Ứng dụng sóng âm trong
nghiên cứu khảo cổ học
Trong nghiên cứu Khảo cổ học, các ngành khoa học khác cũng đã có
những ý nghĩa nhất định trong việc hình thành những lý thuyết và thực tế
ứng dụng của nó.
Sóng âm cũng là một lĩnhvực mà các nhà Khảo cổ họccần quan tâm.Không
những chỉ vì ích lợi củanó trong việc tìm kiếm cácdi tích(đã đượcsử dụng từ rất
sớm),mà nó còn giúpchúng ta có thể hình dung ranhững hiện vậtmà không thể
nghiêncứu mộtcách trực tiếp (ví dụ điển hình như khảo cổ họcdưới nước). Sóng
âm là hínhthứcphổ biến trong đời sống hàng ngày của con người vàTrái Đất.
Chúng tatraođổi với nhaubằng nhữngâm thanh. Chúng ta nghe đài, nghenhạc
chínhlà nghecác âm thanh.Thật khó màtưởng tượng nếu cuộcsống không có bất
kỳ một âm thanhnào. Chính âm thanh là nhân tố thúc đẩy xãhội loài ngườiphát
triển.
Chínhvì nguyên nhân đó, con người đặc biệt chú trọng việcsử dụngâm thanh
trong các lĩnh vực khác nhau.Từ xã hội chođến áp dụng vào khoahọc kỹ thuật.
Ngày nay,conngười hiểu rõ được sóngâm thanh làcác doađộng cơ học haysóng
đàn hồi lantruyền trongmôi trườngđànhồi (sóng âm thanhcòn được gọi làsóng
đàn hồi cũngvì lý do này).Tất cả môi trườngvậtchất đàn hồi đều lantruyền được
sóng âm thanh. Từ bầu khí quyển dàyđặc bao bọcxung quanhTrái Đất, đếnđại
dươngtrải trên ¾ diệntích bề mặt Trái Đất đều là môi trường truyền âm lýtưởng;
các vật rắn như thép, đá, bêtông,các đơn vị tinh thể…, nước, các dungmôi hữu cơ,
khôngkhí, các khítrơ…cũng đềutruyền được sóng âm thanh. Môi trườngcách âm
còn lại chính là môi trường chân không. Giống như sóng điện từ, sóngâmchiếm
một giảitần số rất rộng.Tùy theo tầnsố mà người ta phân chiasóngâm thành các
vùng sau đây:
• Vùng hạ âm: tần số dao động từ 1 Hz đến 16Hz.
• Vùng âm: tần số daođộng từ 16 Hz đến 16kHz.Đây là vùng nhạycủa đôi taicon
người.
• Vùng siêu âm: tần số dao động từ 16 kHz đến 10 MHz.
• Vùng cực siêu âm: tầnsố daođộng từ 10 MHz trở lên tới tận tần số tươngđương

môitrường nói riêng. Sóngâm thanhcó tần số càng nhỏ, càng bị hấp thụ ít, càng
truyền đượcxa trong môi trường.Chẳnghạn sóngsiêu âmcó tần số 30 kHz với
công suất thích hợp,có thể truyền đượctrong lớp đất chừng vài chục mét, song ở
tần số vùng âm, đặc biệtvùng hạ âm, với công suất máy phát khálớn, chúngcó thể
truyền xahàngtrăm, hàng ngànkm, thậm chí cóthể truyền đượcsang tới bên kia
của vỏ Trái Đất và phảnxạ trở lại. Đó là tính chấtrất ưu việt của sóngvùng hạ âm
mà cácsóng đàn hồi ở các vùngkhác khôngcó được.
Với cùng một côngsuấtmáy phát, và tần số sóng siêu âm,trong các lớp đấtđá,
nhamthạch, sóng truyền được từ vài métđến vài chục mét, nhưngtrong môi
trường nước biển nó cóthể truyền xa tới hàng chụcngàn km. Như vậy, sự hấp thụ
sóng âm thanh không còn phụ thuộc vào bản chấtcủa môi trường nữa. Ở các môi
trường truyềnâm khác nhauthì vận tốc âm khácnhau và hệ số hấp thụ âm cũng
khác nhau. Vận tốc truyền âmvà hệ số hấpthụ âm thanhliên quan chặt chẽ với cấu
trúcnội tại củamôi trường.Sự thay đổicấu trúcnội tại sẽ dẫn đến sự thay đổi vận
tốc truyền âm và hệ số hấp thụ âm trong môi trường.Hai đại lượngnày lànhững
đặc trưng của môi trường về phương diện âm học.Chúng cho phép hiểu biết được
cấu trúcbên trong của bản thânmôi trường.Ngoài ra, biếtvận tốctruyền âm vàhệ
số hấpthụ âmthanh có thể xácđịnh được các thông số quan trọng khác của môi
trường. Nghiên cứu, xácđịnh các thông số này chính là một trongnhững nhiệm vụ
rất cơ bản củaâm học.
