Sóng âm & các đặc trưng của âm thanh. C2.P6.

TÓM TẮT LÝ THUYẾT

Hình 2.6.1: Hình ảnh trường sóng âm và phương truyền sóng âm

Nguồn internet:

* Kiến thức cần nhớ:

– Năng lượng âm W(J), công suất âm P(W), cường độ âm I(W/m²), mức cường độ âm L(B), ngưỡng nghe, ngưỡng đau, họa âm…

– Xác định I, L trong trường âm.

* Logic toán học:

Khi có một nguồn âm, vi dụ một loa thùng đặt tại O, phát năng lượng âm không đổi và liên tục với năng lượng là W(J) trong thời gian t(s). Khi đó, công suất âm là:

Công suất này truyền trong không gian 3 chiều xyz, sóng truyền từ mặt cầu nhỏ tới mặt cầu lớn hơn.

Tai nghe đặt tại 1 điểm trên mặt cầu bán kính R sẽ nhận âm tại đó, I là công suất âm xét trên 1 m² tại điểm nghe:

Vì I phụ thuộc vào diện tích nên chúng ta có mối liên hệ sau:

 với  là cường độ âm tại bán kính  so với nguồn và tương tự I₂ và R_2.

Nói về năng lượng âm theo đơn vị I chúng ta sẽ khó nhận biết mức giá trị lớn hay bé, vì toàn mũ 10^-12 W/m². Vậy người ta sẽ sử dụng đơn vị mức cường độ âm L(B).

 hoặc

Trong đó  là ngưỡng nghe tại f = 1000 Hz.

Các em chú ý, thang log này cũng được dùng trong đo đo động đất:

Với động đất 5 độ richter chỉ làm rung chấn nhưng 6 độ thì sẽ là thảm họa, vì năng lượng của nó gấp 10 lần các em nhé, đương nhiên còn phụ thuộc vào thời gian thảm họa xảy ra. Các em tham khảo hình dưới để tưởng tượng mức ảnh hưởng nhé.

* Bài tập ví dụ:

Bài 1. Một nguồn âm phát sóng âm hình cầu truyền đi theo mọi hướng. Biết rằng năng lượng được bảo toàn. Tại điểm cách nguồn âm 1,2 m có cường độ âm là 0,5 W/m². Khi dịch đi 20 cm (kể từ vị trí trước theo phương bán kính tâm tại nguồn âm) thì cường độ âm tăng lên. Tính cường độ âm tại vị trí sau khi dịch.                                                                      

Lời giải:

Cường độ âm tăng tức là dịch vào gần nguồn tâm O hơn, bán kính điểm xét sau khi dịch là: 1 m.

Áp dụng công thức liên hệ:  

(các e nghi nhớ thật rõ công thức này sẽ thường xuyên dùng đến. Và hãy hiểu bản chất tại sao có công thưc này nhé!)

Khi đó: :

Đs: 0,72W/m².

Bài 2: Ở khoảng cách SM = 2m trước một nguồn âm có mức cường độ âm là L_M = 50dB.

a.      Hãy tính mức cường độ âm L_N tại điểm N cách S một đoạn SN = 8m.

b.      Một người đứng cách nguồn âm trên một khoảng 120m thì không còn nghe thấy âm do S phát ra nữa. Tìm ngưỡng nghe của tai người đó, biết cường độ âm chuẩn I₀ = 10^-12W/m².

c.      Coi nguồn S là nguồn đẳng hướng. Hãy tính công suất phát âm của nguồn.

Lời giải:

a. Tất cả các em đưa về I cho thầy nhá.

Áp dụng

Thay vào :

b. Tương tự, các em cùng đi tìm  cách nguồn 120 m, tại đó L_K chính là ngưỡng nghe của tai người tại điểm đó.

Hoặc

c. Để tính công suất của nguồn âm, đơn giản các em hãy lấy I nhân với diện tích mặt cầu tại đó:

4.= ĐS

Đ/s: a. L_N = 38dB; b. I_A = 27,8.10^-12 (W/m²); c. P = 5.10^-6 W