Âm là một hiện tượng vật lí liên quan đến dao động và truyền sóng của các phân tử trong một môi trường. Âm có thể được cảm nhận bởi tai người hoặc các thiết bị phát hiện âm khác. Âm có nhiều đặc trưng vật lí khác nhau, như tần số, biên độ, pha, cường độ, tốc độ truyền và tín hiệu.
Trong bài viết này, hãy cùng Huanluyenantoanlaodong sẽ tìm hiểu về Các Đặc Trưng Vật Lí Của Âm.
Thông tin về Các Đặc Trưng Vật Lí Của Âm
Tần số
Tần số của âm là số lần dao động của phân tử trong một giây. Tần số được đo bằng đơn vị Hertz (Hz) hoặc kilohertz (kHz). Tần số quyết định cao độ của âm, tức là cảm giác cao thấp của âm khi nghe. Âm có tần số cao thì có cao độ cao, âm có tần số thấp thì có cao độ thấp. Ví dụ, tiếng chuông có tần số cao hơn tiếng trống.
Tần số của âm cũng phụ thuộc vào nguồn phát âm và môi trường truyền âm. Nguồn phát âm càng dao động nhanh thì tạo ra âm càng cao tần, ngược lại càng dao động chậm thì tạo ra âm càng thấp tần. Môi trường truyền âm cũng ảnh hưởng đến tần số của âm do hiện tượng nhiễu xạ, khúc xạ và phản xạ. Ví dụ, khi tiếng xe lửa tiến gần người nghe thì tần số của tiếng xe lửa sẽ tăng lên do hiện tượng nhiễu xạ, khi tiếng xe lửa xa dần người nghe thì tần số của tiếng xe lửa sẽ giảm xuống.
Tài nghe có thể nghe được các âm có tần số trong khoảng từ 20 Hz đến 20 kHz. Các âm có tần số dưới 20 Hz được gọi là siêu âm thấp (infrasound), các âm có tần số trên 20 kHz được gọi là siêu âm cao (ultrasound). Các loài động vật khác nhau có khả năng nghe các âm khác nhau. Ví dụ, chó có thể nghe được các âm có tần số lên đến 40 kHz, dơi có thể nghe được các âm có tần số lên đến 200 kHz.
Biên độ
Biên độ của âm là khoảng cách lớn nhất từ vị trí cân bằng đến vị trí dao động của phân tử trong một chu kì dao động. Biên độ được đo bằng đơn vị mét (m) hoặc nanomet (nm). Biên độ quyết định cường độ của âm, tức là cảm giác to nhỏ của âm khi nghe. Âm có biên độ lớn thì có cường độ lớn, âm có biên độ nhỏ thì có cường độ nhỏ. Ví dụ, tiếng nói to có biên độ lớn hơn tiếng nói nhỏ.
Biên độ của âm cũng phụ thuộc vào nguồn phát âm và môi trường truyền âm. Nguồn phát âm càng dao động mạnh thì tạo ra âm càng có biên độ lớn, ngược lại càng dao động nhẹ thì tạo ra âm càng có biên độ nhỏ. Môi trường truyền âm cũng ảnh hưởng đến biên độ của âm do hiện tượng suy giảm, cộng hưởng và giao thoa. Ví dụ, khi âm truyền qua không khí thì biên độ của âm sẽ giảm dần do suy giảm, khi âm truyền qua một vật rung cùng tần số thì biên độ của âm sẽ tăng lên do cộng hưởng, khi hai âm có cùng tần số gặp nhau thì biên độ của âm sẽ thay đổi do giao thoa.
Pha
Pha của âm là góc quay của phân tử so với vị trí cân bằng trong một chu kì dao động. Pha được đo bằng đơn vị radian (rad) hoặc độ (°). Pha quyết định hướng dao động của phân tử, tức là phân tử dao động theo chiều dương hay chiều âm so với vị trí cân bằng. Âm có pha bằng 0° hoặc 360° thì có hướng dao động dương, âm có pha bằng 180° thì có hướng dao động âm, âm có pha bằng 90° hoặc 270° thì có hướng dao động vuông góc với vị trí cân bằng.
Pha của âm cũng phụ thuộc vào nguồn phát âm và môi trường truyền âm. Nguồn phát âm càng dao động nhanh thì tạo ra âm càng có pha thay đổi nhanh, ngược lại càng dao động chậm thì tạo ra âm càng có pha thay đổi chậm. Môi trường truyền âm cũng ảnh hưởng đến pha của âm do hiện tượng giao thoa và phản xạ. Ví dụ, khi hai âm có cùng tần số và biên độ gặp nhau thì pha của âm sẽ quyết định sự cộng hay trừ của biên độ, khi một âm phản xạ từ một mặt phẳng cứng thì pha của âm sẽ bị lệch 180° so với ban đầu.
Cường độ
Cường độ của âm là năng lượng truyền qua một diện tích đơn vị trong một giây. Cường độ được đo bằng đơn vị watt trên mét vuông (W/m2). Cường độ quyết định áp suất của âm, tức là lực tác dụng lên một diện tích đơn vị do dao động của phân tử. Âm có cường độ lớn thì có áp suất lớn, âm có cường độ nhỏ thì có áp suất nhỏ. Ví dụ, tiếng nổ bom có cường độ lớn hơn tiếng ve kêu.
