Nguyễn Văn Ái
II. SÓNG ÂM
1. Khái niệm và đặc điểm
a. Khái niệm
Sóng âm là sự lan truyền các dao động âm trong các môi trường rắn, lỏng, khí.
b. Đặc điểm:
- Tai con người chỉ có thể cảm nhận được (nghe được) các âm có tần số từ 16 Hz đến 20000Hz
- Các sóng âm có tần số nhỏ hơn 16 Hz được gọi là hạ âm
- Các sóng âm có tần số lớn hơn 20000 Hz được gọi là siêu âm
- Tốc độ truyền âm giảm trong các môi trường theo thứ tự : rắn, lỏng, khí. Tốc độ truyền âm phụ
thuộc vào tính chất môi trường, nhiệt độ của môi trường và khối lượng riêng của môi trường. Khi
nhiệt độ tăng thì tốc độ truyền âm cũng tăng.
2. Các đặc trưng sinh lý của âm
Âm có 3 đặc trưng sinh lý là : độ cao, độ to và âm sắc. Các đặc trưng của âm nói chung phụ thuộc
vào cảm thụ âm của tai con người
a. Độ cao
- Đặc trưng cho tính trầm hay bổng của âm, phụ thuộc vào tần số âm
- Âm có tần số lớn gọi là âm bổng và âm có tần số nhỏ gọi là âm trầm
b. Độ to
Là đại lượng đặc trưng cho tính to hay nhỏ của âm, phụ thuộc vào tần số âm và mức cường độ âm
► Cường độ âm : Là năng lượng mà sóng âm truyền trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị
diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm.
Công thức tính , trong đó P là công suất của nguồn âm, S là diện tích miền truyền âm
Khi âm truyền trong không gian thì
Đơn vị : P(W), S(m
2
), I(W/m
2
).
► Mức cường độ âm : Là đại lượng được tính bởi công thức:
Trong đó I là cường độ âm tại điểm cần tính, I

=> Các họa âm lập thành một cấp số cộng với công sai d = f
1

5. Ngưỡng nghe, ngưỡng đau, miền nghe được
• Ngưỡng nghe : là giá trị nhỏ nhất của mức cường độ âm mà tai con người có thể nghe được
• Ngưỡng đau : là giá trị lớn nhất của mức cường độ âm mà tai con người có thể chịu đựng được
• Miền nghe được : là giá trị của mức cường độ âm trong khoảng giữa ngưỡng nghe và ngưỡng
đau.
6. Các ví dụ điển hình
Ví dụ 1: Hai họa âm liên tiếp do một dây đàn phát ra có tần số hơn kém nhau 56 Hz, họa âm thứ ba
và họa âm thứ năm có tần số bằng bao nhiêu?
* Hướng dẫn giải:
Hai họa âm liên tiếp hơn kém nhau 56 Hz nên ta có:
Từ đó ta có tần số của họa âm thứ ba và thứ năm là:
Ví dụ 2: Một nhạc cụ phát ra âm cơ bản có tần số f1 = 420 Hz. Một người chỉ nghe được âm cao
nhất có tần số là 18000 Hz, tìm tần số lớn nhất mà nhạc cụ này có thể phát ra để người đó nghe
được.
* Hướng dẫn giải:
Gọi f
n
là âm mà người đó nghe được, ta có:
Theo bài , (1)
Từ đó giá trị lớn nhất của âm mà người đó nghe được ứng với giá trị nguyên lớn nhất thỏa mãn (1)
là n = 42
Vậy tần số âm lớn nhất mà người đó nghe được là 420.42 = 17640 (Hz)
Ví dụ 3: Mức cường độ âm tại một điểm cách một nguồn phát âm 1 m có giá trị là 50 dB. Một
người xuất phát từ nguồn âm, đi ra xa nguồn âm thêm 100 m thì không còn nghe được âm do nguồn
đó phát ra. Lấy cường độ âm chuẩn là , sóng âm phát ra là sóng cầu thì ngưỡng
nghe của tai người này là bao nhiêu?
* Hướng dẫn giải:

nên ta có thể coi ánh sáng truyền
từ tia sét đến chúng ta gần nh tức thời; còn vận tốc truyền âm thanh tiếng sấm do sét gây ra là bé
hơn nhiều
( )
smv /340=
.
+ Khoảng cách từ nơi sét đánh đến ngời quan sát là:
( )
mvts 2040060.340 ===
.
Đs:
( )
ms 20400=
Vớ d 6 :
1) Mức cờng độ của một âm là
( )
dBL 30=
. Hãy tính cờng độ của âm này theo đơn vị
2
/ mW

