Thứ Hai, 11 tháng 10, 2010

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ÂM THANH




Tác giả :
KS .Nguyễn Tố Huy
KS .Nguyễn Văn Phê

I – NGUỒN GỐC ÂM THANH:
Lấy tay bật vào dây đàn, dây đàn rung lên và phát ra tiếng. Tiếng đàn ngân dài, cho đến khi dây đàn hết rung thì âm thanh cũng tắt. Nếu ta gõ trống, mặt trống rung lên và cũng phát ra tiếng. Lấy tay sờ vào màng một cái loa đang kêu thì tay ta cảm thấy màng loa đang rung động.
Nh vậy ta có thể kết luận: Âm thanh là do vật thể rung động, phát ra tiếng và lan truyền đi trong không khí. Sở dĩ tai ta nghe đợc âm thanh là nhờ ở màng nhĩ. Màng nhĩ nối liền với hệ thống thần kinh.
Làn sóng âm thanh từ vật thể rung động phát ra, đợc lan truyền trong không gian, tới tai ta làm rung màng nhĩ theo đúng nhịp điệu rung động của vật thể đã phát ra tiếng. Nhờ đó, ta nghe đợc âm thanh.
Không khí là môi trờng truyền dẫn âm thanh.
Âm thanh cũng truyền lan đợc trong các chất khí, chất lỏng, chất rắn, nhng không truyền lan đợc trong khoảng chân không.
Một số chất truyền dẫn âm rất kém. Các chất dẫn âm kém thờng là loại mềm, xếp nh bông, dạ, cỏ khô… gọi là chất hút âm. Các chất này đợc dùng lót tờng các rạp hát, các phòng bá âm … để hút ẩm, giảm tiếng vang.
Vận tốc truyền lan của âm thanh phụ thuộc vào môi trờng truyền âm. Thí dụ trong không khí là 340m/s, trong nớc là 1.480m/s, trong sắt là 5000m/s.
Trong hành trình truyền lan, nếu gặp phải các vật chớng ngại nh tờng, núi đá, hàng cây … thì phần lớn năng lợng của âm thanh sẽ bị phản xạ trở lại, một phần nhỏ tiếp tục truyền lan về phía trước. Còn một phần nhỏ nữa của năng lượng âm thanh bị cọ sát với vật chướng ngại, biến thành nhiệt năng tiêu tán đi.

