SÓNG ÂM- NGUỒN NHẠC ÂM

I, Sóng âm

1, Sóng âm là gì?

Là những sóng cơ lan truyền trong môi trường đàn hồi ( khí, lỏng, rắn)

* Âm thanh (âm thanh nghe được): là những sóng ân có tác dụng làm màng nhĩ trong tai dao động $\to $ gây ra cảm giác âm

2, Nguồn âm: Là những dao động phát ra âm. Tần số âm = tần số dao động của nguồn

3,Âm thanh, siêu âm, hạ âm

4, Sự truyền âm

a, Môi trường truyền âm

-Âm truyền được trong các môi trường (Khí, lỏng, rắn), không truyền được trong chân không

-Trong chất lỏng, khí: Sóng âm là sóng dọc

-Trong chất rắn sóng âm có thể là sóng ngang hoặc sóng dọc

b, Tốc độ truyền âm

-Trong 1 môi trường nhất định, v không đổi

- v phụ thuộc vào tình đàn hồi, khối lượng riêng, nhiệt độ của môi trường

-Tóm lại ${{v}_{ran}}>{{v}_{long}}>{{v}_{khi}}$

5, Nhạc âm – tạp âm

a, Nhạc âm: là những âm có tần số xác định, đồ thị dao động âm là một đường tuần hoàn.

b, Tạp âm: là những âm không có tần số xác địn, đồ thị dao động âm là 1 đường không tuần hoàn

II, Những đặc trưng vật lý của sóng âm ( nhạc âm)

1, Tần số âm

Là tần số dao động của nguồn âm

2,Cường độ âm – mức cường độ âm

a, Cường độ âm I ( tại 1 điểm)

*Đơn vị cường độ âm ( \[{}^{\text{W}}/{}_{{{m}^{2}}}\] )

* Công thức tính cường độ âm tại 1 điểm

$I=\frac{P}{S}=\frac{P}{4\pi {{R}^{2}}}$ ,Với P(W): Công suất phát âm; R(m): khoảng cách từ nguồn đến điểm khảo sát

b, Mức cường độ âm( Để so sánh cường độ âm đo được I với cường độ âm chuẩn ${{I}_{0}}$ )

L (B)=$\log \frac{I}{{{I}_{0}}}$ , với B: ben (1B=10dB); dB: đềxiben

L (dB)= $10.\log \frac{I}{{{I}_{0}}}$

-${{I}_{0}}$ : Phụ thuộc tần số âm. Thường ${{I}_{0}}$=${{10}^{-12}}{}^{\text{W}}/{}_{{{m}^{2}}}$ ở 1000 Hz

- Khi cường độ âm lên tới 10 W/m² ứng với mức cường độ âm 130 dB thì sóng âm với mọi tần số gây cho tai ta cảm giác nhức nhối. Ngưỡng đau ứng với mức cường độ âm là 130 dB và hầu như không phụ thuộc vào tần số. Từ đó ta có ngưỡng nghe của tai người từ 0 dB đến 130 dB.

III, Những đặc trưng sinh lý của âm ( nhạc âm )

1, Độ cao của âm: Gắn liền với tần số âm

-Âm càng cao, tần số càng lớn

2, Độ đô của âm: gắn liền với mức cường độ âm( hoặc cường độ âm và tần số âm)

3, Âm sắc: Gắn liền với đồ thị dao động âm

Dựa vào âm sắc, ta có thể phân biệt được 2 âm cùng độ cao và độ to nhưng phát ra từ 2 nguồn khác nhau

IV. Nguồn nhạc âm

1, Nguồn nhạc âm

a, Dây đàn ( hai đầu dây cố định )

$l=k.\frac{\lambda }{2}=\frac{k.v}{2f}$

$\Leftrightarrow $ $f=\frac{k.v}{2.l}$

+) Âm cơ bản ( họa âm thứ nhất): k=1$\Rightarrow {{f}_{1}}=\frac{v}{2l}$

+) Họa âm thứ 2: k=2 $\Rightarrow {{f}_{2}}=2.{{f}_{1}}$

b, Cột khí trong sáo, kèn ( 1 đầu cố định, 1 đầu tự do)

$l=(2k+1)\frac{\lambda }{4}=m.\frac{v}{4.f}$ , với m=1,3,5,7,… (số nguyên lẻ)