Biết cờng độ âm chuẩn là
( )
212
0
/10 mWI

=
.
2) Cờng độ âm tăng 100 lần thì mức cờng độ âm tăng bao nhiêu dB?

.
2) Mức cờng độ âm tính theo đơn vị (dB) là:
( )
0
lg10
I
I
dBL =
+ Khi cờng độ tăng 100 lần tức là bằng 100 I thì
( )
00
lg1020
100
lg10'
I
I
I
I
dBL +==
.
+ Vậy mức cờng độ âm tăng thêm
( )
dB20
.
3) Hai âm lợng hơn kém nhau 1 phôn
( )( )
phôn1
12
= II
tơng đơng với

1
2
=
I
I
.
Vớ d 7: Tại một điểm A nằm cách xa nguồn âm
O (coi nh nguồn điểm) một khoảng
( )
mOA 1=
,
mức cờng độ âm là
( )
dBL
A
90=
. Cho biết ngỡng
nghe của âm chuẩn
( )
212
0
/10 mWI

=
.
1) Tính cờng độ
A
I
của âm đó tại A
2) Tính cờng độ và mức cờng độ của âm đó tại B

(xem hình vẽ).
Trong đó
BA
II ,
là cờng độ âm tại A và B;
BA
SS và
là diện tích các mặt cầu tâm O bán kính OA và
OB.
+ Từ đó rút ra:
( )
25
2
2
3
2
2
/10
10
1
.10
.4
.4
mW
OB
OA
I
S
S
II

WOAISIW
AAA
3232
0
10.6,121.4.10.4

===

Đs: 1)
( )
23
/10 mWI

=
, 2)
( )
dBL
B
70=
, 3)
( )
W
3
10.6,12

Vớ d 8 : Mức cờng độ âm tại điểm A ở trớc một cái loa một khoảng
( )
mOA 1=
là
( )

0
/10.1070lg10 mWIIdB
I
I
L
A
A
A

====
.
+ Công suất âm trên toàn diện tích mặt cầu bán kính
( )
mOA 1=
và bằng công suất âm trên toàn
diện tích mặt cầu bán kính
( )
mOB 5=
(xem hình vẽ), tức là:
BBAA
RIRIW

44
==

( )
27
2
2
5

10.4
lg10lg10


==
I
I
L
B
B

( )
dB5610lg104lg10
5
+=
.
2) Công suất âm trên toàn diện
tích mặt cầu bán kính
( )
mOA 1=
và bằng công suất
âm trên toàn diện tích mặt cầu
bán kính
( )
mOC 100=
tức là:
CCAA
SISI =

+ Rút ra:

của ngời đó là
( )
29
min
/10 mWI

=
.
Đs: 1)
( )
dB56L
B

, 2)
( )
29
min
/10 mWI

=
Vớ d 9 : Một ống sáo dọc có miệng lỗ thổi hơi (nguồn âm) cách lỗ ứng với âm la cao
( )
cm19
(xem
hình vẽ). Vận tốc truyền âm trong không khí ở nhiệt độ phòng lúc thổi sáo là
( )
sm /331
.
1) Tính tần số của âm la cao đó, biết rằng ở hai đầu cột không khí
trong ống sáo (đầu chỗ nguồn âm và đầu ở nốt la cao) là hai bụng

+ Âm ứng với n = 1 là âm có cờng độ lớn nhất mà ống sáo phát ra. Do đó tần số của âm la cao đó
tính đợc khi ta cho
( )
Hz
,.
v
fn 871
1902
331
2
1
1
===

.
2) Tơng tự sử dụng công thức (1) cũng chỉ lấy
1
=
n
, suy ra
f
v
2
=
(2), ta tính đợc khoảng cách
giữa miệng lỗ thổi hơi và lỗ ứng với âm đô cao (có tần số
( )
Hzf 518
2
=

