Lý thuyết sóng âm

LÝ THUYẾT SÓNG ÂM

A. LÝ THUYẾT

1. Định nghĩa: Sóng âm là những sóng cơ lan truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí.

2. Phân loại sóng âm (Dựa vào tần số):

  - Sóng âm nghe được: Là sóng âm có tần số trong khoảng từ 16Hz đến 20000Hz gây ra cảm giác thính giác.

  - Sóng siêu âm: Là sóng âm mà có tần số lớn hơn 20000Hz không gây ra cảm giác thính giác ở người.

  - Sóng hạ âm: Là sóng âm mà có tần số nhỏ hơn 16Hz không gây ra cảm giác thính giác ở người.

  - Nhạc âm và tạp âm: Nhạc âm là âm có tần số xác định (VD.mỗi nốt nhạc Đồ, rê, mi, fa, sol, la, si, đô là nhạc âm). Tạp âm là âm có tần số không xác định (tiếng trống, tiếng cồng chiêng, tiếng ồn ào ngoài phố…)

  Chú ý: trong chất lỏng và chất khí sóng âm là sóng dọc còn trong chất rắn sóng âm gồm cả sóng ngang và sóng dọc

3. Các đặc trưng vật lý của sóng âm: Là các đặc trưng có tính khách quan định lượng, có thể đo đạc tính toán được. Bao gồm các đại lượng như: Chu kì, tần số, biên độ, năng lượng, cường độ, mức cường độ, đồ thị…

  a. Cường độ âm I(W/m²): \(I=\frac{E}{t.S}=\frac{P}{S}\) . Với E(J), P(W) là năng lượng, công suất phát âm của nguồn; S (m²) là diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm (với sóng cầu thì S là diện tích mặt cầu S = 4πR²)

  b.Mức cường độ âm: \(L_{(B)}=log\frac{I}{I_{0}}\) hoặc \(L_{(dB)}=10.log\frac{I}{I_{0}}\) (công thức thường dùng)

  (Ở tần số âm ƒ = 1000Hz thì I₀ = 10^-12 W/m² gọi là cường độ âm chuẩn)

  Chú ý: Để cảm nhận được âm thì cường độ âm âm I  ≥ I₀ hay mức cường độ âm ℓ ³ 0

  c. Công thức suy luận: Trong môi trường truyền âm, xét 2 điểm A và B có khoảng cách tới nguồn âm lần lượt là R_A và R_B, ta đặt n = \(log\frac{R_{A}}{R_{B}}\)  khi đó: I_B = 10²ⁿ.I_A và L_B = L_A + 20.n (dB)

4. Các đặc trưng sinh lý của âm: Là các đặc trưng có tính chủ quan định tính, do sự cảm nhận của thính giác người nghe. Bao gồm: Độ to, độ cao, âm sắc…

C. BÀI TẬP TỰ LUYỆN

Câu 1: Cho hai nguồn sóng âm kết hợp A, B đặt cách nhau 2 m dao động cùng pha nhau. Di chuyển trên đoạn AB, người ta thấy có 5 vị trí âm có độ to cực đại. Cho biết tốc độ truyền âm trong không khí là 350 m/s. Tần số f của nguồn âm có giá trị thoả mãn

 A.350 Hz £ f  < 525 Hz.                                         B.175 Hz < f < 262,5 Hz. 

C.350 Hz < f < 525 Hz.                                           D.175 Hz £ f  <  262,5 Hz.

Câu 2: Cột khí trong ống thuỷ tinh có độ cao l có thể thay đổi được nhờ điều chỉnh mực nước trong ống. Đặt một âm thoa trên miệng ống thuỷ tinh đó. Khi âm thoa dao động, nó phát ra âm cơ bản, ta thấy trong cột khí có một sóng dừng ổn định. Khi độ cao của cột khí nhỏ nhất l₀= 13cm ta nghe được âm to nhất, biết đầu A hở là một bụng sóng, đầu B là nút, tốc độ truyền âm là 340m/s. Tần số âm do âm thoa phát ra là:
   A. 563,8Hz                   B. 658Hz                           C. 653,8Hz                      D. 365,8Hz

Câu 3: Trong buổi hòa nhạc được tổ chức ở Nhà Hát lớn Hà Nội nhân dịp kỉ niệm 1000 năm Thăng Long. Một người ngồi dưới khán đài nghe được âm do một chiếc đàn giao hưởng phát ra có mức cường độ âm 12 dB. Khi dàn nhạc giao hưởng thực hiện bản hợp xướng người đó cảm nhận được âm là 2,376 B. Hỏi dàn nhạc giao hưởng đó có bao nhiêu người?

A. 8 người.                    B. 18 người.                      C. 12. người.                   D. 15 người.

Câu 4: Một nguồn âm được coi là nguồn điểm phát sóng cầu và môi trường không hấp thụ âm. Tại một vị trí sóng âm có biên độ 0,12mm có cường độ âm tại điểm đó bằng 1,80W/m². Hỏi tại vị trí sóng có biên độ bằng 0,36mm thì sẽ có cường độ âm tại điểm đó bằng bao nhiêu ?

  A. 0,60W/m²                B. 2,70W/m²                     C. 5,40W/m²                 D. 16,2W/m²

Câu 5:   Một nguồn âm S phát ra âm có tần số xác định. Năng lượng âm truyền đi phân phối đều trên mặt cầu tâm S bán kính d. Bỏ qua sự phản xạ của sóng âm trên mặt đất và các vật cản. Tai điểm A cách nguồn âm S 100 m, mức cường độ âm là 20 dB. Xác định vị trí điểm B để tại đó mức cường độ âm bằng 0.

A. 1000m.                         B. 100m.                            C. 10m.                         D. 1m.

Câu 6: Ba điểm A, B, C thuộc nửa đường thẳng từ A. Tại A đặt một nguồn phát âm đẳng hướng có công suất thay đổi. Khi P = P₁ thì mức cường độ âm tại B là 60 dB, tại C là 20dB. Khi P = P₂ thì mức cường độ âm tại B là 90 dB và mức cường độ âm tại C là
A. 50dB                              B. 60dB                             C. 10dB                          D. 40dB

Câu 7: Ba điểm O, M, N cùng nằm trên một nửa đường thẳng xuất phát từ O. Tại O đặt một nguồn điểm phát sóng âm đẳng hướng ra không gian, môi trường không hấp thụ âm. Mức cường độ âm tại M là 70 dB, tại N là 30dB. Nếu chuyển nguồn âm đó sang vị trí M thì mức cường độ âm tại trung điểm MN khi đó là

A. 36,1 dB.                       B. 41,2 dB.                        C. 33,4 dB.                      D. 42,1 dB.

Câu 8: Một nguồn âm P phát ra âm đẳng hướng. Hai điểm A, B nằm cùng trên một phương truyền sóng có mức cường độ âm lần lượt là 40dB và 30dB. Điểm M nằm trong môi trường truyền sóng sao cho ∆AMB vuông cân ở A. Xác định mức cường độ âm tại M?
A. 37,54dB                       B. 32,46dB                         C. 35,54dB                      D. 38,46dB