Đặc Trưng Vật Lý Của Âm Là Gì? Tần số, Cường độ, Mức cường độ và Đồ thị dao động

Mục Lục

Định nghĩa

Đặc trưng vật lý của âm bao gồm tần số, cường độ âm, mức cường độ âm và đồ thị dao động âm.

Tần số âm f (Hz) là số dao động của sóng âm trong một giây.
Cường độ âm I (W/m2) là năng lượng mà sóng âm truyền qua một đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền trong một đơn vị thời gian.
Mức cường độ âm L (dB) đặc trưng cho cảm giác về độ to của âm, được tính bằng công thức $L=10\lg\frac{I}{I_0}$ với $I_0=10^{-12} W/m^2$ là cường độ âm chuẩn.

Sóng siêu âm được ứng dụng trong y học để chẩn đoán hình ảnh, phá hủy sỏi thận, điều trị ung thư.
Trong công nghiệp, sóng siêu âm được dùng để phát hiện các khuyết tật, vết nứt bên trong vật liệu.
Trong nông nghiệp, sóng siêu âm kết hợp ozon được sử dụng để loại bỏ thuốc trừ sâu, hóa chất tồn dư trên nông sản.

Âm thanh quá to như tiếng máy khoan đường, tiếng nhạc lớn trong quán bar có thể gây ảnh hưởng xấu đến thính giác.
Hiện tượng âm phản xạ xảy ra khi ta nói chuyện trong một căn phòng lớn, âm thanh phản xạ từ tường tạo ra tiếng vọng.

Tốc độ truyền âm trong không khí: $v \approx 340 m/s$
Cường độ âm tại khoảng cách R từ nguồn điểm phát âm đẳng hướng công suất P: $I=\frac{P}{4\pi R^2}$
Mức cường độ âm: $L=10\lg\frac{I}{I_0}(dB)$ với $I_0=10^{-12} W/m^2$

Mối liên hệ giữa mức cường độ âm tại 2 điểm cách nguồn âm lần lượt $R_A$ và $R_B$: $L_A-L_B=20\lg\frac{R_B}{R_A}$
Tần số sóng dừng trên dây với 2 đầu cố định: $f=\frac{kv}{2l}$ (k=1,2,3…)
Tần số sóng dừng trong ống hở 1 đầu: $f=\frac{(2k+1)v}{4l}$ (k=0,1,2…)

Vì sao âm thanh không truyền được trong chân không?
Tại sao khi tần số âm tăng thì ta nghe thấy âm thanh có độ cao tăng?
Cường độ âm và mức cường độ âm có gì khác nhau? Đại lượng nào đặc trưng cho cảm giác về độ to của âm?

Âm cần môi trường vật chất để truyền sóng. Trong chân không không có môi trường trung gian nên sóng âm không lan truyền được.
Tần số âm càng cao thì chu kỳ dao động càng ngắn, tai người cảm nhận âm có độ cao tăng. Ngược lại tần số thấp, chu kỳ dài thì ta nghe âm trầm.
Cường độ âm I đo năng lượng sóng truyền qua đơn vị diện tích trong 1s, còn mức cường độ âm L dùng thang log, đặc trưng cho cảm giác về độ to. Cùng I nhưng tần số khác nhau thì tai người cảm nhận độ to khác nhau.

Tốc độ truyền âm trong không khí ở điều kiện tiêu chuẩn là bao nhiêu?
A. 340 m/s B. 343 m/s C. 331 m/s D. 300 m/s
Ngưỡng đau của tai người ứng với mức cường độ âm bằng bao nhiêu?
A. 60 dB B. 80 dB C. 100 dB D. 130 dB
Âm có tần số bằng bao nhiêu thì tai người nghe được?
A. Nhỏ hơn 16 Hz B. Từ 16 Hz đến 20000 Hz C. Lớn hơn 20000 Hz D. Mọi tần số
Hai âm có cùng độ cao sẽ có đặc tính vật lý nào giống nhau?
A. Cường độ âm B. Biên độ C. Tần số D. Mức cường độ âm
Đơn vị đo cường độ âm là gì?
A. W B. W/m C. W/m2 D. dB

Một nguồn âm điểm phát ra sóng âm có công suất không đổi. Gọi IA, IB lần lượt là cường độ âm tại 2 điểm A và B cách nguồn âm lần lượt là RA và RB. Hệ thức đúng là:
A. $\frac{I_A}{I_B}=\frac{R_A}{R_B}$ B. $\frac{I_A}{I_B}=\frac{R_B}{R_A}$ C. $\frac{I_A}{I_B}=(\frac{R_A}{R_B})^2$ D. $\frac{I_A}{I_B}=(\frac{R_B}{R_A})^2$
Một sợi dây đàn dài 60 cm, hai đầu cố định. Dây đang phát ra âm có tần số 100 Hz. Tốc độ truyền sóng trên dây là bao nhiêu?
A. 30 m/s B. 60 m/s C. 90 m/s D. 120 m/s
Một ống sáo hở một đầu, đầu kia cố định có chiều dài 85 cm. Tốc độ truyền âm trong ống là 340 m/s. Tần số âm cơ bản của ống sáo là bao nhiêu?
A. 50 Hz B. 100 Hz C. 150 Hz D. 200 Hz
Một nguồn âm điểm phát ra âm có công suất 4W. Tính cường độ âm tại điểm cách nguồn 2m.
A. 0,08 W/m2 B. 0,16 W/m2 C. 0,32 W/m2 D. 0,64 W/m2
Hai điểm M và N cách nguồn âm điểm S lần lượt là 3m và 30m. Mức cường độ âm tại M là 60dB. Mức cường độ âm tại N là bao nhiêu?
A. 20 dB B. 30 dB C. 40 dB D. 50 dB

Đáp án A. Tốc độ truyền âm trong không khí ở điều kiện tiêu chuẩn xấp xỉ 340 m/s.
Đáp án D. Ngưỡng đau của tai người ứng với mức cường độ âm khoảng 130 dB.
Đáp án B. Tai người nghe được âm có tần số trong khoảng từ 16 Hz đến 20000 Hz.
Đáp án C. Hai âm có cùng độ cao sẽ có cùng tần số.
Đáp án C. Đơn vị của cường độ âm là W/m2.

Đáp án D. Cường độ âm tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách đến nguồn âm: $\frac{I_A}{I_B}=(\frac{R_B}{R_A})^2$.
Đáp án D. Áp dụng công thức tần số sóng dừng trên dây: $f=\frac{v}{2l}$ với k=1 (âm cơ bản). Suy ra $v=2fl=2.100.0{,}6=120 m/s$.
Đáp án B. Áp dụng công thức tần số sóng dừng trong ống hở 1 đầu: $f=\frac{v}{4l}$ với k=0 (âm cơ bản). Thay số ta được $f=\frac{340}{4.0{,}85}=100 Hz$.
Đáp án A. Áp dụng công thức cường độ âm: $I=\frac{P}{4\pi R^2}=\frac{4}{4\pi.2^2}=0{,}08 W/m^2$.
Đáp án C. Áp dụng công thức mối liên hệ mức cường độ âm: $L_M-L_N=20\lg\frac{R_N}{R_M}\Rightarrow L_N=L_M-20\lg\frac{30}{3}=60-20=40 dB$.