518
2
2
4
===
Sử dụng công thức (2) tính đợc:
+ Khoảng cách giữa miệng lỗ thổi hơi và lỗ ứng với âm la trầm trên ống sáo:
( ) ( )
cmm
f
v
3838,0
5,435.2
331
2
3
3
===
. Vậy khoảng cách giữa lỗ ứng với âm la cao và lỗ ứng với
âm la trầm trên ống sáo là:
( )
cm191938
13
==
.
+ Khoảng cách giữa miệng lỗ thổi hơi và lỗ ứng với âm đô trầm trên ống sáo:
( ) ( )
cm,m,
.f
v

Vớ d 10 : (ĐH Mỏ địa chất - 2001) Hai loa điện động giống nhau đợc đặt đối diện nhau tại hai đầu
của đoạn AB và đợc đấu song song với một nguồn điện âm tần điều hoà, lúc đầu hai màng loa dao
động cùng chiều.
1) Hai loa trên có phải là hai nguồn sóng kết hợp không? Vì sao?
2) Đứng ở điểm giữa C của đoạn AB sẽ nghe thấy âm của hai loa phát ra mạnh hay yếu hơn so với
trờng hợp một loa bị ngắt? Vì sao?
(xem hình vẽ).
3) Cắt hai đầu dây của nguồn nối với
một loa, tráo hai đầu dây đó cho nhau
rồi nối lại với loa đó. Đứng ở C sẽ
nghe âm của hai loa mạnh hơn hay yếu
hơn so với trờng hợp một loa bị ngắt?
Vì sao?
Cho rằng khoảng cách AB và bớc sóng
lớn hơn nhiều so với kích thớc ngời và việc ngắt một loa không làm thay đổi hiệu điện th ế hiện
dùng trên hai cực của nguồn.
Giải:
1) Hai loa trên là hai nguồn sóng kết hợp vì chúng dao động cùng phơng cùng tần số và cùng pha
dao động (lúc đầu hai màng loa dao động cùng chiều).
2) Giả sử phơng trình dao động hai loa A và B là:
tAuu
BA

cos==
.
+ Đặt
lAB =
thì dao động tại C do A gửi đến là:









=+=
v
tAuuu
BCAC
2
cos2


.
Nguyn Vn i
+ Vậy dao động tổng hợp tại C với biên độ gấp đôi biên độ dao động tại A và B. Lúc này đứng ở
điểm C sẽ nghe thấy âm của hai loa phát ra mạnh hơn so với trờng hợp một loa bị ngắt.
3) Giả sử tráo hai đầu dây của loa B thì nó sẽ dao động ngợc pha với loa A:
tAu
B

sin=
.
+ Dao động tại C do B gửi đến là:






v
tA
v
tAuuu
BCAC


. Lúc này đứng ở điểm C sẽ không nghe thấy
âm của hai loa phát ra.
Đs: 1) có, 2) mạnh hơn, 3) không nghe
7. BI TP LUYN TP
Bi 1: Mt si dõy AB di = 20cm, u B c nh, u A dao ng vi phng trỡnh u = acos40t
(cm). Bit tc truyn súng l v = 100 cm/s. Tớnh s bng v s nỳt súng cú trờn dõy.
Bi 2: Mt si dõy AB di = 21cm , u B t do, u A dao ng vi phng trỡnh u = acos200t
(cm). bit khong cỏch t B n nỳt th 3 l 5 cm. Tớnh s bng v s nỳt súng cú trờn dõy.
Bi 3: Mt ngi ng cỏch ngun õm mt khong d thỡ cng õm l I. Khi ngi ú tin ra xa
ngun õm mt on 30 m thỡ cng õm gim ch cũn . Tớnh khong cỏch d.
Bài 4: (ĐH Dợc và ĐH Luật HN - 2001) Hai âm thoa nhỏ giống nhau đợc coi nh hai nguồn phát
sóng âm S
1
và S
2
đặt cách nhau một khoảng
( )
mSS 20
21
=
, cùng phát ra một âm cơ bản tần số
( )
Hzf 420=

