Sóng c Ch  IV. Sóng âm
Thy inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qung Ngãi Trang 1
CH  IV. SÓNG ÂM
A. TÓM TT KIN THC C BN
1. Ngun gc ca âm và cm giác v âm
- Nhng vt dao ng và phát ra âm c gi là ngun âm. Ví d nh dây àn c gãy,
mt trng c gõ, …
- Vt dao ng làm cho lp không khí bên cnh ln lt b nén ri b dãn. Không khí b
nén hay b dãn thì làm xut hin lc àn hi khin cho dao ng ó c truyn cho các
phn t không khí xa hn. Dao ng c truyn i trong không khí to thành sóng gi là
sóng âm, có cùng tn s vi ngun âm.
- Sóng âm truyn qua không khí, lt vào tai ta, gp màng nh, tác dng lên màng nh làm
cho nó dao ng. Dao ng ca màng nh li c truyn n các u dây thn kinh thính
giác, làm cho ta có cm giác v âm.
- Cm giác v âm ph thuc vào ngun âm và tai ngi nghe.
- Tai con ngi có th cm nhn c nhng sóng âm có tn s trong khong t 16 Hz
n 20 000 Hz.
- Nhng âm có tn s ln hn 20 000 Hz gi là siêu âm và nhng âm có tn s nh hn
16 Hz gi là h âm.
- Sóng âm là nhng sóng c truyn
trong các môi trng khí, lng, rn.
Sóng âm không truyn c trong chân
không.
- Thng thì tc  truyn âm trong
cht r n ln hn trong cht lng và trong
cht lng ln hn trong cht khí.
- Trong cht khí và cht lng, sóng
âm là sóng dc.
- Trong cht r n, sóng âm gm c
sóng dc và sóng ngang.
2. Nhc âm và tp âm
- Âm do các nhc c phát ra nghe êm
ái, d! chu,  th ca chúng là nhng
ng cong tun hoàn có tn s xác
nh. Chúng c gi là nhc âm.
- Ting gõ tm kim loi nghe chói tai,
gây cm giác khó chu,  th ca chúng
là nhng ng cong không tun hoàn,
không có tn s xác nh. Chúng c
gi là tp âm.
3. Nhng c trng vt lí ca âm
a. Tn s âm
Tn s là mt trong nhng c trng
vt lí quan trng nht ca âm.
Ví d : Âm la3 có tn s 440 Hz, âm
do4 có tn s 528 Hz.
t
O
x
 th dao ng ca âm phát
ra khi gõ vào tm kim loi
Âm thoa
 th dao ng ca các âm phát ra
t âm thoa, ghita, viôlon
Ghita
Viôlon
Sóng c Ch  IV. Sóng âm
Thy inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qung Ngãi Trang 2
b. Cng  âm và mc cng  âm
- Cng  âm I ti mt im là i lng o b"ng n#ng lng mà sóng âm truyn qua
mt n v din tích t ti im ó, vuông góc vi phng truyn sóng trong mt n v
thi gian. n v cng  âm là oát trên mét vuông, kí hiu là W/m2.
- Khi cng  âm t#ng lên 10n thì cm giác v  to ca âm ch$ t#ng lên n ln. Vì vy,
 c trng cho cm giác v  to ca âm i vi tai con ngi thì ngi ta a ra nh
ngha v m%c cng  âm.
Mc cng  âm L là i lng  so sánh  to ca âm nghe c có cng I vi
 to ca âm chu&n có cng  I0, c nh ngha theo công th%c :
0
lg I
I
L=
M%c cng  âm c tính b"ng n v Ben, kí hiu là B.
Chn âm có tn s b"ng 1 000 Hz làm âm chu&n, khi ó cng  âm chu&n có giá tr
b"ng I0 = 10-12 W/m2 tng %ng vi m%c cng  âm b"ng 01lglg
0
=== I
I
LB và cng
 âm mnh nht làm cho tai con ngi nh%c nhi, au n có giá tr b"ng I = 10 W/m2
tng %ng vi m%c cng  âm b"ng 1310lglg 13
0
=== I
I
LB.
Tai con ngi có th phân bit c hai âm có m%c cng  chênh lch nhau 0,1 B. Bi
vy, ngi ta dùng mt c ca ben là êxiben, kí hiu là dB. Ta có :
1 B = 10 dB
Do ó, khi dùng n v êxiben (dB) thì m%c cng  âm c tính bi công th%c :
0
lg10)( I
I
dBL =
c. Âm c bn và ho âm
Khi cho mt nhc c phát ra âm có tn s f0 thì nhc c ó c'ng ng thi phát ra âm có
tn s 2f0, 3f0, 4f0, … có cng  khác nhau. Âm có tn s f0 gi là âm c bn hay ho âm
th nht. Các âm có tn s 2f0, 3f0, 4f0, … c gi là các ho âm th hai, ho âm th ba,
ho âm th t, …
T(ng hp  th dao ng ca tt c các ho âm trong mt nhc âm ta c  th dao
ng ca nhc âm ó.
 th dao ng ca cùng mt nhc âm do các nhc c khác
nhau phát ra thì khác nhau.
