I. Bảng ghi nhớ lý thuyết sóng âm
II. Sóng âm - Các đặc trưng vật lí và sinh lí của âm
I- NỘI DUNG LÍ THUYẾT
1. Sóng âm.
- Trong một môi trường, âm truyền với một tốc độ xác định.
Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi, mật độ của môi trường và nhiệt độ của môi trường.
vR > vL > vK
- Âm hầu như không truyền được qua các chất xốp như bông, len, ..., những chất đó được gọi là chất cách âm.
Khi âm truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì vận tốc truyền âm thay đổi, bước sóng của sóng âm thay đổi còn tần số của âm thì không thay đổi.
2. Các đặc trưng vật lí của âm (tần số f - cường độ âm I - mức cường đồ âm L)
- Tần số dao động của âm: f
- Cường độ âm I tại một điểm là đại lượng đo bằng 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 W/m2:
\(I = \frac{{\rm{W}}}{{St}} = \frac{P}{S} = \frac{P}{{4\pi {r^2}}}\) .
- Mức cường độ âm: \(L = lg\frac{I}{{{I_0}}}\) với I0 là chuẩn cường độ âm (âm rất nhỏ vừa đủ nghe, thường lấy chuẩn cường độ âm I0 = 10-12 W/m2 với âm có tần số 1000 Hz)
Đơn vị của mức cường độ âm là ben (B). Trong thực tế người ta thường dùng ước số của ben là đêxiben (dB): 1dB = 0,1 B.
3. Các đặc trưng sinh lí của âm - Mối liên hệ với các đặc trưng vật lí của âm.
- Độ cao: là một đặc trưng sinh lí phụ thuộc vào tần số âm, không phụ thuộc vào năng lượng âm.
- Độ to: là 1 đặc trưng sinh lí phụ thuộc vào tần số âm và mức cường độ âm.
+ Giá trị nhỏ nhất của cường độ âm mà tai nghe thấy là ngưỡng nghe, ngưỡng nghe phụ thuộc vào tần số
+ Giá trị lớn nhất của cường độ âm mà tai nghe thấy là ngưỡng đau, ngưỡng đau phụ thuộc vào tần số âm.
- Âm sắc: là đặc trưng của âm giúp ta phân biệt được các âm phát ra từ các nguồn khác nhau. Âm sắc liên quan đến đồ thị dao động âm.
Âm sắc phụ thuộc vào tần số và biên độ của các hoạ âm.
4.Nhạc âm và tạp âm
Nhạc âm là âm có tần số xác định và đồ thị dao động là đường cong hình sin.
Tạp âm là âm không có một tần số xác định và đồ thị dao động là những đường cong phức tạp.
5.Họa âm
Một âm khi phát ra được tổng hợp từ một âm cơ bản và các âm khác gọi là họa âm.
Âm cơ bản có tần số f1 còn các họa âm có tần số bằng bội số tương ứng với âm cơ bản.
Họa âm bậc 2 có tần số f2 = 2f1
Họa âm bậc 3 có tần số f3 = 3f1
...
Họa âm bậc n có tần số fn = nf1
=> Các họa âm lập thành một cấp số cộng với công sai d = f1.
6. Ngưỡng nghe - ngưỡng đau - miền nghe được
+ Ngưỡng nghe: là cường độ âm nhỏ nhất mà tai người còn có thể nghe được. Ngưỡng nghe phụ thuộc vào tần số âm. Âm có tần số 1000 Hz đến 5000 Hz, ngưỡng nghe khoảng 10-12 W/m2.
+ Ngưỡng đau: là cường độ âm cực đại mà tai người còn có thể nghe được nhưng có cảm giác đau nhức. Đối với mọi tần số âm ngưỡng đau ứng với cường độ âm 10 W/m2.
+ Miền nghe được: là miền nằm giữa ngưỡng nghe và ngưỡng đau.
II- CÁC DẠNG BÀI TẬP.
1. Dạng 1: Xác định các đại lượng của sóng âm: tần số, bước sóng, vận tốc, chiều dài dây, số nút, số bụng sóng.
Phương pháp
Cộng hưởng âm:
* Hai đầu là nút sóng khi công hưởng âm : \(l = k\frac{\lambda }{2}{\rm{ }}(k \in {N^*})\)
Số bụng sóng = số bó sóng = k ; Số nút sóng = k + 1
* Một đầu là nút sóng còn một đầu là bụng sóng: \(l = (2k + 1)\frac{\lambda }{4}{\rm{ }}(k \in N)\)
Số bó (bụng) sóng nguyên = k; Số bụng sóng = số nút sóng = k + 1
*Tốc độ truyền sóng: \(v = \lambda f = \frac{\lambda }{T}\)
2. Dạng 2: Xác định cường độ âm - Mức cường độ âm.
Phương pháp.
+ Cường độ âm: \({\rm{I = }}\frac{{\rm{W}}}{{{\rm{tS}}}}{\rm{ = }}\frac{{\rm{P}}}{{\rm{S}}}\)Cường độ âm tại 1 điểm cách nguồn một đoạn R: \({\rm{I = }}\frac{{\rm{P}}}{{4\pi {R^2}}}\)
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)
+ Mức cường độ âm:
\(L(B) = lg\frac{I}{{{I_0}}}\) =>\(\frac{I}{{{I_0}}} = {10^L}\) Hoặc \(L(dB) = 10.lg\frac{I}{{{I_0}}}\) => \({L_2} - {L_1} = lg\frac{{{I_2}}}{{{I_0}}} - lg\frac{{{I_1}}}{{{I_0}}} = lg\frac{{{I_2}}}{{{I_1}}} < = > \frac{{{I_2}}}{{{I_1}}} = {10^{{L_2} - {L_1}}}\)
Với I0 = 10-12 W/m2 gọi là cường độ âm chuẩn ở f = 1000Hz
Đơn vị của mức cường độ âm là Ben (B), thường dùng đềxiben (dB): 1B = 10dB.
+ Cường độ âm tại A, B cách nguồn O : \(\frac{{{I_A}}}{{{I_B}}} = \frac{{O{B^2}}}{{O{A^2}}}\)
*Càng xa nguồn âm cường độ âm giảm tỉ lệ nghịch với bình phương khoàng cách
* Tai người cảm thụ được âm : 0dB đến 130dB
+ Khi I tăng lên 10n lần thì L tăng thêm 10n (dB)
+ Khi cho mức cường độ âm L: \({I_M} = {I_0}{.10^{{L_{(B)}}}} = {I_0}{.10^{\frac{{{L_{(dB)}}}}{{10}}}}\)
- \(\lg ({10^x}) = x\)
- \(a{\rm{ }} = lgx \to x = {10^a}\)
- \(lg(\frac{a}{b}){\rm{ }} = {\rm{ }}lga - lgb\)