$f=\frac{m.v}{4.l}$

Âm cơ bản ( họa âm thứ nhất) m=1$\Rightarrow {{f}_{1}}=\frac{v}{4.l}$

Họa âm thứ 3: m=3 $\Rightarrow {{f}_{3}}=3.{{f}_{1}}$

Lưu ý: Chỉ có họa âm bậc lẻ

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

Hai họa âm liên tiếp hơn kém nhau 56 Hz nên ta có ${{f}_{n}}$ - ${{f}_{n-1}}$= 56 $\Leftrightarrow $ n ${{f}_{1}}$ - (n-1) ${{f}_{1}}$= 56 $\Rightarrow $ ${{f}_{1}}$ = 56 Hz

Từ đó ta có tần số của họa âm thứ ba và thứ năm là

Ví dụ 2: Hai âm có mức cường độ âm chênh lệch nhau 20 dB. Tỉ số của cường độ âm của chúng là bao nhiêu?

Hướng dẫn

Áp dụng công thức tính mức cường độ âm ta có${{L}_{2}}$ - ${{L}_{1}}$ = 20 dB $\Leftrightarrow $ \[10.\log \frac{{{I}_{2}}}{{{I}_{0}}}\]-\[10.\log \frac{{{I}_{1}}}{{{I}_{0}}}\] = 20 $\Leftrightarrow $ \[10.\left( \log \frac{{{I}_{2}}}{{{I}_{0}}}-\log \frac{{{I}_{1}}}{{{I}_{0}}} \right)\]=20 $\Leftrightarrow $\[\log \frac{{{I}_{2}}}{{{I}_{1}}}\]= 2 $\Rightarrow $ \[\frac{{{I}_{2}}}{{{I}_{1}}}\]= ${{10}^{2}}$ = 100

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 ${{I}_{0}}$ = ${{10}^{-12}}$ W/${{m}^{2}}$ , sóng âm phát ra là sóng cầu thì ngưỡng nghe của tai người này là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Áp dụng công thức : \[I=\frac{P}{4\pi {{R}^{2}}}\]

Ta có: $\to $ \[\frac{{{I}_{2}}}{{{I}_{1}}}={{\left( \frac{{{R}_{1}}}{{{R}_{2}}} \right)}^{2}}\] = ${{10}^{-4}}$ $\Leftrightarrow $ ${{I}_{2}}$ = ${{10}^{-4}}{{I}_{1}}$

Mức cường độ âm gây ra tại điểm cách nguồn âm 100 m là

\[{{L}_{2}}=10\log \frac{{{I}_{2}}}{{{I}_{0}}}\] = \[10\log \frac{{{10}^{-4}}{{I}_{1}}}{{{I}_{0}}}\] = \[10\log \left( {{10}^{-4}}.\frac{{{I}_{1}}}{{{I}_{0}}} \right)\] = \[10\left( \log {{10}^{-4}}+\log \frac{{{I}_{1}}}{{{I}_{0}}} \right)\]= -40 + 50 = 10 (dB)

Ví dụ 4: Ba điểm O, A, B cùng nằm trên một nửa đường thẳng xuất phát từ O. Tại O đặt một nguồn điểm phát sóng âm đẳng hướng trong không gian, môi trường không hấp thụ âm. Mức cường độ âm tại A là 60 dB, tại B là 20 dB. Mức cường độ âm tại trung điểm M của đoạn AB là

Hướng dẫn:

Từ \[I=\frac{P}{4\pi {{R}^{2}}}\] ta được

Mặt khác $\Rightarrow $ ${{L}_{A}}$ - ${{L}_{B}}$ = \[10\log \frac{{{I}_{A}}}{{{I}_{B}}}\] = \[10\log {{\left( \frac{{{R}_{B}}}{{{R}_{A}}} \right)}^{2}}\] $\Leftrightarrow $ 40 = \[10\log {{\left( \frac{{{R}_{B}}}{{{R}_{A}}} \right)}^{2}}\]

$\Rightarrow $ \[\frac{{{R}_{B}}}{{{R}_{A}}}\]=100 $\Leftrightarrow $ ${{R}_{B}}$ = 100${{R}_{A}}$