Vy,  th dao ng ca âm là mt c trng vt lí ca âm.
4. Nhng c trng sinh lí ca âm
Khi sóng âm tác dng vào tai ta thì m)i c trng vt lí ca
âm (tn s, cng  âm, m%c cng  âm,  th dao ng)
gây ra mt loi cm giác riêng, gi là c trng sinh lí ca âm
( cao,  to, âm s c).
a.  cao ca âm
 cao ca âm là mt c trng sinh lí ca âm g n lin vi
tn s âm. Âm có tn s càng ln thì càng cao (âm b(ng), âm có
tn s càng nh thì càng thp (âm trm).
Hình bên là  th dao ng ca âm trm và âm b(ng.
Âm trm có tn s nh
Âm b(ng có tn s ln
 th dao ng ca
âm có tn s nh và
â
m c
ó
t
n
s
l
n
Sóng c Ch  IV. Sóng âm
Thy inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qung Ngãi Trang 3
b. Âm sc
Âm s c là mt c trng sinh lí ca âm, giúp ta phân bit âm do các ngun khác nhau
phát ra. Âm s c có liên quan mt thit vi  th dao ng âm.
c.  to
Âm có cng  càng ln thì nghe càng to. Tuy nhiên, cm giác v  to ca âm li
không t#ng t$ l thun vi cng  âm, mà t#ng theo m%c cng  âm. Nhng ta không
th ly m%c cng  âm làm s o to ca âm c vì khi o c m%c cng  âm ta
không loi tr kh n#ng có c h âm và siêu âm tác ng vào máy o.
Vì vy,  to ch là mt khái nim nói v c trng sinh lí ca âm gn lin vi c trng
vt lí là mc cng  âm.
5. Gii hn nghe ca tai ngi
 gây ra cm giác âm thì cng  âm phi ln hn mt giá tr cc tiu nào ó gi là
ngng nghe. Ng*ng nghe li thay (i theo tn s ca âm. Ví d, âm có tn s trong
khong t 1 000 Hz n 1 500 Hz thì ng*ng nghe vào khong 0 dB, âm có tn s 50 Hz thì
ng*ng nghe là 50 dB.
Cm giác nghe âm to hay nh không nhng ph thuc vào cng  âm mà còn ph
thuc tn s ca âm. Vi cùng mt cng , tai ngi nghe c âm có tn s cao s+ to
hn âm có tn s thp. Do ó, phát thanh viên n nói nghe rõ hn phát thanh viên nam.
Khi cng  âm lên ti 10 W/m2 %ng vi m%c cng  âm 130 dB thì sóng âm vi
mi tn s gây cho tai ta cm giác nh%c nhi, au n. Giá tr cc i ca cng  âm mà
tai ngi còn có th chu ng c gi là ngng au. Ng*ng au %ng vi m%c cng 
âm là 130 dB và hu nh không ph thuc vào tn s ca âm.
6. Ngun nhc âm
a. Dây àn hai u c nh
Dây àn hai u c nh, chiu dài l, c kéo c#ng b"ng mt lc không (i, ch$ xy ra
sóng dng vi tn s :
l
nvv
f
2
==
λ
vi n = 1, 2, 3, …
Vi n = 1, thì sóng dng trên dây có 2 nút và
1 bng, âm phát ra có tn s l
v
f
2
1= c gi là
âm c bn hay ho âm th nht.
Vi n = 2, thì sóng dng trên dây có 3 nút và
2 bng, âm phát ra có tn s l
v
f=
2 c gi là
ho âm bc hai.
Vi n = 3, thì sóng dng trên dây có 4 nút và
3 bng, âm phát ra có tn s l
v
f
2
3
3= c gi là
ho âm bc ba, …
Nh vy, trên dây àn ng thi lan truyn nhiu dao ng iu hoà có tn s là mt s
nguyên ln tn s âm c bn. T(ng hp nhng dao ng ó ta c mt dao ng tun hoàn
ph%c tp có cùng tn s vi âm c bn.
Âm c bn
Ho âm bc 2
Ho âm bc 3
Các loi sóng dng có th
hình thành trên dây àn có
chiu dài l, hai u c nh
Sóng c Ch  IV. Sóng âm
Thy inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qung Ngãi Trang 4
Ch,ng hn, b"ng cách
cng các li  các thi im
khác nhau, ta tìm c  th dao
ng t(ng hp ca hai dao ng
iu hoà, trong ó có mt dao
ng có tn s b"ng mt s
nguyên ln tn s ca dao ng
th% hai. Dao ng t(ng hp có
tn s b"ng tn s nh nht,
nhng có dng  th là mt
ng tun hoàn ph%c tp (hình
bên).
