Là những sóng cơ học, được truyền đi trong môi trường rắn, lỏng, khí, khi đến tai người, sóng âm sẽ làm cho màng nhĩ chúng ta dao động, sau đó truyền đến dây thần kinh thính giác gây ra cảm giác âm. Remak® Soundbox mời bạn đọc cùng tìm hiểu các kiến thức cơ bản về sóng âm nhé!
Định nghĩa
Sóng âm là một dạng nhiễu loạn gây ra bởi sự chuyển động của năng lượng qua một môi trường trung gian (ví dụ như không khí, nước, các loại chất lỏng khác hoặc chất rắn) khi sóng âm truyền đi trong không gian từ nguồn âm.
Các sóng âm tạo ra bởi sự rung động và tạo ra các đợt sóng áp, ví dụ như điện thoại di động đang đổ chuông. Các sóng áp gây nhiễu loạn các phân tử trong môi trường xung quanh nó, và các phân tử ấy tiếp tục gây nhiễu loạn cho những phân tử liền kề, quá trình đó tạo thành chuỗi phản ứng lặp đi lặp lại. Các nhiễu loạn ấy tạo ra chuyển động theo dạng sóng theo hướng lan truyền ra bên ngoài tương tự như sóng biển. Các đợt sóng mang theo năng lượng âm thanh đi qua môi trường trung gian, thường là theo mọi hướng và càng ở xa nguồn âm thì năng lượng sóng âm càng yếu.
Là những sóng cơ học, được truyền đi trong môi trường rắn, lỏng, khí, khi đến tai người, sóng âm sẽ làm cho màng nhĩ chúng ta dao động, sau đó truyền đến dây thần kinh thính giác và gây ra cảm giác âm (ảnh minh họa)
Khi truyền qua môi trường lỏng và khí thì sóng âm là dạng sóng dọc, còn trong môi trường rắn thì nó có thể là sóng dọc hoặc sóng ngang.
Quan điểm cho rằng âm thanh đi theo dạng sóng được đề cập lần đầu, hoặc ít nhất theo ghi chép đầu tiên, là vào thế kỷ đầu tiên trước công nguyên. Kiến trúc sư và kỹ sư người La Mã Vitruvius và triết gia La Mã Boethius đã cùng đưa ra giả thuyết âm thanh có thể lan truyền theo từng đợt. Các học thuyết âm thanh hiện đại hiện nay đều được thực hiện dựa trên nghiên cứu của Galileo Galilei (1564-1642).
Một số ví dụ về sóng âm là dạng âm thanh nghe được từ loa (sóng truyền qua không khí với tốc độ âm thanh), sóng địa chấn (dao động mặt đất truyền qua trái đất) hoặc sóng siêu âm được sử dụng để ghi lại hình ảnh trực tiếp từ bên trong cơ thể (sóng truyền qua cơ thể).
Bản chất của âm thanh
Âm thanh của đàn guitar tất nhiên sẽ khác với âm thanh của trống. Đó là do âm thanh được tạo ra bởi các nguồn khác nhau có các đặc tính khác nhau. Âm thanh được đặc trưng bởi tần số, bước sóng và biên độ của nó.
Tần số Số lần giãn và nén xảy ra trong một đơn vị thời gian được gọi là tần số của sóng âm. Công thức tính tần số của sóng âm là:
Trong đó: F là tần số của sóng âm T là khoảng thời gian nhất định
Bước sóng
Khoảng cách giữa các lần giãn nở liền kề nhau được gọi là bước sóng. Công thức:
Trong đó: f là tần số của sóng âm v là vận tốc của sóng âm
Biên độ âm thanh
Biên độ âm thanh là độ lớn của nhiễu loạn cực đại trong sóng âm. Biên độ cũng là một thước đo năng lượng. Biên độ càng cao thì năng lượng sóng âm càng mạnh. Con người chỉ có thể nghe được âm thanh ở một dải tần số nhất định. Các nhà vật lý học đã chỉ ra rằng dải tần số mà tai người có thể nghe được là khoảng từ 20Hz tới 20.000Hz. Trong điều kiện lý tưởng của phòng thí nghiệm, tai người có thể nghe được tần số thấp ở mức 12Hz và cao tới 20.000Hz.
Tốc độ của âm thanh khác nhau ở trong các môi trường khác nhau (ảnh minh họa)
Tốc độ âm thanh Là tốc độ mà sóng âm truyền qua môi trường. Tốc độ của âm thanh khác nhau ở trong các môi trường khác nhau.
