Bồi dưỡng giáo viên giảng dạy Khoa học tự nhiên THCS
ÂM THANH
Phạm Đỗ Chung Bộ môn Vật lí chất rắn – Điện tử Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội 136 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020
Khoa học tự nhiên THCS
Chương 2: Sóng âm truyền trong các môi trường, các đặc trưng của sóng âm
1. Sóng âm, Sự lan truyền sóng âm 2. Các đặc trưng của sóng âm 3. Một số hiện tượng đơn giản về sóng âm
2
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020
Cường độ và mức cường độ âm
Cường độ của sóng âm được định nghĩa là tố độ trung bình mà năng lượng được
C
ô
n
g
s
u
ấ
t
I = P/A [W/m2]
I
kx
=
-
tw
2 2 srw= v m
nt: (
)
chuyển qua một đơn vị diện tích vuông góc với đường truyền sóng.
1 2
Tiết diện ngang Displacenme ( ) s om s x t , c s
Cường độ âm cũng có mối liên hệ trực tiếp với biên độ dao động của các phần tử
3
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020
không khí được biểu diễn bởi phương trình sóng âm s(x,t)
Cường độ âm thay đổi theo khoảng cách
I
=
2
sP rp 4
b
=
( ) 10 dB log
I I
0
12
2
I
W/m
=
0
- 10 where reference intensity Trong đó I0 là cường độ âm tiêu chuẩn
12
2
-
where reference intensity
I
10
W/m
=
0
I Một số mức cường độ âm (dB) ( ) 10 dB log b = Ngưỡng nghe 0 I 0 10 Lá cây xào xạc Nói chuyện 60 110 Nhạc Rock 120 Ngưỡng đau
4
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020
Mức cường độ âm b :
Các nguồn nhạc âm
Sóng âm trong ông sáo
Nhạc âm có thể được tạo ra do các dây dao động (ghita, piano), các màng (trống, chiêng), các cột không khí (sáo, kèn)
Nút sóng
Hình vẽ bên trái là mode dao động cơ bản nhất trong ống sáo.
for pipe with two open ends lowest frequency, longest wavelength mode: fundamental or first harmonic
L
2
L
= ® =
l
=
l 2
L 2 1
5
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020
Các mode dao động bậc cao hơn (các họa âm) sẽ thỏa mãn điều kiện:
Họa âm
Lưu ý:
Trong một ống có hai đầu hở thì mọi họa âm đều có thể tồn tại (a)
6
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020
Với ống chỉ có một đầu hở thì chỉ các họa âm bậc lẻ mới có thể tồn tại (b)
Dải tần số của một số nhạc cụ
Chiều dài của nhạc cụ phản ánh vùng tần số mà nhạc cụ hoạt động: nhạc cụ càng dài càng phát ra âm trầm, càng ngắn thì cho tần số càng cao.
7
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020
(So sánh âm vực của Bass vs Violin)
Họa âm
Tại sao hai nhạc cụ khác nhau phá cùng một nốt nhạc (cùng tần số)
nhưng ta nghe được hai âm thanh khác nhau?
T
T
Sáo
Kèn Ô-boa
8
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020
Một nhạc cụ khi phát ra một nốt nhạc thường phát ra âm cơ bản và một vài họa âm bậc cao. Vì số lượng, cường độ các họa âm bậc cao khác nhau nên tạo cho mỗi nhạc cụ một âm sắc riêng biệt.
Phách Nếu hai âm có tần số gần nhau thì khi kết hợp với nhau (giao thoa) sẽ tạo ra hiện tượng phách, tức là hợp thành một âm có cường độ to nhỏ theo thời gian.
=
w
t w
( ) s t
Tần số của hiện tượng này gọi là tần số phách: fphách = f1-f2
[
] t ' cos
s 2 cos m
phách
phách
cos
' tw
9
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020
Hiệu ứng Doppler
Hiệu ứng Doppler là hiệu ứng mà người nghe cảm thấy tần số âm thanh của một
nguồn âm đi tới mình bị thay đổi khi nguồn phát âm hoặc người nghe chuyển động.
Tần số của âm thanh bị thay đổi do hiệu ứng Doppler phụ thuộc vào vận tốc của
f
'
f
(general Doppler effect)
=
v v
v D v
± ±
S
người nghe và nguồn phát:
Cho biết trong trường hợp
nào tần số âm tăng; trường
hợp nào tần số âm giảm do
10
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020
hiệu ứng Doppler?
Hiệu ứng Doppler
f
'
f
(general Doppler effect)
=
v v
v D v
± ±
S
detector moving,
source moving,
0
source stationary Sv® =
0
detector stationary Dv® =
v
D
f
'
f
=
f
'
f
=
v
v
v ±
S
v ± v
Trong trường hợp nguồn thu và nguồn phát âm chuyển động với cùng vector vận tốc
11
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020
thì tần số âm thu được có thay đổi không?
Vận tốc siêu thanh, sóng xung kích
Khi nguồn chuyển động với vận tốc lớn hơn vận tốc âm thanh (gọi là tốc đô siêu thanh)
what if Nếu
?
v>
Sv
thì lúc vượt qua sẽ tạo ra một tiếng nổ của sóng xung kích
if
v
'
!
f = ® = ¥
Sv
Nếu
sin
(Mach cone angle)
q =
=
v v
vt v t S
S
12
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020
Số Mach = vs /v Góc của nón Mach:
