Độ cao của âm: Bí mật về âm thanh mà bạn chưa biết

Chào mừng các bạn đến với vatly.edu.vn, nơi mỗi trang viết đều mở ra một cánh cửa mới về thế giới vật lý kỳ thú. Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau đi sâu vào khám phá một trong những đặc tính quan trọng nhất của âm thanh – độ cao của âm.

Độ cao của âm thanh không chỉ là nền tảng cơ bản trong âm nhạc mà còn ảnh hưởng đến cách chúng ta giao tiếp và cảm nhận thế giới xung quanh. Bạn đã bao giờ tự hỏi tại sao tai chúng ta có thể phân biệt giữa tiếng vĩ cầm và tiếng đàn piano, hay giữa giọng nói của một người bạn và một người lạ?

Hãy cùng vatly.edu.vn tìm hiểu sâu hơn về bản chất và ảnh hưởng của độ cao âm thanh đối với cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Độ cao của âm là gì?

Độ cao của âm là một đặc trưng sinh lý của âm, gắn liền với tần số của âm. Tần số càng lớn thì âm nghe càng cao. Ngược lại, âm nghe được sẽ càng thấp khi tần số càng nhỏ.

Ví dụ: Tiếng đàn bầu có tần số dao động thấp, nên âm thanh nghe sẽ trầm. Hoặc tiếng sáo có tần số dao động cao, nên âm thanh nghe sẽ bổng.

Đơn vị đo độ cao của âm: Đơn vị đo độ cao của âm là Hertz (Hz). 1 Hz tương ứng với 1 dao động trong 1 giây.

Tầm nghe của con người: Con người có thể nghe được âm thanh có tần số nằm trong khoảng từ 20 Hz đến 20 kHz.

Ngoài tần số, độ cao của âm còn phụ thuộc vào các yếu tố khác:

• Biên độ: Biên độ càng lớn thì âm thanh nghe càng to.
• Hình dạng sóng: Hình dạng sóng khác nhau sẽ tạo ra âm thanh có âm sắc khác nhau.

Ví dụ: Tiếng chuông và tiếng sáo có cùng tần số, nhưng âm thanh nghe sẽ khác nhau do hình dạng sóng khác nhau.

Ví dụ cụ thể về độ cao của âm:

• Âm thanh có tần số thấp: Tiếng sấm, tiếng động cơ xe, tiếng trống…
• Âm thanh có tần số trung bình: Tiếng nói của con người, tiếng đàn guitar…
• Âm thanh có tần số cao: Tiếng chó sủa, tiếng chim hót, tiếng sáo…

Tóm lại:

• Độ cao của âm là đặc trưng sinh lý của âm, gắn liền với tần số của âm.
• Tần số càng lớn thì âm nghe càng cao.
• Đơn vị đo độ cao của âm là Hertz (Hz).
• Con người có thể nghe được âm thanh có tần số nằm trong khoảng từ 20 Hz đến 20 kHz.
• Ngoài tần số, độ cao của âm còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như biên độ và hình dạng sóng.

Tần số âm

Tần số âm đề cập đến phạm vi tần số âm thanh mà tai người có thể nghe được, từ 20Hz đến 20kHz. Đây là yếu tố quan trọng xác định cao độ của âm thanh, được đo bằng Hertz (Hz).

Cao độ của âm thanh tăng lên khi tần số của nó cao. Điều này được quyết định bởi tốc độ dao động của nguồn phát âm; một nguồn vật lý dao động với tốc độ nhanh, thực hiện nhiều dao động trong một giây, sẽ tạo ra âm thanh có cao độ cao, thường được gọi là âm bổng.

Ngược lại, khi nguồn phát âm dao động với tốc độ chậm, tạo ra ít dao động trong cùng một khoảng thời gian, sẽ phát ra âm thanh có cao độ thấp, hay còn gọi là âm trầm.

Nói cách khác, tần số âm là thước đo số lần một vật hoàn thành chu kỳ dao động và trở về vị trí ban đầu trong một giây. Điều này cung cấp cơ sở để phân biệt giữa các âm thanh khác nhau dựa trên cao độ, từ đó đóng vai trò quan trọng trong âm nhạc và giao tiếp hàng ngày.