Tốc độ sóng lan truyền quanhững vật liệu khác nhau làkhác nhau.Vận tốc truyền
sóng âm thanh trong không khí là 334 m/s, nghĩa là tương đương 1200km/h.
Trongchất lỏng,vận tốc truyềnâm có lớn hơn, xấpxỉ 1500km/htrong nước biển.
Trongchất rắn như thép, vận tốc sóng truyền âm thanhlà5500 m/s.Để dễ hình
dung,ta tưởng tượng cómột cái chuôngkhổnglồ đặt ở Hà Nội saocho gõ lênở Hải
Phòng cũngngheđược.Sau khi gõ chuôngchừng 5phút, ở Hải Phòngmới nghe
được, thay môi trườngkhông khí bằng nước biển thì sau 66giây ở đó mới phát
hiện được, nếu thaybằngmôi trườngthép thì chỉ 18 giây sauđã nghe đượctiếng
chuông. Qua đó ta thấy được vận tốc truyền sóng âm thanhtrong các môi trường
khác nhau là rất khác nhau.Môi trườngcàng rắn, hay nói theo chuyên mônlà môi

những khuvực “thấp”.Việc nghiên cứu dưới nước đòi hỏi rất nhiều công sức cũng
như tài lực. Đi kèm đó là cả một hệ thống bảo quản hiệnvật ngay saukhikhai quật.
Do nhữngđiềukiện củamôi trườngnước biển, không chophép cácnhà nghiên
cứu tiến hành một cách hời hợt. Trái lại, Khảo cổ họcdưới nước là một công việc
cực kỳ khó khăn.Ta biết rằngmôi trường nước là môi trường bảo quản hiện vật
tốt nhất, cũng như chínhlà môi trường hủyhoại hiện vật nhanh nhất, khôngchỉ
nước biển mà cả nướcngọt cũng như thế (điều này chúng ta sẽ bàn kỹ hơn trong
giaiđoạn sau).Chính vìnhững lý dođó,việc nghiêncứu dướinước mangtầm quan
trọng không chỉ đối với khảo cổ học nói riêngmàcòn đối với các ngành khoa học
hàng hảikhác nói chung. Trong các lĩnhvực nghiên cứu,biển và đại dương mang
tính toàn cầu và cũng là mục tiêu củamọi quốcgia trênthế giới. Không chỉ vì
những lợi ích mà biển mang lạicho chúng ta, màđó là nơi thu hút tính hiếu kỳ rất
lớn của conngười. Nhữnggì chúng ta biết về nó quá ít, không thể cho chúngta có
những hiểu biết tườngtận về khu vực chiếm diện tích ¾ Trái Đất.Nguyênnhân rất
đơn giản, mặc dù con người hằng mơ ước nhìn xuống đáyđại dương,thiên nhiên
vẫn không hề ưu đãi: Sóng ánhsáng không thể xuyên thâu xuống dưới đáy đại
dương,nó chỉ truyền được vàmét đến vài chục mét là cùng. Một điều kiệnnữa
khiếncon người phải đauđầu: Ápsuất thủy tĩnhquá lớnkhi càngxuống sâu, quá
mức giới hạnmà con người cóthể chịu đựng được, cho dù có trangbị một cách tối
tân. Mặt khác, con người chúng ta là động vật cóthân nhiệt ổn định, khôngthể thở
dướinước cách tự nhiêncũng như chịu được nhiệt độ không lườngtrong lòng đại
dương.Những hạn chế trên trong những thập kỷ gần đây đã đượckhắc phục phần
nào dựa vàonhững kỹ thuật tiêntiến nhất: Tàu ngầm, sóngradar,laser cùngkỹ
thuật khoan thăm dò hiện đại…Nhưng tất cả những gì mà con người có đượccũng
khôngthể xuyên suốtđại dương được,nó chỉ mở ra nhữnghướngnghiên cứumới
mẻ và một tầm nhìn khác củachúng ta về những bí ẩn trong lòng nó mà thôi. Sự ra
đời của kỹ thuật âm học cũng là một trong những thành tựu đó của conngười. Đặc
tính của sóng âm có thể truyền được trongnướcbiển hàng chục km,thậm chí hàng
chụcngàn km.Giúp chúngta từng bướcxác định nhiệm vụ của mìnhtrongcông
cuộc chinhphục thiênnhiên. Việnsĩ Viện Hàn Lâm Khoa HọcLiên Xô (cũ)

tốc âm ở lớp mặt có giá trị cực đại. Nếu đặt nguồn âm tại lớp mặt biển, sóngâm lan
truyền xuống đáy và đi vào cáclớp có vận tốc âmnhỏ hơn,nên cáctia âm có xu
hướngcong về phía đáy biển. Trongbiển hình thành nhữngvùng âm không truyền
tới đượcgọi là vùng chết âm.
