Giải bài 10 vật lí 12: Đặc trưng vật lí của âm

A. Lý thuyết

I. Âm. Nguồn âm

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

Tần số của sóng âm cũng là tần số âm.

Nguồn âm: Là một vật dao động phát ra âm.

Âm nghe được (hay còn gọi là âm thanh): Là âm có tác dụng làm cho màng nhĩ trong tai ta dao động, gây ra cảm giác ấm. Tần số của sóng âm: Từ 16 Hz đến 20 000 Hz.

Hạ âm: là âm có tần số nhỏ hơn 16 Hz (tai người không nghe được).

Siêu âm: là âm có tần số lớn hơn 20 000 Hz (tai người không nghe thấy được).

Vận tốc truyền âm: Vận tốc lan truyền các dao động cơ trong môi trường. Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào môi trường truyền âm: $v_{rắn} > v_{lỏng} > v_{khí}$.

Phân loại: Âm gồm có hai loại là nhạc âm (âm có tần số xác định) và tạp âm (âm không có tần số xác định).

Chú ý: Trong một môi trường xác định, tốc độ truyền âm luôn không đổi. Âm không truyền được trong chân không.

II. Các đặc trưng vật lí của âm

Tần số âm (f, Hz): là tần số dao động của nguồn âm, là một trong những đặc trưng vật lí quan trọng nhất của âm, cho biết mức độ trầm bổng (độ cao) của âm.

Cường độ âm (I, $W/m^{2}$): Cường độ âm tại một điểm là đại lượng do 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.

$I = \frac{W}{S.t} = \frac{P}{4\pi .d}$

Mức cường độ âm (L, Ben (B)): $L = \lg \frac{I}{I_{0}} (B) = 10\lg \frac{I}{I_{0}} (dB)$.

Trong đó:

• I: Cường độ âm tại điểm đang xét ($W/m^{2}$).
• W: Năng lượng sóng âm tại điểm đang xét (J).
• t: Thời gian truyền âm (s).
• S: Diện tích ($m^{2}$).
• P: Công suất của nguồn âm (W).
• d: Khoảng cách từ điểm đang xét tới nguồn âm (m).
• $I_{0} = 10^{-12} (W/m^{2})$: Cường độ âm chuẩn: là cường độ nhỏ nhất của âm mà tai người bình thường còn nghe thấy được.
• L: Mức cường độ âm (B).
• Đổi đơn vị 1B = 10 dB.

Đồ thị dao động của âm

Khi một nhạc âm phát ra một âm có tần số $f_{0}$ thì nó cũng đồng thời phát ra âm có tần số 2$f_{0}$; 3$f_{0}$; ....

• Âm cơ bản: Âm có tần số $f_{0}$. 
• Họa âm: Các âm có tần số 2$f_{0}$; 3$f_{0}$; .... (gọi là các họa âm thứ 2, thứ 3,...).
• Biên độ của cá họa âm lớn nhỏ không như nhau, phụ thuộc vào nguồn phát ra nhạc âm.

Tổng hợp đồ thị dao động của tất cả các họa âm trong một nhạc âm ta được đồ thị dao động âm. Đồ thị dao động âm của các nhạc âm khi phát ra cùng một nốt nhạc cũng khác nhau và được phân biệt bởi âm sắc.