Tìm hiểu đặc trưng vật lý của âm - Vật lý lớp 12

Trong thế giới đầy rẫy các hiện tượng vật lý hấp dẫn, đặc trưng vật lý của âm đứng như một minh chứng kinh điển cho sự đơn giản mà sâu sắc trong việc hiểu biết và ứng dụng các nguyên lý vật lý cơ bản. Bài viết này sẽ đưa bạn đi sâu vào thế giới của đặc trưng vật lý của âm, từ cơ sở lý thuyết đến các ứng dụng thực tế, giúp bạn khám phá và hiểu rõ hơn về một trong những hiện tượng vật lý thú vị và cơ bản nhất.

Khái niệm về âm?

Âm là một dạng năng lượng được tạo ra bởi sự rung động của các vật thể. Khi một vật thể rung động, nó tạo ra các sóng âm truyền qua môi trường xung quanh, chẳng hạn như không khí, nước hoặc chất rắn. Khi các sóng âm này đến tai chúng ta, chúng sẽ được biến đổi thành tín hiệu điện mà não bộ có thể hiểu và nhận biết là âm thanh.

Âm thanh có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau, bao gồm:

Phân loại âm thanh

Loại âm than

Tần số Đặc điểm

Ví dụ

Hạ âm Nhỏ hơn 20 Hz Con người không nghe thấy, cảm nhận như rung động Tiếng sấm sét ở xa, tiếng động cơ máy móc lớn
Âm thanh 20 Hz – 20 kHz Con người có thể nghe thấy Tiếng nói chuyện, tiếng nhạc, tiếng ồn giao thông
Siêu âm Lớn hơn 20 kHz Con người không nghe thấy, sử dụng trong y tế, công nghiệp, quân sự Sóng siêu âm y tế, dò tìm vật thể dưới nước, kiểm tra chất lượng sản phẩm

Lưu ý:

Sự truyền âm

Môi trường truyền âm

Âm thanh có thể truyền qua các môi trường:

Lý do:

Tốc độ truyền âm

Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào môi trường truyền âm.

Ví dụ:

Tốc độ truyền âm trong một số chất:

Chất

Tốc độ truyền âm (m/s)

Không khí (20°C)

343

Nước (20°C)

1480

Thép

5960

Nhôm

6320

Gỗ

4000

Cao su

1500

Những đặc trưng vật lí của âm

Tần số của âm: Là số dao động âm trong một giây.

Đơn vị: Hertz (Hz).

Âm có tần số càng cao thì nghe càng cao.

Ví dụ:

Cường độ âm: Là năng lượng âm truyền đi trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích.

Đơn vị: W/m².

Cường độ âm càng lớn thì âm nghe càng to.

Mức cường độ âm: Là đại lượng đo độ to của âm trên thang logarit.

Đơn vị: dB.

Mức cường độ âm L = 10log(I/I₀) = 10log(0.0796 W/m² / 10⁻¹² W/m²) = 89.97 dB, với I là cường độ âm và I₀ là cường độ âm chuẩn (10⁻¹² W/m²).

Công thức: I = P/4πr²

Trong đó: 

Ví dụ:

Đồ thị dao động của âm

Về cơ bản, âm thấp nhất được tạo ra bởi nhạc cụ, hay còn gọi là âm cơ bản, mang tần số thấp nhất. Trong quá trình phát âm, nhạc cụ không chỉ tạo ra âm với tần số cơ bản f0 mà còn tạo ra loạt âm phụ có tần số là các bội số của f0, được gọi là các họa âm. Cụ thể, một họa âm thứ k có tần số được tính bằng kf0, với k là hệ số bội.

Mặc dù các nhạc cụ khác nhau có thể tạo ra họa âm với tần số giống hệt nhau, nhưng biên độ của chúng lại khác biệt, cho phép ta phân biệt giữa các âm sắc khác nhau. Điều này chủ yếu là do mỗi nhạc cụ có một đặc trưng vật lý riêng biệt của âm, được biểu diễn qua đồ thị dao động âm.

Đồ thị dao động âm là hợp thành của các dao động từ tất cả họa âm trong một âm nhạc cụ thể. Nó là một đường cong phức tạp, mang đặc điểm chu kì đặc trưng, phản ánh sự phức tạp và đa dạng của âm sắc mà nhạc cụ đó tạo ra.

Như vậy, thông qua nội dung đã trình bày trên bạn đã có được cái nhìn tổng quan về đặc trưng vật lý của âm. Để khám phá thêm những kiến thức thú vị về vật lý, mời bạn ghé thăm vatly.edu.vn và tham khảo thêm nhiều bài viết khác.