• Trường hợp thứ ba làvận tốc âm giảm ở lớp mặt, sau đó tăng dần ở các lớp sâu.
Vận tốc âm cựctiểu ứng với độ sâu nào đó.Ta thường gặp sự phânbố này ở các
vùng biển sâu. Đồng thời chúngrất ổn định trong các đại dương. trên trục đi qua vị
trí cựctiểu (đi lên) và cựcđại (đixuống)của âm,nếu đặt một nguồn phátthì âm sẽ
truyền theo hai hướng đi lên vàđi xuống nhưng dohiện tượngphản xạ toàn phần
vì các tia âm đi vào các lớp nướccó vậntốc lớn hơn. Do vậy, dù đi lên phíatrên hay
phía dưới trục cóvận tốcâm cựctiểu, tiaâm đềubị phản xạ toàn phần, nên chúng
chỉ tập trung hầunhư ở lớp nướcxung quanhtrục đó. Sóng âm lantruyền trong
trụcđó đi rất xatới hàng chục ngàn kmgọi là kênh âm ngầm. Các trục kênh âm này
thường phân bố khá sâu từ sáu bảy chục mét trở lên đến vài ngànmét, song chúng
rất ổnđịnh.
Trongcả ba trường hợp trên, côngthức tínhtoánđã cho ra nhữngkết quả chắc
chắn (mà xinkhông đề cập đến trong đây), ứng dụng trên nhiều lĩnhvực khác
nhau:trong quân sự, người ta sử dụng sóng âm trong việc dò tìm các mục tiêu
dướinước, chế tạo thủylôi, mìnâm thanh…Trong ngư nghiệp, ngườita sử dụng dò
tìm các bãi cá, tôm vì khisống thành đànlớn, các âm thanhcủa các loạitôm cá phát
ra khá lớn.Chính vì thế, từ lâu nhữngngườidânchài ở vùng Hoàng Hải và nhiều
nơi khác đã dựa vào kinhnghiệmđể nghe cá từ xa.Lặn sâu chừng nửa métvà lắng
nghe,những người có kinhnghiệm có thể phán đoán được vị trí, hướng đi của đàn
cá, phân biệtđược cácloạicá, xácđịnhđược mật độ vàcònbiếtđược cá to hay nhỏ.
Trongnghiêncứu và thám hiểm đáy biển, người ta bố trí các trạm thủy âmdựa
trên nguyên lýcủa cáckênh âm ngầm. Quađó người ta sẽ vẽ lại bản đồ dưới đáy
biển bằngcách thu phát nguồn sóngsiêu âm được phản xạ lại. Tínhtoáncác hằng
số cụ thể, sẽ đem lại những kếtquả chínhxác với saisố là 0,01%, biết được cấu
trúccũng như thành phần đáy biển, người ta sẽ cho khai thác vùng biển đó một
cách tối đa. Hằngnăm, đạidương cung cấp choloài người hàngtrăm triệutấn hải

tường tận hơn nhữnggì đã xảy ra trongquá khứ đối với những ditích này.Trong
quá trìnhđó, đòihỏi nhàKhảo cổ có được sự hỗ trợ từ nhiềunguồnkhác nhau,
khôngchỉ riêngvề tài lựcmà còncó sự chuyên mônhóa nghiên cứu.
Tóm lại, sóngâm là mộtứng dụng mới trongnhững thậpkỷ gần đây, nómở ra
những chân trời khoa họcmới trongnhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau.Cách
riêng đối với cácnhà Khảo cổ học dưới nước, việcứng dụngsóng âm cần phải
được chứng minh thựcsự có hiệu quả chắc chắn,không những thế, nó cònlà mối
dây liên kết các khoa học “biển”lại vớinhau. Vì thế, các nhà Khảo cổ học cần phải
tìm ranhững phương pháp thích hợp để có thể hiểu biết rõ hơn những gì về biển
và những gì xảy ra ở quá khứ.