Được biết tốc độ âm thanh nhanh nhất khi truyền qua thể rắn bởi các nguyên tử trong thể rắn được nén chặt lại. Phản ứng giữa các nguyên tử trong phân phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa chúng. Phản ứng càng mạnh mẽ, năng lượng truyền đi càng nhanh. Bởi vì phản ứng của các hạt thể rắn rất mạnh nên tốc độ của âm thanh truyền đi nhanh hơn so với thể lỏng và khí. Dưới đây là một bảng so sánh tốc độ của âm thanh qua các môi trường khác nhau. Công thức:
Trong đó: d là quãng đường di chuyển của âm thanh t là thời gian mà âm thanh di chuyển
MÔI TRƯỜNG TỐC ĐỘ SÓNG ÂM Nước 1481m/s Khí 343.2m/s Đồng 4600m/s Hydro 1270m/s Thủy tinh 4540m/s
Cường độ âm thanh I Cường độ âm thanh I tại một điểm là đại lượng đo năng lượng sóng âm truyền qua một khu vực tại điểm chính xác đó, vuông góc với phương truyền âm trong một đơn vị thời gian.
Trường hợp một âm truyền qua một diện tích S (có dạng hình học đối xứng) theo phương vuông góc với diện tích S. Gọi W là năng lượng mà sóng âm này truyền qua S trong t giây thì cường độ âm tại tâm đối xứng của S là:
Trong đó: I là cường độ âm tại điểm đang xét, đơn vị là oát trên mét vuông (W/m²)
Nếu có một nguồn âm kích thước nhỏ (gọi là nguồn âm) phát ra sóng âm đồng đều theo mọi hướng. Gọi P là công suất của nguồn âm và giả sử biên độ sóng âm không đổi khi truyền đi thì tại điểm M cách nguồn âm này đoạn d có cường độ âm là:
Mức độ cường độ âm L
Là đại lượng đo bằng lôgarit thập phân của tỉ số giữa cường độ âm đang xét và cường độ âm chuẩn Io.
Cường độ âm chuẩn Io được lấy bằng 10-12W/m².
Trong đó, L là mức cường độ âm tại điểm đang xét, đơn vị là ben (B)
Người ta thường dùng ước số đơn vị của B là đề xi ben (dB): 1B = 10dB.
Nhạc âm là những âm có tần số xác định như tiếng nói, tiếng hát, âm thanh do các loại nhạc cụ phát ra… và làm ta có cảm giác dễ chịu (ảnh minh họa)
Phân loại âm
Theo đặc điểm tần số
Nhạc âm: là những âm có tần số xác định như tiếng nói, tiếng hát, âm thanh do các loại nhạc cụ phát ra… và làm ta có cảm giác dễ chịu.
Tạp âm: những loại âm thanh không có tần số xác định, ví dụ như tiếng ồn khi đứng giữa đám đông, tiếng còi xe, tiếng máy móc động cơ…
Phân theo độ lớn của tần số
Hạ âm: tần số nhỏ hơn 16Hz, tai người không nghe được.
Âm nghe được: từ 16-20.000Hz, tai con người cảm nhận được.
Siêu âm: tần số lớn hơn 20.000Hz, tai con người không cảm nhận được.
Sự truyền âm
Quá trình truyền âm cũng là quá trình làm lan truyền dao động âm. Quá trình truyền âm là một quá trình sóng nên:
- Trong mỗi môi trường đồng tính thì âm truyền đi với tốc độ không đổi
- Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào tính chất của môi trường (bản chất, tính đàn hồi, mật độ, nhiệt độ, …). Nói chung tốc độ âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng, trong chất lỏng lớn hơn trong chất khí: vrắn > vlỏng > vkhí. Các chất liệu ngăn cản không cho sóng âm truyền qua hay giảm năng lượng âm truyền qua gọi là vật liệu cách âm. Các chất liệu mà sóng âm truyền qua được nhưng một phần sóng âm bị tiêu hao (chuyển sang dạng năng lượng khác) được gọi là vật liệu tiêu âm.
- Khi sóng âm truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số (chu kỳ) của sóng âm không đổi.
Âm cơ bản và họa âm Khi một sợi dây đàn guitar rung lên 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 thấp nhất. Ta gọi tần số này là tần số fo và 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 2fo, 3fo, 4fo …. 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.
Tạp âm là những loại âm thanh không có tần số xác định (ảnh minh họa)
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.
Chú ý: Không thể nói: Âm có tần số 800Hz cao gấp đôi âm có tần số 400Hz.
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.
Hai nhạc cụ khác nhau phát ra cùng một nốt nhạc, cùng độ cao, cùng cường độ nhưng chắc chắn khác nhau về âm sắc.
Quang Minh/Remak® Soundbox