Ta lại có ${{R}_{M}}$ = ${{R}_{A}}$ +AM = ${{R}_{A}}$ + \[\frac{AB}{2}\] = ${{R}_{A}}$ + \[\frac{{{R}_{B}}-{{R}_{A}}}{2}\]=\[\frac{{{R}_{B}}+{{R}_{A}}}{2}\]= 50,5${{R}_{A}}$

Từ đó ${{L}_{A}}$ - ${{L}_{M}}$ = \[10\log \frac{{{I}_{A}}}{{{I}_{M}}}\] = \[10\log {{\left( \frac{{{R}_{M}}}{{{R}_{A}}} \right)}^{2}}\]= 10log$50,{{5}^{2}}$ $\Rightarrow $ ${{L}_{M}}$ = 60 - 10log$50,{{5}^{2}}$ = 26 dB

Ví dụ 5: Hai điểm M và N nằm ở cùng một phía của nguồn âm, trên cùng một phương truyền âm cách nhau một khoảng bằng a, có mức cường độ âm lần lượt là L_M = 40 dB và L_N = 20 dB. Biết nguồn âm là đẳng hướng. Nếu nguồn âm đó đặt tại điểm M thì mức cường độ âm tại N là bao nhiêu?

Hướng dẫn

Ta có :

${{L}_{M}}=40=10.\log \frac{{{I}_{M}}}{{{I}_{0}}}$

${{L}_{N}}=20=10.\log \frac{{{I}_{N}}}{{{I}_{0}}}$

${{L}_{M}}-{{L}_{N}}=10.(log\frac{{{I}_{M}}}{{{I}_{0}}}-\log \frac{{{I}_{N}}}{{{I}_{0}}})$ $\Leftrightarrow $ $20=10.\log \frac{{{I}_{M}}}{{{I}_{N}}}$

$\Leftrightarrow $ $\frac{{{I}_{M}}}{{{I}_{N}}}=100$ , mà ta có công thức: $I=\frac{P}{4\pi .{{R}^{2}}}$ ,nên:

$\frac{{{R}_{N}}^{2}}{{{R}_{M}}^{2}}=100\Leftrightarrow \frac{{{R}_{N}}}{{{R}_{M}}}=10$

Gọi O là điểm đặt nguồn âm khi chưa thay đổi vị trí, nên ta có : 9.OM=MN

Khi chuyển nguồn âm đến vị trí M, ta có:

${{I}_{N2}}=\frac{P}{4\pi .{{(9.OM)}^{2}}}$ $\Rightarrow $ $\frac{{{I}_{M}}}{{{I}_{N2}}}=81\Leftrightarrow {{I}_{N2}}=\frac{{{I}_{M}}}{81}$ $\Rightarrow $ ${{L}_{N2}}=10.\log (\frac{{{I}_{M}}}{81.{{I}_{0}}})$

Ta có ${{L}_{M}}=40=10.\log \frac{{{I}_{M}}}{{{I}_{0}}}$

$\Rightarrow $ ${{L}_{M}}-{{L}_{N2}}=40-{{L}_{N2}}=10.\log 81$ $\Rightarrow $ ${{L}_{N2}}\approx 20,92$ dB

BÀI TẬP TỰ LUYỆN

Câu 1: Nguồn âm điểm S phát ra sóng âm truyền Trong môi trường đẳng hướng. Có hai điểm A, B nằm trên cùng đường thẳng nỗi nguồn S và cùng bên so với nguồn. Mức cường độ âm tại A là 80 dB, tại B là 40 dB. Bỏ qua hấp thụ âm, mức cường độ âm tại trung điểm AB là

A. 40\[\sqrt{2}\] dB. B. 40 dB. C. 46 dB. D. 60 dB.

Câu 2: Hai điểm M và N nằm ở cùng một phía của nguồn âm, trên cùng một phương truyền âm cách nhau một khoảng bằng a, có mức cường độ âm lần lượt là ${{L}_{M}}$ = 30 dB và ${{L}_{N}}$ = 10 dB. Biết nguồn âm là đẳng hướng. Nếu nguồn âm đó đặt tại điểm M thì mức cường độ âm tại N là

A. 12 dB. B. 7 dB. C. 11 dB. D. 9 dB.

Câu 3: Mức cường độ âm do một nguồn âm S gây ra tại một điểm M là L. Nếu tiến thêm một khoảng d = 50 m thì mức cường độ âm tăng thêm 10 dB. Khoảng cách SM là

