tần số càng lớn, âm thanh càng cao. Tần số càng nhỏ, âm thanh càng trầm, thấp.

4.2. Cường độ âm

Cường độ âm là năng lượng của sóng âm truyền qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian cố định. Đơn vị của cường độ âm là W/m².

4.3. Mức cường độ âm

Mức cường độ âm được tính theo công thức:

L(B) = log(I / I0)

Đơn vị của mức cường độ âm là B (ben), 1B = 10dB.

4.4. Âm cơ bản và họa âm

• Âm cơ bản là âm có tần số f0, còn các họa âm là các âm có tần số là bội số của f0 (2f0, 3f0, 4f0, …).
• Các họa âm có thể có biên độ khác nhau so với âm cơ bản, điều này có thể phân biệt được qua âm sắc của âm.
• Đồ thị dao động của âm là đặc trưng vật lý của âm.

5. Sự truyền âm

• Sóng âm không truyền được trong chân không, nhưng có thể truyền trong các môi trường rắn, lỏng và khí.
• Tốc độ truyền âm trong các môi trường khác nhau cũng khác nhau.

6. Đặc trưng sinh lý của sóng âm

• Độ cao của âm phụ thuộc vào tần số âm. Tần số càng lớn, âm cao càng to, tần số càng nhỏ, âm thấp càng to.
• Độ to của âm không thể đo bằng cách lấy mức cường độ âm. Độ to của âm phụ thuộc vào cường độ âm, mức cường độ âm và tần số của âm.
• Âm sắc là khả năng phân biệt giữa các âm của các nhạc cụ khác nhau. Đồ thị dao động của âm liên quan mật thiết đến âm sắc.

7. Một số câu hỏi thường gặp về sóng âm

7.1. Sóng âm không truyền được trong môi trường nào?

Sóng âm chỉ truyền được trong các môi trường rắn, lỏng và khí. Trên môi trường chân không, sóng âm không thể truyền được.

7.2. Sóng âm là sóng dọc hay sóng ngang?

Tùy thuộc vào môi trường, sóng âm có thể là sóng dọc hoặc sóng ngang.

• Trong môi trường chất lỏng và khí, sóng âm là sóng dọc.
• Trong môi trường chất rắn, sóng âm tồn tại dưới dạng sóng dọc hoặc sóng ngang.

7.3. Sóng siêu âm là gì? Sóng siêu âm có hại không?

Sóng siêu âm là những sóng có tần số cao hơn ngưỡng 20000Hz mà con người không thể nghe được. Sóng siêu âm có rất nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại những hạn chế và có thể gây hại cho sức khỏe, như ảnh hưởng đến sinh sản, phát triển của thai nhi, làm biến dạng DNA và ảnh hưởng đến thính giác con người.

8. Bài tập sóng âm

8.1. Bài tập minh họa

1. Tần số âm cơ bản của sáo là 420Hz. Nếu người nghe có thể nghe tần số âm cao nhất là 20000Hz, họ có thể nghe tần số âm cao nhất do sáo phát ra là bao nhiêu?

Giải:
Sáo có thể phát ra tần số âm lớn nhất người nghe được là: 47 x 420 = 19740Hz.

2. Mức cường độ âm tại một điểm cách nguồn 10m là 80dB. Nếu cách nguồn thêm 20m, mức cường độ âm tại điểm đó là bao nhiêu?

Giải:
Theo công thức suy giảm của cường độ âm: L2 = L1 + 6 (dB)
Ta có: L2 = 80 + 6 = 86 (dB)

3. Tìm tần số âm cơ bản và họa âm thứ 6 khi biết rằng tần số hai họa âm liên tiếp chênh lệch 50Hz?

Giải:
Ta có: f6 = f5 + 50 = 250Hz
f7 = f6 + 50 = 300Hz

4. Khi một người tiến xa nguồn âm khoảng 20m, cường độ âm thanh giảm còn 1/4 so với ban đầu. Khoảng cách ban đầu của người đó tới nguồn âm là bao nhiêu?

Giải:
Ta có: I2 = I1/4
Theo công thức suy giảm của cường độ âm: 10lg(I2/I1) = -40dB
Với mức suy giảm -40dB, khoảng cách ban đầu là 20m.

8.2. Bài tập vận dụng

1. Mức cường độ âm tại điểm B cách nguồn âm O 4 lần so với điểm A, trong đó mức độ âm tại A là 60dB. Hãy tính mức cường độ âm tại B.

2. Cường độ âm thanh giảm còn 1/4 so với ban đầu khi người đứng cách nguồn âm d. Hãy tính giá trị của d.

3. Mức cường độ âm tăng thêm 2 Ben. Hãy tính giá trị nhân của mức cường độ âm.

4. Hai nhạc cụ khác nhau có thể khác nhau ở độ cao, độ to, âm sắc và mức cường độ âm. Hãy cho biết đặc điểm khác nhau giữa hai nhạc cụ này.

5. Tai người có thể cảm thụ sóng cơ học với chu kỳ 2ms. Hãy cho biết đặc điểm của sóng cơ học mà tai có thể cảm thụ.

Hy vọng rằng, bài viết này sẽ giúp các bạn học sinh hiểu sâu hơn về sóng âm và giải các bài tập vật lý dễ dàng hơn. Để có thêm nhiều kiến thức vật lý bổ ích, hãy truy cập Izumi.Edu.VN ngay bây giờ.

Nguồn: https://izumi.edu.vn/
Danh mục: Công thức