Lý thuyết Vật lý 12 Bài 10. Đặc trưng vật lí của âm

Lý thuyết Vật lý 12 Bài 10. Đặc trưng vật lí của âm

>>> Tham khảo: Soạn Bài 10. Đặc trưng vật lí của âm

I. Âm. nguồn âm

1. Âm là gì?

Sóng âm là những sóng cơ truyền trong các môi trường khí, lỏng, rắn.

Tần số của sóng âm cũng là tần số âm.

2. Ǹguồn âm

Một vật dao động phát ra âm là một nguồn âm.

Tần số của âm phát ra bằng tần số dao động của nguồn âm.

3. Âm nghe được, hạ âm, siêu âm

Những âm có tác dụng làm cho màng nhĩ trong tai ta dao động, gây ra cảm giác âm gọi là âm nghe được. Chúng có tần số nằm trong khoảng từ 16 Hz đến 20 000 Hz.

Âm có tần số nhỏ hơn 16 Hz, thì tai người không nghe được và gọi là hạ âm.

Âm có tần số lớn hơn 20 000 Hz thì tai người cũng không nghe được và gọi là siêu âm.

4. Sự ̀truyền âm. 

a) Môi trường truyền âm

- Âm không truyền được trong chân không.

- Âm truyền được qua các chất rắn, lỏng và khí.

- Âm hầu như không truyền được qua các chất xốp như bông, len... còn được gọi là chất cách âm.

b) Tốc độ truyền âm

Sóng âm truyền trong mỗi môi trường với một tốc độ hoàn toàn xác định.

II. Những đặc điểm vật lý của âm

Những âm có một tần số xác định (thường do các nhạc cụ phát ra), gọi là các nhạc âm. Những âm không có một tần số xác định (tiếng búa đập, tiếng sấm, tiếng ồn ở đường phố, ở chợ... ) thì gọi là các tạp âm.

1.̀ Tần số âm

Tần số âm là một trong những đặc trưng vật lí quan trọng nhất của âm.

2. Cường độ âm và mức cường độ âm

a) Cường độ âm

Cường độ âm I tại một điểm là đại lượng đo bằng lượng năng lượng mà sóng âm tải qua một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó, vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian.

Đơn vị cường độ âm là oát trên mét (W/m²).

b) Mức cường độ âm

Để thiết lập một thang bậc về cường độ âm, ta có khái niệm mức cường độ âm.

Giả sử ta lấy làm chuẩn cường độ I0 của âm nhỏ mà tai ta vừa đủ nghe được. Mức của cường độ I₀ được lấy là mức 0. Âm có cường độ I = 10 I₀ lấy làm mức 1; âm có cường độ I = 100 I₀ là mức 2…

Đại lượng 

 gọi là mức cường độ âm của âm I (so với âm I₀).

Đơn vị của mức cường độ âm là ben, kí hiệu B.

Âm có mức cường độ 2 B sẽ có cường độ là I = 100 I₀ = 10^-10  W/m².

Công thức tính mức cường độ âm theo đơn vị đêxiben sẽ là:

3. Âm cơ bản và họa âm

Khi cho một nhạc cụ phát ra một âm có tần số f₀ thì bao giờ nhạc cụ đó cũng đồng thời phát ra một loạt âm có tần số 2f₀; 3 f₀; 4 f₀... có cường độ khác nhau. Âm có tần số f₀ gọi là âm cơ bản hay họa âm thứ nhất. Các âm có tần số 2 f₀; 3 f₀; 4 f₀… gọi là các họa âm thứ hai, thứ ba, thứ tư... Biên độ của các họa âm lớn, nhỏ không như nhau, tùy thuộc vào chính nhạc cụ đó. Tập hợp các họa âm tạo thành phổ của nhạc âm nói trên.

Phổ của cùng một âm do các nhạc cụ khác nhau phát ra thì hoàn toàn khác nhau.

Tổng hợp đồ thị dao động của tất cả các họa âm trong một nhạc âm ta được đồ thị dao động của nhạc âm đó.

Đồ thị dao động của cùng một nhạc âm do các nhạc cụ khác nhau phát ra thì hoàn toàn khác nhau.

Đặc trưng vật lí thứ ba của âm là đồ thị dao động của âm đó.

Xem thêm Giải bài tập Vật lý 12: Bài 10. Đặc trưng vật lí của âm