Tốc độ truyền
Tốc độ truyền của âm là khoảng cách mà âm truyền được trong một giây. Tốc độ truyền được đo bằng đơn vị mét trên giây (m/s). Tốc độ truyền quyết định thời gian mà âm đi từ nguồn phát đến người nghe. Âm có tốc độ truyền cao thì có thời gian đi ngắn, âm có tốc độ truyền thấp thì có thời gian đi dài. Ví dụ, tiếng sét có tốc độ truyền cao hơn tiếng chớp.
Tốc độ truyền của âm cũng phụ thuộc vào môi trường truyền âm. Môi trường truyền âm càng có khối lượng riêng lớn và đàn hồi cao thì tốc độ truyền âm càng cao, ngược lại càng có khối lượng riêng nhỏ và đàn hồi thấp thì tốc độ truyền âm càng thấp. Ví dụ, tốc độ truyền âm trong thép là khoảng 6000 m/s, trong nước là khoảng 1500 m/s, trong không khí là khoảng 340 m/s.
Tín hiệu
Tín hiệu của âm là biểu diễn của âm theo dạng sóng hoặc dạng phổ. Tín hiệu của âm được đo bằng các thiết bị phát hiện âm, như micro, máy ghi âm, máy phân tích âm. Tín hiệu của âm quyết định hình dạng và thành phần của âm, tức là sự biến thiên của biên độ và tần số theo thời gian. Âm có tín hiệu khác nhau thì có hình dạng và thành phần khác nhau. Ví dụ, tiếng nói có tín hiệu phức tạp hơn tiếng còi.
Tín hiệu của âm cũng phụ thuộc vào nguồn phát âm và môi trường truyền âm. Nguồn phát âm càng dao động phức tạp và không đều thì tạo ra âm càng có tín hiệu phức tạp và không đều, ngược lại càng dao động đơn giản và đều thì tạo ra âm càng có tín hiệu đơn giản và đều. Môi trường truyền âm cũng ảnh hưởng đến tín hiệu của âm do hiện tượng biến dạng, nhiễu loạn và lọc bỏ. Ví dụ, khi âm truyền qua một vật cản thì tín hiệu của âm sẽ bị biến dạng do mất một số thành phần tần số.
Tại sao các loài động vật có khả năng nghe âm thanh khác nhau?
Các loài động vật có khả năng nghe âm thanh khác nhau vì chúng có cấu tạo và chức năng của tai khác nhau. Tai là cơ quan thính giác, giúp cảm nhận và phân biệt các dao động của môi trường. Tai của động vật bao gồm ba phần chính: tai ngoài, tai giữa và tai trong. Mỗi phần có vai trò quan trọng trong việc thu nhận, truyền và chuyển đổi âm thanh thành các xung thần kinh để gửi đến não.
Tai ngoài là phần hình thành bởi vành tai và ống tai. Vành tai có chức năng hứng bắt và tập trung các sóng âm vào ống tai. Ống tai có chức năng dẫn các sóng âm vào tai giữa. Các loài động vật có hình dạng và kích thước của vành tai khác nhau, tùy thuộc vào môi trường sống và nhu cầu nghe của chúng. Ví dụ, voi có đôi tai to để nghe được các âm thanh tần số thấp, dơi có đôi tai nhọn để nghe được các âm thanh tần số cao.
Tai giữa là phần hình thành bởi màng nhĩ và ba xương nhĩ: búa, đe và bàn chải. Màng nhĩ có chức năng rung theo dao động của sóng âm từ ống tai. Ba xương nhĩ có chức năng truyền và khuếch đại dao động từ màng nhĩ sang tai trong. Các loài động vật có cấu tạo và hoạt động của tai giữa khác nhau, tùy thuộc vào mức độ phát triển và sự thích ứng của chúng. Ví dụ, cá trống không có màng nhĩ và ba xương nhĩ, mà sử dụng một bong bóng khí trong bụng để cảm nhận âm thanh
Tai trong là phần hình thành bởi ốc tai và các cơ quan cân bằng. Ốc tai có chức năng chuyển đổi dao động cơ học thành các xung điện để gửi đến não qua dây thần kinh thính giác. Các cơ quan cân bằng có chức năng duy trì sự thăng bằng của cơ thể khi di chuyển. Các loài động vật có kích thước và hình dạng của ốc tai khác nhau, tùy thuộc vào khả năng phân biệt các tần số âm thanh của chúng. Ví dụ, bướm Galleria Mellonella có ốc tai rất nhỏ nhưng lại có khả năng nghe được các âm thanh tần số rất cao
Tóm lại, các loài động vật có khả năng nghe âm thanh khác nhau vì chúng có sự khác biệt về cấu tạo và chức năng của tai. Tai là một cơ quan phức tạp, gồm ba phần: tai ngoài, tai giữa và tai trong. Mỗi phần đóng vai trò quan trọng trong việc thu nhận, truyền và chuyển đổi âm thanh thành các xung thần kinh để gửi đến não. Các loài động vật đã thích ứng với môi trường sống và nhu cầu nghe của chúng bằng cách điều chỉnh hình dạng, kích thước và hoạt động của từng phần của tai.
Trong bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu về các đặc trưng vật lí của âm và các thông tin liên quan. Các đặc trưng vật lí của âm bao gồm tần số, biên độ, pha, cường độ, tốc độ truyền và tín hiệu. Các thông tin liên quan bao gồm các ví dụ minh họa, các công thức tính toán và các ảnh chụp màn hình. Huanluyenantoanlaodong hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn có thêm kiến thức về âm và các ứng dụng của nó trong cuộc sống.