(Đây là tài liệu về âm học được in thành sách do 2 kỹ sư Tác giả :
KS .Nguyễn Tố Huy
KS .Nguyễn Văn Phê
biên soạn nay ADM Post lên đây cho các bạn tham khảo
Trong quá trình gõ có một số từ sai chính tả Audioman71 sẽ chỉnh sửa sau hy vọng nó có ích cho các bạn
Còn một số hình ảnh minh họa ADM sẽ vẽ lại và đưa lên sau )
Audioman71
II – ĐẶC TÍNH CỦA ÂM THANH:
Âm thanh đợc đặc trng bằng các đặc tính chính nh sau:
1 – Tần số:
Tần số của một số âm đơn là số tần dao động của không khí truyền dẫn âm trong một giây đồng hồ. Khi ta gẩy nốt mi của đàn thì dây sẽ rung 330 lần trong một giây. Ta gọi tần số của âm mi là 330 Héc (Hz). Đơn vị của tần số là Héc, viết tắt là Hz. 1 ki lô Héc (KHz) = 1000Hz, 1 mêga Héc (MHz) = 1.000KHz = 1.000.000Hz.
Tần số biểu thị độ cao của âm thanh: tiếng trầm có tần số thấp tiếng bổng có tần số cao. Tai ngời có thể nghe thấy đợc các tần số thấp tới 16Hz và tần số cao tới 20.000Hz. Dải tần số 16Hz đến 20.000Hz gọi là siêu âm.
Dòng điện có tần số trong khoảng 16Hz đến 20.000 Hz gọi là dòng điện âm tần.
Ứng với mỗi tần số dao động f có chu kỳ dao động T và một bớc sóng l (đọc là lam đa).
Chu kỳ của dao động âm thanh là thời gian âm đó dao động đợc một lần. Chu kỳ ký hiệu là T, có đơn vị là giây (s) T =
Bớc sóng của âm thanh ký hiệu bằng l, có đơn vị là mét.
l = CT, C là tốc độ truyền lan của âm thanh trong không khí (C – 340m/s), T là chu kỳ của âm thanh. Vậy bớc sóng của âm thanh chính là khoảng truyền lan của âm thanh tơng ứng với một chu kỳ dao động. Bớc sóng của âm thanh tơng ứng trong dải âm tần là từ 21,25m đến 0,017m.
Trên thực tế một phát âm ra thờng không phải là một âm đơn, mà là một âm phức. Âm phức này bao gồm âm đơn và một số âm hài có tần số gấp 2,3,4 … lần âm đơn.
Trong dải âm tần, ngời ta chia ra: Tiếng trầm từ 16 đến 300Hz, tiếng vừa (tiếng trung) từ 300 đến 3000Hz, tiếng bổng (hay tiếng thanh) 3000Hz đến 20.000Hz. Tiếng nói của ngời thờng có tần số từ 80Hz đến 8000Hz. Các nốt nhạc ở bát độ thứ ba có tần số: độ: 262 Hz, rê: 294 Hz, mi: 300 Hz, pha: 349 Hz, son: 392 Hz, la: 440Hz, si: 494 Hz.
2 - Áp suất âm thanh:
Áp suất âm thanh gọi tắt là thanh áp. Âm thanh truyền lan đến đâu thì làm thay đổi áp suất không khí ở đó. áp suất do âm thanh tạo thêm ra một điểm gọi là thanh áp ở điểm đó. Đơn vị thanh áp là bar. Một bar là thanh áp tác động lên một diện tích 1cm2 một lực là 1 đin, 1 bar = 1đin/cm2.
3 – Công suất âm thanh:
Công suất âm thanh là năng lợng âm thanh đi qua một diện tích S trong một thời gian giây.
Công suất âm thanh P có thể tính bằng công thức:
P = psv.
Trong đó p là thanh áp, v là tốc độ dao động của một phần tử không khí tại đó và S là diện tích. Công suất âm thanh tính theo oát (W).
Sau đây là công suất âm thanh của một số nguồn âm. Số liệu này chỉ có tính chất tham khảo.
Máy bay phản lực: 10.000W, búa máy: 1W, ô tô vận tải phóng nhanh: 0,12W, nói chuyện bình thờng: 0,0003W.
4 – Cờng độ âm thanh:
Cờng độ âm thanh là công suất âm thanh đi qua một đơn vị diện tích là 1cm2.
I = = pv
Ba đại lợng áp suất âm thanh, công suất âm thanh, cờng độ âm thanh gắn liền với nhau: P = IS – pvs. Cả ba đều biểu thị độ lớn nhỏ của âm thanh. Âm thanh có năng lợng càng lớn thì công suất, cờng độ và áp suất của âm thanh càng lớn.
Cần lu ý là thành áp tỷ lệ với căn bậc hai của công suất âm thanh, khi ta tăng công suất âm thanh lên 1 lần thi thanh áp chỉ tăng 2 lần, nếu tăng công suất thanh lên 9 lần thì thanh áp chỉ tăng 3 lần.
Đây là điều cần lu ý khi khai thác các nguồn điện thanh.
Audioman71
5 – Sự phản xạ của sóng âm thanh:
Sóng âm thanh có bớc sóng bằng l, trên đờng truyền lan gặp vật chắn có kích thớc d, sẽ xảy ra 2 trờng hợp sau đây:
Trờng hợp thứ nhất: nếu l > d thì sóng âm trờn qua vật chắn, hiện tợng này gọi là sóng uốn vòng.
Trờng hợp thứ hai: nếu l < d thì một phần sóng sẽ phản xạ trở lại còn phần khác sẽ xuyên qua vật chắn truyền vào môi trờng. Hiện tợng vật chắn đổi hớng gọi là hiện tợng khúc xạ.
Hiện tợng khúc xạ và khúc xạ của sóng âm tuân theo các định luật phản xạ, khúc xạ nh đối với ánh sáng.