A. 73,12 cm. B. 7,312 m. C. 73,12 m. D. 7,312 km.

Câu 4: Nguồn âm tại O có công suất không đổi. Trên cùng đường thẳng qua O có ba điểm A, B, C cùng nằm về một phía của O và theo thứ tự xa có khoảng cách tới nguồn tăng dần. Mức cường độ âm tại B kém mức cường độ âm tại A là a (dB), mức cường độ âm tại B hơn mức cường độ âm tại C là 3a (dB). Biết OA = \[\frac{2}{3}\] OB. Tính tỉ số \[\frac{OC}{OA}\] : A. \[\frac{81}{16}\]B. \[\frac{9}{4}\] C. \[\frac{27}{8}\] D. \[\frac{32}{27}\]

Câu 5: Hai âm cùng tần số có mức cường độ âm chênh lệch nhau là 15 dB. Tỉ số cường độ âm của chúng là:

A. 120 B. 1200 C. 10 10. D. 10

Câu 6: Một nguồn âm O, phát sóng âm theo mọi phương như nhau. Hai điểm A, B nằm trên cùng đường thẳng đi qua nguồn O và cùng bên so với nguồn. Khoảng cách từ B đến nguồn lớn hơn từ A đến nguồn bốn lần. Nếu mức cường độ âm tại A là 60 dB thì mức cường độ âm tại B xấp xỉ bằng:

A. 48 dB B. 15 dB C. 20 dB D. 160 dB

Câu 7: Công suất âm thanh cực đại của một máy nghe nhạc gia đình là 10 W. Cho rằng cứ truyền trên khoảng cách 1 m, năng lượng âm bị giảm 5% so với lần đầu do sự hấp thụ của môi trường truyền âm. Biết ${{I}_{0}}$ = ${{10}^{-12}}$ W/${{m}^{2}}$ . Nếu mở to hết cỡ thì mức cường độ âm ở khoản g cách 6 m là:

A. 102 dB B. 107 dB C. 98 dB D. 89 dB

Câu 8: Một nguồn điểm O phát sóng âm có công suất không đổi Trong một môi trường truyền âm đẳng hướng và không hấp thụ âm. Hai điểm A, B cách nguồn âm lần lượt là ${{r}_{1}}$ và ${{r}_{2}}$. Biết cường độ âm tại A gấp 4 lần cường độ âm tại B. Tỉ số \[\frac{{{r}_{2}}}{{{r}_{1}}}\]bằng: A. 2. B. 1/2 C. 4. D. 1/4

Câu 9: Một sóng âm truyền Trong không khí. Mức cường độ âm tại điểm M và tại điểm N lần lượt là 40 dB và 80 dB. Cường độ âm tại N lớn hơn cường độ âm tại M.

A. 10000 lần B. 1000 lần C. 40 lần D. 2 lần

Câu 10: Một người đứng cách nguồn âm một khoảng R. Khi người đó tiến lại gần nguồn âm một khoảng l = 126,8 m thì thấy cường độ âm tăng gấp 3 lần. Giá trị chính xác của R là

A. 300 m B. 200 m C. 150m D. 100m

Câu 11: Hai nguồn âm nhỏ ${{S}_{1}}$, ${{S}_{2}}$ giống nhau (được nối với một nguồn âm) phát ra âm thanh với cùng một pha và cùng cường độ mạnh. Một người đứng ở điểm N với ${{S}_{1}}$N = 3 m và ${{S}_{2}}$N = 3,375 m. Tốc độ truyền âm Trong không khí là 330 m/s. Tìm bước sóng dài nhất để người đó ở N không nghe được âm thanh từ hai nguồn ${{S}_{1}}$, ${{S}_{2}}$ phát ra: A. $\lambda$ = 0,5 m B. $\lambda$ = 0,75 m C. $\lambda$ = 0,4m D. $\lambda$ = 1 m

Câu 12: Một sóng âm có biên độ 1,2 mm có cường độ âm tại một điểm bằng 1,80 W/${{m}^{2}}$ . Hỏi một sóng âm khác có cùng tần số nhưng biên độ bằng 0,36 mm thì cường độ âm tại điểm đó là bao nhiêu?

