Người ta đo độ sâu ở một vị trí đáy biển bằng cách siêu âm âm thanh

Sóng âm là những sóng cơ học, được truyền đi trong môi trường rắn, lỏng, khí. Khi đến tai người, sóng âm sẽ làm cho màng nhĩ dao động, gây ra cảm giác cảm thụ âm. Trong môi trường lỏng và khí thì sóng âm là dạng sóng dọc, còn trong môi trường rắn thì nó có thể là sóng dọc hoặc sóng ngang.

Sóng âm không truyền đi được trong môi trường chân không.

Tần số của sóng âm: được gọi là tần số âm.

Nguồn âm: là những vật dao động phát ra âm thanh.

Ví dụ: khi ta gảy một cây đàn ghita, ta sẽ thấy dây đàn phát ra âm thanh. Khi đó, dây đàn chính là nguồn âm, còn âm thanh từ dây đàn truyền đến tai ta chính là sóng âm.

2. Phân loại sóng âm

2.1. Phân loại theo đặc điểm tần số 

• Nhạc âm: là những âm có tần số xác định như tiếng nói, tiếng hát, âm thanh do các loại nhạc cụ phát ra… làm ta có cảm giác dễ chịu.
• Tạp âm: những loại âm thanh không có tần số xác định, ví dụ như tiếng ồn khi đứng giữa đám đông, tiếng còi xe, tiếng máy móc làm việc…

2.2. Phân loại theo độ lớn tần số

• Hạ âm: tần số nhỏ hơn 16Hz
• Âm nghe được: từ 16Hz – 20.000Hz
• Siêu âm: tần số lớn hơn 20.000Hz

3. Đặc tính sóng âm nghe được, siêu âm, hạ âm

• Âm nghe được rõ nhất: có tần số từ 16Hz – 20.000Hz: các âm mà ta nghe được có cùng cường độ âm, làm màng nhĩ trong tai ta rung động, người ta thường gọi đó là âm thanh. Tuy nhiên, ta chỉ nghe rõ âm ở tần số dưới 1000Hz.
• Âm nghe được không rõ: Thấp hơn 500Hz hoặc cao hơn 5000Hz thì tai ta nghe nhỏ hơn do không bắt kịp những tần số này. Do đó tùy thuộc vào các đặc điểm sinh lý và cấu tạo mà khả năng cảm thụ sóng âm ở mỗi người có thể giống hoặc khác nhau.

• Hạ âm: có tần số dưới 16Hz. Tai ta không nghe được. Tuy nhiên có một số loài như voi, chim bồ câu… lại nghe được sóng hạ âm.
• Siêu âm: có tần số lớn hơn 20.000Hz, tai ta cũng không thể nghe được. Một số loài vật đặc biệt như dơi, chó, cá heo có thể nghe được.

Xem thêm: Gỗ tiêu âm đục lỗ và Gỗ tiêu âm soi rãnh

4. Sự truyền âm của sóng âm

• Môi trường truyền âm: âm truyền được trong các chất rắn, lỏng, khí và không truyền được qua môi trường chân không. Âm cũng không truyền được qua các chất xốp như bông, len,… Vì vậy mà chúng được xem như vật liệu cách nhiệt dùng trong xây dựng và đời sống: ốp tường, trần cho phòng karaoke, nhà hát…

• Tốc độ truyền âm: điều này sẽ phụ thuộc vào tính chất của môi trường, bao gồm: bản chất cấu tạo, tính đàn hồi, mật độ, nhiệt độ… Khi sóng âm truyền qua không khí, mỗi phân tử không khí dao động quanh vị trí cân bằng theo phương trùng với phương truyền sóng.
• Nói chung, tốc độ truyền âm trong chất rắn lớn hơn chất lỏng, và trong chất lỏng lớn hơn chất khí: Vrắn > Vlỏng > Vkhí. Khi sóng âm truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số của sóng không đổi.

