Đặc Trưng Sinh Lý Của Âm Là Gì? Định Nghĩa, Ứng Dụng Và Ví Dụ Thực Tiễn

Mục Lục

Định nghĩa

Đặc trưng sinh lý của âm là những đặc trưng liên quan đến cảm nhận của con người về âm thanh. Ba đặc trưng sinh lý chính của âm là độ cao, độ to và âm sắc.

Ứng dụng và ví dụ thực tiễn

Ứng dụng

Trong âm nhạc: Phân biệt các loại nhạc cụ, giọng hát khác nhau dựa trên âm sắc.
Trong y học: Chẩn đoán bệnh qua âm thanh như tiếng thở, tiếng tim.
Trong kỹ thuật âm thanh: Thiết kế loa, micro, thiết bị âm thanh dựa trên các đặc trưng sinh lý của âm.

Ví dụ thực tiễn

Khi nghe cùng một nốt nhạc do đàn piano và đàn violin phát ra, ta có thể phân biệt được âm thanh của từng nhạc cụ nhờ âm sắc khác nhau của chúng.
Bác sĩ có thể phát hiện bất thường ở phổi bệnh nhân qua việc nghe tiếng thở bất thường.

Công thức

Công thức cơ bản

Độ cao của âm liên quan đến tần số f của âm:
$f = \frac{1}{T}$
Trong đó T là chu kỳ dao động âm.
Mức cường độ âm L đặc trưng cho độ to của âm:
$L = 10\log \frac{I}{I_0} \text{(dB)}$
Với I là cường độ âm và I0 = 10-12 W/m2 là cường độ âm chuẩn.

Công thức nâng cao

Công thức tính cường độ âm I theo biên độ dao động A:
$I = \frac{1}{2}\rho v\omega^2A^2$
Trong đó $\rho$ là mật độ môi trường, v là vận tốc truyền âm, $\omega$ là tần số góc.

Câu hỏi tư duy

Câu hỏi

Vì sao cùng một nốt nhạc do các nhạc cụ khác nhau phát ra lại có âm sắc khác nhau?
Mối liên hệ giữa đồ thị dao động âm và âm sắc là gì?

Trả lời

Cùng một nốt nhạc do các nhạc cụ khác nhau phát ra có âm sắc khác nhau là do sự khác biệt về tần số và biên độ của các họa âm. Mỗi nhạc cụ phát ra âm cơ bản và các họa âm với cường độ khác nhau, tạo nên đồ thị dao động âm đặc trưng cho từng nhạc cụ.
Âm sắc phụ thuộc vào dạng của đồ thị dao động âm. Các âm có cùng độ cao nhưng đồ thị dao động khác nhau sẽ có âm sắc khác nhau.

Bài tập

Bài tập cơ bản

Âm có tần số càng lớn thì độ cao của âm:
A. Càng cao B. Càng thấp C. Không đổi D. Phụ thuộc vào cường độ âm
Khi tăng cường độ âm gấp đôi thì mức cường độ âm tăng:
A. 2 dB B. 3 dB C. 6 dB D. 10 dB
Hai nhạc cụ phát ra âm cùng độ cao và độ to nhưng âm sắc khác nhau. Điều này là do:
A. Tần số âm khác nhau B. Biên độ dao động khác nhau
C. Đồ thị dao động âm khác nhau D. Vận tốc truyền âm khác nhau
Ngưỡng đau của âm tương ứng với cường độ âm khoảng:
A. 10-12 W/m2 B. 10-6 W/m2 C. 1 W/m2 D. 10 W/m2
Âm sắc giúp ta phân biệt được:
A. Độ cao của các âm B. Độ to của các âm
C. Nguồn phát ra âm D. Tốc độ truyền âm

Bài tập nâng cao

Một âm có mức cường độ là 60 dB. Cường độ âm này lớn hơn cường độ âm chuẩn bao nhiêu lần?
A. 103 lần B. 104 lần C. 105 lần D. 106 lần
Một âm có tần số 256 Hz. Âm này cao hơn âm có tần số 128 Hz bao nhiêu quãng tám (octave)?
A. 1 quãng tám B. 2 quãng tám C. 4 quãng tám D. 8 quãng tám
Hai âm có tần số lần lượt là 200 Hz và 600 Hz. Tỉ số độ cao của hai âm này xấp xỉ bằng:
A. 1/3 B. 2/3 C. 3/2 D. 3
Một sợi dây đàn có chiều dài 0,6 m, khối lượng 3 g, lực căng 100 N. Tần số âm cơ bản do dây phát ra là:
A. 50 Hz B. 100 Hz C. 200 Hz D. 400 Hz
Một âm có mức cường độ 80 dB. Để giảm mức cường độ âm xuống còn 50 dB thì cường độ âm phải giảm đi bao nhiêu lần?
A. 10 lần B. 100 lần C. 1000 lần D. 10000 lần

Giải chi tiết

Giải bài tập cơ bản

Đáp án A. Âm có tần số càng lớn thì độ cao càng cao.
Đáp án B. Khi cường độ âm tăng gấp đôi thì mức cường độ âm tăng thêm 3 dB.
$L_2 – L_1 = 10\log \frac{I_2}{I_1} = 10\log 2 \approx 3 \text{(dB)}$
Đáp án C. Âm sắc phụ thuộc vào dạng đồ thị dao động âm. Hai âm cùng độ cao, độ to nhưng âm sắc khác nhau là do có đồ thị dao động khác nhau.
Đáp án D. Ngưỡng đau của tai người ứng với cường độ âm khoảng 10 W/m2.
Đáp án C. Âm sắc giúp ta phân biệt được nguồn phát ra âm, như phân biệt tiếng đàn piano và đàn violin.

Giải bài tập nâng cao

Đáp án D. Áp dụng công thức mức cường độ âm:
$60 = 10\log \frac{I}{I_0} \Rightarrow I = 10^6I_0$
Vậy cường độ âm lớn hơn cường độ âm chuẩn 106 lần.
Đáp án A. Tần số tăng gấp đôi ứng với độ cao tăng 1 quãng tám.
$\frac{256}{128} = 2^1$ nên âm 256 Hz cao hơn âm 128 Hz một quãng tám.
Đáp án D. Tỉ số tần số của hai âm chính là tỉ số độ cao của chúng.
$\frac{600}{200} = 3$
Đáp án B. Áp dụng công thức tần số dao động cơ bản của dây:
$f = \frac{1}{2L}\sqrt{\frac{F}{\rho}}$
Với $L = 0.6 \text{m}, F = 100 \text{N}, \rho = \frac{m}{L} = \frac{0.003}{0.6} = 0.005 \text{kg/m}$
$\Rightarrow f = \frac{1}{2\cdot0.6}\sqrt{\frac{100}{0.005}} = 100 \text{Hz}$
Đáp án C. Áp dụng công thức mức cường độ âm:
$80 – 50 = 10\log \frac{I_1}{I_2} \Rightarrow \frac{I_1}{I_2} = 10^3 = 1000$
Vậy cường độ âm phải giảm đi 1000 lần.