Sóng âm là một trong những sóng cơ bản, thường xuyên xuất hiện trong đề thi Vật lý THPT dưới dạng câu hỏi trắc nghiệm và lý thuyết đơn giản. Việc nắm bắt được khái niệm cơ bản về sóng âm và khả năng truyền âm của nó qua các môi trường. Bạn chắc chắn đã có những điểm câu dễ cho đề thi THPT quốc gia. Ở bài viết hôm nay, hãy cùng nhau tìm hiểu những lý thuyết cơ bản về sóng âm và khi sóng âm truyền từ môi trường không khí vào môi trường nước thì các đại lượng nào sẽ giữ nguyên, các đại lượng nào sẽ thay đổi.
Sóng âm là gì?
Sóng âm được định nghĩa là sóng cơ lan truyền trong môi trường vật chất (rắn, lỏng, khí). Sống âm không truyền được trong môi trường chân không.
Phân loại âm:
- Nhạc âm được xác định là những âm có tần số xác định. Âm thanh có thể do các nhạc cụ phát ra, tiếng nói, tiếng hát của con người là các nhạc âm.
- Tạp âm được xác định là những âm không có tần số xác định.
Âm nghe được, siêu âm, hạ âm
- Âm nghe được có tần số trong phạm vi từ 16 Hz đến 20000 Hz và gây ra cảm giác âm ở tai người.
Các âm mà ta nghe được trong không gian này có cùng cường độ âm. Tuy nhiên, tai ta sẽ nghe âm thanh to và rõ những âm có tần số trong phạm vi trên dưới 1000 Hz. Với âm thấp hơn 500 Hz hoặc cao hơn 5000 Hz ta nghe nhỏ hơn. Nguyên nhân do khả năng nghe của tai ta với những tần số này kém hơn, đồng thời khả năng đáp ứng của các thiết bị (mạch khuếch đại, loa….) cũng kém hơn.
Tai ta không phải lúc nào cũng nghe được tất cả các âm từ 16 Hz đến 20000 Hz mà còn phụ thuộc vào các yếu tố đặc tính cấu tạo sinh lý của tai (như màng nhĩ, …) nên khả năng nhận được cảm giác âm của từng người khác nhau có thể khác nhau.
- Hạ âm là những âm có tần số nhỏ hơn 16 Hz, tai người bình thường không nghe được.
- Siêu âm là những âm có tần số lớn hơn 20000 Hz, tai người bình thường không nghe được. Thường là âm thanh giao tiếp của dơi hoặc cá heo.
Khi sóng âm truyền từ môi trường không khí vào môi trường nước thì
Quá trình truyền âm cũng được gọi là quá trình làm lan truyền dao động âm. Quá trình truyền âm là một quá trình sóng nên có các đặc điểm cơ bản:
- Trong môi trường đồng tính thì âm truyền đi với vận tốc không đổi.
- Tốc độ truyền âm có sự phụ thuộc vào tính chất của môi trường (bản chất, tính đàn hồi, mật độ, nhiệt độ, ..). Tóm lại tốc độ truyền âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng, trong chất lỏng lớn hơn trong chất khí: V rắn > V lỏng> V khí. Những vật liệu không cho sóng âm truyền qua hay khả năng truyền qua là ít gọi là vật liệu cách âm. Những vật liệu mà sóng âm truyền qua được nhưng một phần sóng âm bị tiêu hao mất (chuyển sang dạng năng lượng khác) được gọi là vật liệu tiêu âm.
- Khi sóng âm được truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số (và do đó chu kỳ) của sóng không đổi.
Âm cơ bản và họa âm
Ví dụ khi một sợi dây đàn ghi ta rung thì nó phát ra âm do trên dây có xảy ra hiện tượng sóng dừng.
Nếu dây rung cường độ một bó sóng thì dây phát ra âm có tần số thấp nhất (tần số f min trong bài Sóng dừng). Ta đặt tên cho tần số này là tần số fo và gọi là âm cơ bản (còn gọi là họa âm thứ 1).
Qua khảo sát thực nghiệm cho thấy dây này còn phát ra các âm có tần số 2fo, 3fo, 4fo …. Lần lượt gọi là họa âm thứ 2, họa âm thứ 3, họa âm thứ 4, … Các họa âm có biên độ khác nhau sẽ khiến đồ thị dao động âm của các nhạc cụ khi phát ra cùng một nốt nhạc cũng khác nhau. Sự khác nhau này giúp người nghe phân biệt được bởi âm sắc của chúng.
Những kiến thức về sóng âm là vô cùng cần thiết trong việc giải quyết và phân biệt được các bài toán về sóng cơ và sóng âm khác nhau. Tính toán được các đại lượng và bài toán liên quan. Đặc biệt, khi sóng âm truyền từ môi trường không khí vào môi trường nước thì tần số và chu kỳ của sóng không đổi.