5. Những đặc trưng vật lý của sóng âm

Tùy thuộc vào nguồn phát ra âm thanh mà đặc tính của sóng âm sẽ có những đặc trung vật lý khác nhau. Điển hình rõ nhất là: Những sóng âm có tần số nhất định thường phát ra từ các nhạc cụ gọi là nhạc âm, còn những âm như tiếng ồn ào xe cộ, đường phố, máy móc,…sẽ gọi là tạp âm.

5.1. Tần số âm

Đây là tần số dao động của nguồn âm. Đối với loại âm trầm có tần số nhỏ, âm cao có tần số lớn.

5.2. Cường độ âm

Sóng âm lan đến đâu sẽ làm cho phần tử môi trường dao động. Như vậy sóng âm mang theo năng lượng.

Sonar là chỉ sự lan truyền âm thanh để tìm đường di chuyển, liên lạc hoặc phát hiện các đối tượng khác ở phía đối diện, ví dụ như dơi hoặc cá heo thường dùng Sonar để phát hiện ra con mồi, hoặc tàu ngầm khi ở dưới đáy biển sẽ phát ra Sonar để phát hiện ra các loại vật thể trôi nổi hoặc chìm sâu bên trong bùn cát đáy… Một số sách tiếng Việt còn dịch Sonar nghĩa là sóng âm phản xạ.

Returning sound waves là sự dội ngược lại của sóng âm.

Công thức tính Cường độ âm của sóng âm:

Ta gọi 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 âm trong một đơn vị thời gian.

• Ta xét một âm truyền qua diện tích S theo phương vuông góc. W là lượng năng lượng mà sóng âm truyền qua S trong t giây, khi đó cường độ âm I là:

I=WS.t

Đơn vị cường độ âm là oát trên mét vuông, ký hiệu W/m2

• Nếu có một nguồn âm kích thước nhỏ phát ra sóng âm đồng khắp mọi hướng. Gọi P là công suất nguồn âm, biên độ sóng không đổi thì tại điểm M cách nguồn âm một đoạn d có cường độ âm là:

I=P4d2

5.3. Mức cường độ âm

Để thiết lập một thang bậc về cường độ âm, người ta đưa ra khái niệm về mức cường độ âm. Mức cường độ âm là đại lượng đo bằng logarit thập phân của tỉ số giữa cường độ âm đang xét và cường độ âm chuẩn lo

L = lg [IIo]

L là mức cường độ âm tại điểm đang xét, đơn vị ben [B]

6. Âm cơ bản và họa âm

Khi một nhạc cụ phát ra âm có tần số fo thì bao giờ nhạc cụ đó cũng phát ra một loại tần số 2fo, 3fo, 4fo…gọi là các họa âm thứ hai, thứ ba, thứ tư. Biên độ của nó lớn nhỏ tùy thuộc vào từng loại nhạc cụ. Tập hợp các họa âm sẽ tạo thành phổ của nhạc âm.

Tổng hợp các đồ thị dao động của 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. Đây cũng được xem là đặt tính vật lý thứ ba của sóng âm.

7. Đặc trưng sinh lí của âm

• Độ cao: Cảm giác về sự trầm bổng của âm được mô tả bằng khái niệm độ cao của âm. Thực tế thấy được âm có tần số càng lớn thì nghe càng cao, âm có tần số càng nhỏ thì nghe càng thấp. Vậy, độ cao của âm là một đặc trưng sinh lý gắn liền với tần số âm.
• Độ to: gắn liền với mức cường độ âm. Nó chỉ là một khái niệm nói về đặc trưng sinh lí của âm gắn liền với đặc trưng vật lí mức cường độ âm.
• Âm sắc: có sự liên quan mật thiết giữa âm sắc và đồ thị dao động âm. Đồng thời, nó còn là đặc trưng sinh lí, giúp phân biệt âm từ các nguồn khác nhau phát ra.

Trên đây là những lý thuyết tổng hợp về sóng âm là gì? Và những đặc tính của sóng âm trong từng loại môi trường và các tính chất vật lý của nó. Hy vọng bài viết này cung cấp cho bạn những thông tin bổ ích về sóng âm nhé!

Xem thêm: Top 10 Vật liệu tiêu âm cách âm tốt nhất