Vy thì hai nhc c cùng phát ra cùng mt âm c bn, nhng có các ho âm khác nhau
thì âm t(ng hp s+ có cùng tn s (cùng  cao), nhng có dng  th khác nhau nên có âm
s c khác nhau.
b. ng sáo
-ng sáo có mt u kín, mt u h, có chiu dài l, ch$ xy ra sóng dng vi tn s :
l
mvv
f
4
==
λ
vi m = 1, 3, 5, …
Vi m = 1, thì sóng dng trên ng sáo
có 1 nút và 1 bng, âm phát ra có tn s
l
v
f
4
1= c gi là âm c bn hay ho
âm th nht.
Vi m = 3, thì sóng dng trên ng sáo
có 2 nút và 2 bng, âm phát ra có tn s
l
v
f
4
3
3= c gi là ho âm bc ba.
Vi m = 5, thì sóng dng trên ng sáo
có 3 nút và 3 bng, âm phát ra có tn s
l
v
f
4
5
5= c gi là ho âm bc nm, …
Nh vy, ng sáo mt u kín, mt u h ch$ có th phát ra các ho âm có s bc l. (có
tn s b"ng mt s nguyên l. ca tn s âm c bn). Chiu dài ng sáo càng ln thì âm phát
ra có tn s càng nh, ngha là âm phát ra càng trm.
7. Hp cng hng
Hp cng hng có tác dng làm t#ng cng âm c bn và mt s ho âm nhng không
làm thay (i tn s ca nhc âm.
Âm c bn
Ho âm bc 3
Ho âm bc 5
Biu din sóng dng trong
mt ng sáo có mt u kín,
mt u h
Dao ng có tn s f1
Dao ng có tn s f2 = 2f1
Dao ng t(ng hp
O
t
x
Dao ng tng h p ca hai dao ng
iu hoà có tn s f1 và f2 = 2f1
Sóng c Ch  IV. Sóng âm
Thy inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qung Ngãi Trang 5
B. MT S BÀI TP
Bài 1. Các tâm ng t phát ra nhng sóng âm trong Trái t. Không ging nh trong
cht khí, ây có c hai loi sóng là sóng âm ngang (S) và sóng âm dc (P) trong cht r n.
Giá tr tiêu biu ca tc  sóng ngang (S) là vào khong 4,5 km/s và tc  sóng dc (P) là
vào khong 8,0 km/s. Mt máy ghi a chn ghi các sóng (P) và (S) t mt tâm ng t.
Các sóng (P) u tiên n trc 3,0 phút so vi các sóng (S) u tiên. Gi s r"ng các sóng
truyn theo mt ng th,ng, hi ng t xy ra cách xa bao nhiêu ?
Bài gii :
Kí hiu v1 và v2 ln lt là tc  truyn sóng trong Trái t ca sóng ngang (S) và sóng
dc (P), d là khong cách t tâm ng t n máy ghi a chn.
Thi gian truyn t tâm ng t n máy ghi a chn ca sóng ngang (S) và sóng dc
(P) ln lt là :
1
1v
d
t=
và
2
2v
d
t=
Theo  : 0,3
21
=
∆
=
−
ttt phút 180
=
s
Suy ra : t
v
d
v
d∆=−
21
Hay 1851180.
5,40,8
0,8.5,4
.
12
21 ≈
−
=∆
−
=t
vv
vv
d km
Bài 2. Mt sóng âm có dng hình cu c phát ra t ngun có công sut 25 W. Gi s
r"ng n#ng lng sóng âm phát ra c bo toàn.
a) Tính cng  âm ti mt im cách ngun 1,0 m và ti mt im cách ngun 2,5 m.
b) t tai ti v trí cách ngun âm bao nhiêu thì nghe thy nh%c nhi, au n ? Ly
ng*ng nghe là 10 W/m2.
Bài gii :
a) N#ng lng sóng âm c phân b u trên din tích mt sóng S là mt cu có bán
kính R và có tâm là ngun âm :
2
4RS
π
=
Cng  âm I ti v trí cách ngun âm khong R là n#ng lng âm gi qua mt cu S
(có bán kính R, tâm là ngun âm) trong thi gian mt giây nên ta có :
2
4
R
P
I
π
=, P là công sut ca ngun âm
Cng  âm I1 ti im cách ngun on R1 = 1,0 m là :
99,1
0,1.4
25
422
1
1≈==
ππ
R
P
I W/m2
Cng  âm I2 ti im cách ngun on R2 = 2,5 m là :
318,0
5,2.4
25
422
2
1≈==
ππ
R
P
I W/m2
b) Khong cách t ngun âm n v trí t tai mà tai nghe nh%c nhi, au n là :
14,0
10.4
25
422 ≈==
ππ
I
P
R m = 14 cm