Định luật phản xạ: góc tới và góc phản xạ bằng nhau, tia tới và tia phản xạ cùng nằm trên một mặt phẳng.
Ta xét trong giải tần số âm thanh:
Ở tần số thấp, bớc sóng lớn.
Thí dụ: ở f = 100Hz
l = = 3,4m
So với kích thớc vật chắn: thí dụ tờng bao phòng ở …. có kích thớc tơng đơng. Nh vậy ở tần số thấp hay xảy ra hiện tợng sóng uốn vòng.
Ở tần số trung thí dụ: f = 1.000Hz à l = 0,34
Sóng sẽ bị phản xạ và khúc xạ.
6 – Trờng âm:
Môi trờng vật chất, trong đó âm sóng âm truyền lan gọi là trờng âm.
Có hai loại trờng âm:
- Trờng âm tự do – trờng âm trong không gian mở (không có tờng chắn bao quanh).
- Trờng âm tán xạ: là trờng âm trong phòng không gian kín (có các tờng chắn bao quanh thí dụ: phòng ở, nhà hát, Studio …) trờng âm tán xạ có hai thành phần: trực âm (sóng trực tiếp) và phản âm (sóng phản xạ). Thành phần phản âm là thành phần rất phức tạp.
7 – Vang và trễ:
Vang là một đặc tính âm thanh của các phòng kín. Vang là hiện tợng kéo dài âm thanh sau khi tắt nguồn âm.
Thời gian vang (T) là một đại lợng vật lý đợc sử dụng để xác định mức độ vang của từng phòng.
Đơn vị đo của thời gian vang là giây (s). Mô tả nh sau (Hình 4)
Trong phòng kín của nguồn âm S, cách nguồn âm S có một khoảng là M (điểm thu – ngời nghe), sóng âm thanh đến ngời nghe bằng hai con đờng. Con đờng thứ nhất là âm thanh bức xạ trực tiếp từ S đến M, con đờng thứ hai phản xạ lên bức tờng xung quanh. Về nguyên tắc có thể tồn tại bậc phản xạ thứ n, qua đời mỗi lần phản xạ năng lợng âm thanh bị suy giảm và thời gain đến chậm hơn.
Khoảng cách thời gian từ trực âm đến tia phản xạ đầu tiên gọi là thời gian trễ (t).
Nếu t>50ms tai ngời nhận biết đợc khoảng cách thời gian giữa trực âm và tia phản xạ đầu tiên, hiện tợng này gọi là tiếng vọng (Echo).
Thời gian vang đợc xác định từ thời điểm ngắt nguồn âm đến khi năng lợng âm thanh giảm xuống 60dB.
Cuocsongmusic
Rất cảm ơn bác đã cung cấp những bài học AUDIO cơ bản và bổ ích cho 4R, đặc biệt là bổ ích những người mới chập chững bước vào AUDIO như em. smile.gif
Audioman71
III –SỰ THỤ CẢM CỦA TAI NGỜI ĐỐI VỚI ÂM THANH:
Ngời bình thờng có thể nghe đợc âm thanh trong dải tần số từ 20Hz đến 15.000 Hz. Có ngời nghe đợc các âm thanh có tần số cao hơn, có ngời lại chỉ nghe đợc các tần số thấp hơn. Ngời già nghe tiếng thanh kém hơn ngời trẻ.
Ngời ta có thể phân biệt đợc khoảng 130 mức thanh áp khác nhau, mỗi mức cách nhau 1dB. Tai ngời nghe nhậy với các tần số trong khoảng 500Hz đến 5000Hz. ở khoảng tần số này chỉ cần nguồn âm thanh có thanh áp nhỏ, nghe cũng rõ không kém gì ở các khoảng tần số cao hay thấp có thanh áp lớn ….
Hình 5 biểu thị phạm vi nghe đợc của tai ngời. Các đờng cong trên là các đờng đẳng âm, biểu thị mức nghe to bằng nhau. Có các đờng đẳng âm O phôn, 20 phôn, 40 phôn, 60 phôn, 80 phôn, 100 phôn, 120 phôn. Phôn là đơn vị đo độ to nhỏ của âm thanh thông qua độ nhạy chủ quan của tai ngời.
Khu vực giới hạn bằng đờng gạch đứt quãng là khu vực âm thanh thờng gặp nhất. Các đờng này đều võng xuống ở khoảng giữa, còn ở hai đầu thì nâng lên. Ta thấy tuy mức thanh áp có khác nhau khá nhiều, nhng tần số âm thanh khác nhau thì tai ta lại nghe to nh nhau. Chẳng hạn, ở tần số 1000 Hz có mức thanh áp 40 dB cũng nghe to nh tần số 70Hz có thanh áp 70dB và tần số 3000Hz có thanh áp 35dB.
Tai ngời còn có thể phân biệt đợc các âm sắc khác nhau.
Âm sắc là sắc thái riêng của âm thanh, giúp ta phân biệt đợc các nguồn âm khác nhau. Hai loại nhạc cụ cùng dạo một bản nhạc nh nhau, nhng nghe khác nhau, vì âm sắc khác nhau. Hai âm phức có âm cơ bản giống nhau về tần số và biên độ, nhng hai âm có tần số và biên độ khác nhau …. nên có âm sắc khác nhau.
Tai ngời lại có khả năng u tiên nghe rõ các tiếng mà mình nghe quen. Chẳng hạn ngời Việt Nam nghe tiếng Việt khi thuyết minh phim, rõ hơn tiếng ngoại quốc. Ngời ta còn có thể xác định đợc hớng âm thanh truyền tới, nhờ có hai tai. Vì vậy ta có thể nghe đợc âm thanh lập thể.

Không có nhận xét nào:

Đăng nhận xét