0
một khoảng 20 (cm). So sánh pha dao động của các điểm M
0
và M với pha dao
động của nguồn.
ĐS: 1) Giao thoa hai sóng kết; 2) Các điểm đó cách S
1
một khoảng tính theo công thức:
( ) ( )
24, ,24,252,104,0 +=+= kmkd
; 3)
( ) ( )
mmtu
M

= 840cos4
: dao động ngợc pha
với nguồn; điểm M không dao động.
Bài 5:
1) Năm 1976 ban nhạc Who đã đạt kỉ lục về buổi hoà nhạc ầm ỹ nhất: mức cờng độ âm ở trớc hệ
thống loa là
( )
dBL 120
1
=
. Hãy tính tỉ số cờng độ âm của ban nhạc tại buổi biểu diễn với cờng độ
của một búa máy hoạt động với mức cờng độ âm
( )
dBL 92
2

0
15
thì âm đợc phát ra và cột không khí
trong ống xuất hiện sóng dừng với hai bụng sóng ở hai đầu, ở giữa chúng chỉ có một nút sóng. Biết
Nguyn Vn i
vận tốc truyền âm trong không khí tỷ lệ thuận với căn bậc hai của nhiệt độ tuyệt đối không khí. Vận
tốc âm ở nhiệt độ
C
0
0
là
( )
smv /330=
.
1) Tính khoảng cách giữa miệng lỗ thổi hơi và lỗ ứng với âm
3
La
(có tần số
( )
Hz440
) trên ống
sáo.
2) Khi nhiệt độ không khí là
C
0
35
thì âm ứng với nốt âm
3
La
lúc đầu bây giờ sẽ có tần số bao

1
+
+
=


,
( )



201
151
351
1
+
+
+
= .
và
( )
.Hz
v
f
T
T
T
T
453
2

Hz256
.
Bài 8: Tại một nơi cách một nguồn âm điểm đẳng hớng là
( )
m20
có mức cờng độ âm
( )
dB30
. Bỏ
qua sự tắt dần của âm.
1) Xác định mức cờng độ âm tại điểm cách nguồn là
( )
m10
.
2) Xác định khoảng cách từ nguồn tới nơi mà âm không còn nghe đợc. Biết ngỡng nghe bằng cờng
độ âm chuẩn là
( )
212
0
/10 mWI

=
.
ĐS: 1)
( )
dB36
; 2)
( )
kmr 63,0>
.

Cõu 4: Mt súng õm truyn trong thộp vi tc 5000 m/s. Nu lch pha ca súng õm ú hai
im gn nhau nht cỏch nhau 1m trờn cựng mt phng truyn súng l
2

thỡ tn s ca súng bng
A. 1000 Hz B. 2500 Hz. C. 5000 Hz. D. 1250 Hz.
Cõu 5: Mt ngun õm xem nh 1 ngun im , phỏt õm trong mụi trng ng hng v khụng
hp th õm .Ngng nghe ca õm ú l I
0
=10
-12
W/m
2
.Ti 1 im A ta o c mc cng õm
l L = 70dB.Cng õm I ti A cú giỏ tr l A. 70W/m
2
B. 10
-7
W/m
2
C. 10
7
W/m
2
D.
10
-5
W/m
2
Cõu 6: m thoa in gm hai nhỏnh dao ng cú tn s 100 Hz, chm vo mt nc ti hai im

Câu 10: Âm sắc là mợt đặc tính sinh lí của âm cho phép phân biệt được hai âm
A. có cùng biên đợ được phát ra ở cùng mợt nhạc cụ tại hai thời điểm khác nhau.
B. có cùng biên đợ phát ra bởi hai nhạc cụ khác nhau.
C. có cùng tần sớ phát ra bởi hai nhạc cụ khác nhau.
D. có cùng đợ to phát ra bởi hai nhạc cụ khác nhau.
Câu 11 Cường độ âm tại một điểm trong môi trường truyền âm là 10
-5
w/m
2
. biết cường độ âm
chuẩn là I0 = 10
-12
W/m
2
. Mức cường độ âm tại điểm đó bằng:
A.
L
B
= 70 dB
B.
L
B
= 80 dB
C.
L
B
= 50 dB
D.
L
B