A. 0,6 W/${{m}^{2}}$ B. 2,7 W/${{m}^{2}}$ C. 5,4 W/${{m}^{2}}$ D. 16,2 W/${{m}^{2}}$

Câu 13: Cường độ âm thanh nhỏ nhất mà tai người có thể nghe được là 4. ${{10}^{-12}}$W/${{m}^{2}}$. Hỏi một nguồn âm có công suất 1 mW thì người đứng cách nguồn xa nhất là bao nhiêu thì còn nghe được âm thanh do nguồn đó phát ra. Bỏ qua mọi mất mát năng lượng, coi sóng âm là sóng cầu.

A. 141 m. B. 1,41 km. C. 446 m. D. 4,46 km.

Câu 14: Một người đứng cách một nguồn âm một khoảng là d thì cường độ âm là I. Khi người đó tiến ra xa nguồn âm thêm một khoảng 20 m thì cường độ âm giảm chỉ còn bằng I/4. Khoảng cách d là

A. 10 m. B. 20 m. C. 40 m. D. 160 m.

Câu 15: Một người đứng ở điểm M cách nguồn âm ${{S}_{1}}$ một đoạn 3m, cách nguồn âm ${{S}_{2}}$ 3,375 m. Biết ${{S}_{1}}$ và ${{S}_{2}}$ dao động cùng pha. Tốc độ của sóng âm Trong không khí v = 33 0m/s. Tại điểm M người quan sát không nghe được âm thanh từ hai loa ${{S}_{1}}$, ${{S}_{2}}$. Bước sóng dài nhất của âm là

A. 1,25 m. B. 0,5 m. C. 0,325 m. D. 0,75 m.

Câu 16: Hai nguồn âm điểm phát sóng cầu đồng bộ với tần số f = 680 Hz được đặt tại A và B cách nhau 1 m trong không khí. Biết tốc độ truyền âm trong không khí là v = 340 m/s. Bỏ qua sự hấp thụ âm của môi trường. Gọi O là điểm nằm trên đường trung trực của AB cách AB 100 m và M là điểm nằm trên đường thẳng qua O song song với AB, gần O nhất mà tại đó nhận được âm to nhất. Cho rằng AB << OI (với I là trung điểm của AB ). Khoảng cách OM bằng: A. 40 m B. 50 m C. 60 m D. 70 m

Câu 17: Âm thanh truyền nhanh nhất trong môi trường nào sau đây?

A. Không khí. B. Nước. C. Sắt. D. Khí hiđrô.

Câu 18: Khi cường độ âm gấp 100 lần cường độ âm chuẩn thì mức cường độ âm có giá trị là

A. L = 2 dB B. L = 20 dB C. L = 20 B D. L = 100 dB

Câu 19: Với I₀ = ${{10}^{-12}}$W/${{m}^{2}}$ là cường độ âm chuẩn, I là cường độ âm. Khi mức cường độ âm là L = 10 B thì: A. I = 100 W/${{m}^{2}}$ B. I = 1 W/${{m}^{2}}$ C. I = 0,1 mW/${{m}^{2}}$ D. I = 0,01 W/${{m}^{2}}$

Câu 20: Một âm thoa có tần số dao động riêng 850Hz được đặt sát miệng một ống nghiệm hình trụ đáy kín đặt thẳng đứng cao 80cm. Đổ dần nước vào ống nghiệm đến độ cao 30cm thì thấy âm được khuếch đại lên rất mạnh. Biết tốc độ truyền âm trong không khí có giá trị nằm trong khoảng 300 m/s đến 350 m/s. Hỏi khi tiếp tục đổ nước thêm vào ống thì có thêm mấy vị trí của mực nước cho âm được khuếch đại mạnh? A. 1 B. 2 C. 3 D. 4

Câu 21: Thả một hò đá từ miệng của một cái giếng cạn có độ sâu 12,8 m thì sau khoảng thời gian bao lâu sẽ nghe thấy tiếng đá chạm đáy giếng? Biết tốc độ truyền âm trong không khí là 300 m/s và g = 10 m/${{s}^{2}}$

A. 1,54 s B. 64 s C. 1,34 s D. 1,44 s

01.C 02.C 03.C 04.A 05.C 06.A 07.A 08.A 09.A 10.A 11.B 12.D 13.D 14.B 15.D 16.C 17.C 18.B 19.D 20.B 21.B