Vật lý 12 Bài 17: Sóng âm. Nguồn nhạc âm

**beedrill** · 07-17-2010, 10:26 AM

Bài 17: Sóng âm. Nguồn nhạc âm.

• Nội dung cơ bản:

1. Nguồn gốc của âm và cảm giác về âm:
• Các vật phát ra âm thanh (gọi tắt là âm) đều dao động và ta gọi các vật đó là nguồn âm.
• Dao động được truyền đi trong không khí, tạo thành sóng gọi là sóng âm, có cùng tần số với nguồn âm.
• Cảm giác về âm phụ thuộc vào nguồn âm và tai người nghe.
• Sóng âm có thể truyền đi trong tất cả các môi trường vật chất (chất khí, chất rắn, chất lỏng) và không truyền được qua chân không.
• Sóng âm là những sóng cơ truyền trong các môi trường khí, lỏng, rắn.
• Trong chất khí và chất lỏng, sóng âm là sóng dọc.
• Trong chất rắn, sóng âm gồm cả sóng ngang và sóng dọc

2. Phương pháp khảo sát thực nghiệm những tính chất của âm:
Muốn cho dễ khảo sát bằng thực nghiệm, người ta chuyển dao động âm thành dao động điện.

3. Nhạc âm và tạp âm:
• Âm do các nhạc cụ phát ra thì nghe êm ái, dễ chịu và đồ thị dao động của chúng có đặc điểm chung là những đường cong tuần hoàn có tần số xác định. Chúng được gọi là nhạc âm.
• Đồ thị của tạp âm là những đường cong không tuần hoàn, không có tần số xác định.

4. Những đặc trưng của âm:
Khi sóng âm tác dụng vào tai ta thì mỗi đặc trưng vật lý của âm (tần số, cường độ âm, mức cường độ âm, đồ thị dao động) gây ra 1 loại cảm giác riêng, gọi là đặc trưng sinh lý của âm (độ cao, độ to, âm sắc). Những đặc trưng sinh lý của âm có liên quan chặt chẽ với những đặc trưng vật lý của âm.
a) Độ cao của âm:
• Âm càng cao thì tần số càng lớn.
• Tai con người chỉ có thể cảm nhận được (nghe thấy) những âm có tần số trong khoảng từ 16 Hz đến 20000 Hz (âm thanh).
• Những âm thanh có tần số lớn hơn 20000 Hz gọi là siêu âm và những âm có tần số nhỏ 16 Hz gọi là hạ âm.
b) Âm sắc:
• Các âm do các nhạc cụ khác nhau phát ra có sắc thái khác nhau. Đặc tính đó của âm gọi là âm sắc.
• Âm sắc khác nhau thì dạng đồ thị dao động của âm khác nhau.
c) Độ to của âm, cường độ âm, mức cường độ âm:
• Cường độ âm được xác định là năng lượng được sóng âm truyền qua 1 đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sóng trong 1 đơn vị thời gian. Đơn vị cường độ âm là “oát trên mét vuông” $(W/{m^2})\$ . Cường độ âm càng lớn, cho ta cảm giác nghe thấy âm càng to. Tuy nhiên độ to của âm không tỉ lệ thuận với cường độ âm.
• Mức cường độ âm được định nghĩa bằng công thức:

$L(B) = lg\frac{I}{{{I_0}}}\$

Với L đo bằng đơn vị ben, kí hiệu là B, L được dùng để so sánh độ to của 1 âm với độ to âm chuẩn.
Nếu dùng đơn vị là đê xi ben, ta có:

$L(dB) = 10lg\frac{I}{{{I_0}}}\$

5. Nguồn nhạc âm:
• Nguồn nhạc âm thường gặp là đàn dây và kèn hơi (như ống sáo).
• Một sợi dây đàn hồi 2 đầu cố định, sẽ có sóng dừng khi chiều dài của dây bằng 1 số nguyên lần nửa bước sóng: $l = n\frac{\lambda }{2}\$ với n = 1, 2, 3 …

• Như vậy, trên 1 sợi dây có chiều dài l, được kéo căng bằng 1 lực không đổi, chỉ xảy ra sóng dừng với tần số:

$f = \frac{v}{\lambda } = \frac{{nv}}{{2l}}\$

• Với n = 1, ta có âm cơ bản ứng với tần số $f = \frac{v}{{2l}}\$

• Với n = 2, 3 … ta có họa âm bậc 2, bậc 3, … ứng với các tần số f’ = nf

6. Hộp cộng hưởng:
• Mỗi cây đàn dây thường có dây được căng trên 1 hộp đàn có hình dạng và kích thước khác nhau. Hộp đàn có tác dụng như 1 hộp cộng hưởng sẽ tăng cường âm cơ bản và 1 số họa âm khiến cho âm tổng hợp phát ra vừa to, vừa có 1 âm sắc riêng đặc trưng cho đàn đó.
• Hộp cộng hưởng là 1 hộp rỗng có 1 đầu hở. Khi cột không khí trong hộp dao động với 1 tần số phù hợp với kích thước của hộp thì trong hộp xảy ra sóng dừng và cường độ âm được tăng lên rõ rệt, ta có cộng hưởng âm.