Công thức tính tần số dao động

Công thức tính tần số dao động (f) của một vật là:

Bạn hoàn toàn đúng, có một cách khác để biểu diễn tần số dao động dựa trên tổng số dao động hoàn thành trong một khoảng thời gian nhất định, đó là:

\[ f = \frac{n}{t} \]

trong đó:

– \( f \) là tần số dao động, đơn vị là Hertz (Hz)

– \( n \) là tổng số dao động hoàn thành

– \( t \) là tổng thời gian để thực hiện \( n \) số dao động đó, đơn vị là giây (s).

Phân tích công thức này cho thấy tần số dao động chính là tỷ lệ giữa số lần dao động hoàn toàn và tổng thời gian mà trong đó những dao động đó xảy ra. Khi n dao động được thực hiện trong thời gian t giây, tần số f sẽ đo lường số chu kỳ dao động trung bình mỗi giây.

Điều này cho phép chúng ta đánh giá tốc độ dao động của một vật trong các tình huống thực tế, như trong các thí nghiệm vật lý hoặc khi phân tích hiện tượng tự nhiên.

Âm cao (âm bổng) – Âm thấp (âm trầm) 

Âm cao (âm bổng) và âm thấp (âm trầm) là hai đặc trưng cơ bản của âm thanh, quyết định bởi tần số của sóng âm:

• Âm cao (âm bổng): Âm cao được tạo ra bởi sóng âm có tần số cao. Trong thực tế, đây là những âm thanh mà trong đó sóng âm dao động nhanh chóng. Âm cao thường được liên kết với những nguồn âm như tiếng huýt sáo, tiếng vĩ cầm, hoặc tiếng chim hót.
• Âm thấp (âm trầm): Âm thấp được tạo ra bởi sóng âm có tần số thấp, tức là số lần dao động trong một giây ít hơn so với âm cao. Âm thấp có thể được cảm nhận từ những nguồn như tiếng đàn bass, tiếng sấm, hoặc tiếng động cơ đang hoạt động ở dải thấp.

Lưu ý: 

– Độ cao của âm được cảm nhận bởi tai người, phụ thuộc vào tần số dao động của âm thanh.

– Tần số là số dao động trong một giây (Hz).

– Âm thanh có thể được phân loại thành ba dải tần số:

• Âm trầm: 20 Hz – 200 Hz
• Âm trung: 200 Hz – 2000 Hz
• Âm cao: 2000 Hz – 20000 Hz

– Khả năng nghe âm cao của con người giảm dần theo độ tuổi.

– Mức độ to nhỏ của âm thanh được đo bằng cường độ âm (dB).

Độ cao của âm phụ thuộc vào yếu tố nào?

Độ cao của âm phụ thuộc vào tần số dao động của âm.

• Âm phát ra càng cao (càng bổng) khi tần số dao động càng lớn.
• Âm phát ra càng thấp (càng trầm) khi tần số dao động càng nhỏ.

Ví dụ:

• Âm có tần số 120 Hz thì cao hơn âm có tần số 70 Hz.
• Âm “Mi” có tần số 324 Hz thấp hơn âm “Sol” có tần số 384 Hz và thấp hơn âm “La” có tần số 432 Hz.

Ngoài tần số, độ cao của âm còn phụ thuộc vào một số yếu tố khác như:

• Biên độ dao động: Biên độ dao động càng lớn thì âm nghe càng mạnh.
• Dạng sóng âm: Dạng sóng âm khác nhau sẽ tạo ra âm thanh khác nhau.
• Đồ thị dao động âm: Đồ thị dao động âm cho biết sự thay đổi của biên độ theo thời gian.

Tuy nhiên, tần số dao động là yếu tố quan trọng nhất quyết định độ cao của âm.

Bài tập ứng dụng về độ cao của âm có đáp án

Câu hỏi 1: Âm thanh nào dưới đây có tần số cao nhất?

A. Tiếng sấm.

B. Tiếng đàn bầu.

C. Tiếng chim hót.

D. Tiếng muỗi vo ve.

Đáp án: C.

Giải thích: Tần số của âm thanh càng cao thì âm thanh càng bổng. Trong các lựa chọn trên, tiếng chim hót có tần số cao nhất.

Câu hỏi 2: Khi điều chỉnh dây đàn guitar, ta làm gì để âm thanh phát ra cao hơn?

A. Giảm độ căng của dây đàn.

B. Tăng độ căng của dây đàn.

C. Làm dày dây đàn.

D. Làm mỏng dây đàn.

Đáp hỏi án: B.

Giải thích: Khi tăng độ căng của dây đàn, tần số dao động của dây đàn sẽ tăng, dẫn đến âm thanh phát ra cao hơn.

Câu 3: Độ cao của âm phụ thuộc vào yếu tố nào?

A. Biên độ dao động.

B. Tần số dao động.

C. Hình dạng dao động.

D. Cả ba yếu tố trên.

Đáp hỏi án: B.

Giải thích: Độ cao của âm chỉ phụ thuộc vào tần số dao động, không phụ thuộc vào biên độ hay hình dạng dao động.

Câu hỏi 4: Tai người có thể nghe được âm thanh có tần số trong khoảng từ:

A. 10 Hz đến 1000 Hz.

B. 20 Hz đến 20000 Hz.

C. 30 Hz đến 30000 Hz.

D. 40 Hz đến 40000 Hz.

Đáp án: B.

Giải thích: Tai người chỉ có thể nghe được âm thanh có tần số trong khoảng từ 20 Hz đến 20000 Hz.

Câu hỏi 5: Chọn phát biểu đúng về độ cao của âm:

A. Âm thanh có tần số cao hơn sẽ nghe trầm hơn.

B. Âm thanh có biên độ lớn hơn sẽ nghe cao hơn.

C. Âm thanh có tần số thấp hơn sẽ nghe cao hơn.

D. Âm thanh có cùng tần số sẽ nghe cùng độ cao.

Đáp án: D.

Giải thích: Âm thanh có tần số cao hơn sẽ nghe bổng hơn, âm thanh có biên độ lớn hơn sẽ nghe to hơn, và âm thanh có cùng tần số sẽ nghe cùng độ cao.

Câu hỏi 6: Âm thanh nào dưới đây có tần số thấp nhất?

A. Tiếng sáo.

B. Tiếng đàn piano.

C. Tiếng trống.

D. Tiếng muỗi vo ve.

Đáp án: C.

Giải thích: Tần số của âm thanh càng thấp thì âm thanh càng trầm. Trong các lựa chọn trên, tiếng trống có tần số thấp nhất.

Câu hỏi 7: Khi vỗ tay nhanh hơn, âm thanh phát ra sẽ có đặc điểm gì?

A. Trầm hơn.

B. Cao hơn.

C. To hơn.

D. Nhỏ hơn.

Đáp án: B.

Giải thích: Khi vỗ tay nhanh hơn, tần số dao động của tay sẽ tăng, dẫn đến âm thanh phát ra cao hơn.

Câu hỏi 8: Dây đàn guitar nào có âm thanh cao nhất?

A. Dây đàn thứ nhất.

B. Dây đàn thứ hai.

C. Dây đàn thứ ba.

D. Dây đàn thứ sáu.

Đáp án: A.

Giải thích: Dây đàn guitar thứ nhất có độ dài ngắn nhất và độ căng cao nhất, do đó nó có tần số dao động cao nhất và âm thanh cao nhất.

Câu hỏi 9: Một con dơi có thể nghe được âm thanh có tần số lên đến:

A. 10 kHz.

B. 100 kHz.

C. 1 MHz.

D. 10 MHz.

Đáp án: C.

Giải thích: Con dơi có thể nghe được âm thanh có tần số cao hơn nhiều so với tai người, lên đến 1 MHz.

Câu hỏi 10: Trong các nhạc cụ sau, nhạc cụ nào có thể phát ra âm thanh có độ cao cao nhất?

A. Sáo.

B. Kèn trumpet.

C. Violon.

D. Piano.

Đáp án: B.

Giải thích: Kèn trumpet có thể phát ra âm thanh có tần số cao nhất trong các nhạc cụ được liệt kê.

Chúng tôi hy vọng rằng qua bài viết này, bạn đã có được cái nhìn sâu sắc hơn về độ cao của âm thanh và những ảnh hưởng kỳ diệu mà nó mang lại cho thế giới âm nhạc cũng như cuộc sống hàng ngày.

Tại vatly.edu.vn, chúng tôi cam kết cung cấp những kiến thức vật lý chính xác, thú vị và dễ hiểu, giúp bạn mở rộng hiểu biết và khám phá thêm nhiều điều mới mẻ trong thế giới khoa học.

Độ cao của âm là một chủ đề đầy thú vị, tiếp tục theo dõi chúng tôi để khám phá thêm nhiều bài viết bổ ích khác. Cảm ơn bạn đã dành thời gian đồng hành cùng chúng tôi trong hành trình khám phá này!