a. 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
- Hạ âm là âm có f < 16hz
- Siêu âm là âm có f > 20 000 hz
- Tốc độ truyền âm giảm trong các môi trường theo thứ tự : R, L, K.
- 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: Độ cao, độ to, âm sắc.
Các đặc trưng của âm phụ thuộc vào cảm giác nghe (thính giác) của tai con người.
a. Độ cao:
- Độ cao của âm, phụ thuộc vào tần số âm.
- Âm có tần số lớn gọi là âm bổng; âm có tần số thấp gọi là âm trầm
b. Độ to: Là đại lượng đặc trưng cho mức độ 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:
- Giải thích: P là công suất của nguồn âm, S là diện tích miền truyền âm
- Khi âm truyền trong không gian:
Đơn vị : P(W), S(m2), I(W/m2).
- Mức cường độ âm :
- Mức cường độ âm là đại lượng để so sánh mức độ to, nhỏ của âm.
- Công thức:
- Giải thích: I là cường độ âm tại điểm cần tính
I0 là cường độ âm chuẩn (f = 1000 Hz) có giá trị là
Ước số của Bell là deciBell (dB)
c. Âm sắc
- Là đại lượng đặc trưng cho bản sắc riêng của âm. Âm sắc giúp ta phân biệt được hai âm khác nguồn nhưng có cùng độ cao, độ to, tần số.
- Âm sắc phụ thuộc vào dạng đồ thị dao động của âm.
3. Nhạc âm và tạp âm
- Nhạc âm là những âm có tần số xác định và đồ thị dao động là đường cong hình sin.
- Tạp âm là những âm có tần số không xác định và đồ thị dao động là những đường cong phức tạp. Thí dụ: Âm phát ra từ lớp học vào giờ ra chơi.
4. Họa âm:
- Một âm khi phát ra được tổng hợp từ một âm cơ bản và các âm khác gọi là họa âm.
- Âm cơ bản có tần số f0 còn các họa âm có tần số bằng bội số tương ứng với âm cơ bản.
Các họa âm lập thành một cấp số cộng với công sai d = f1
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.
Bài 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?
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:
Bài 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.
* Giải:
Gọi fn là âm mà người đó nghe được, ta có:
Theo bài
Vậy tần số âm lớn nhất mà người đó nghe được là 420.42 = 17640 (Hz)
Bài 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
Giải:
Cường độ âm được tính bởi
Do âm phát ra dạng sóng cầu nên:
Do đó
Vậy ngưỡng nghe của tai người này là 10 (dB).
Bài 4: Hai âm có mức cường độ âm chênh lệch nhau 20 dB. Tính tỉ số của cường độ âm của chúng ?
Bài 5: Một người đứng cách nguồn âm một khoảng d thì cường độ âm là I. Khi người đó tiến ra xa nguồn âm một đoạn 40m thì cường độ âm giảm chỉ còn
Giải:
Ta có:
Công suất âm thanh là tỷ lệ năng lượng âm thanh được phát ra, phản xạ, truyền đi hoặc nhận được, trên đơn vị thời gian.[1] Đơn vị SI của công suất âm thanh là watt (W).[1] Nó là công suất của lực âm thanh trên bề mặt của môi trường truyền sóng âm thanh. Đối với một nguồn âm thanh, không giống như áp suất âm thanh, công suất âm thanh không phụ thuộc vào phòng hay khoảng cách. Áp suất âm thanh là đo đạc tại một điểm trong không gian gần với nguồn, trong khi công suất âm thanh của một nguồn là tổng công suất phát ra bởi một nguồn về mọi hướng. Công suất âm thanh đi qua một diện tích đôi khi được gọi là âm thông đi qua diện tích đó.
Đặc tính Ký hiệu
Công suất âm thanh ký hiệu là P, được định nghĩa bởi[2]
P = f ⋅ v = A p u ⋅ v = A p v {\displaystyle P=\mathbf {f} \cdot \mathbf {v} =Ap\,\mathbf {u} \cdot \mathbf {v} =Apv}trong đó
- f là lực âm thanh của véc tơ đơn vị u;
- v là vận tốc hạt của phép chiếu của v trên u;
- A là diện tích;
- p là áp suất âm thanh.
Trong một môi trường, công suất âm thanh được tính bởi
P = A p 2 ρ c cos θ , {\displaystyle P={\frac {Ap^{2}}{\rho c}}\cos \theta ,}trong đó
- A là diện tích bề mặt;
- ρ là khối lượng riêng;
- c là vận tốc âm thanh;
- θ là góc giữa hướng truyền âm thanh và đường pháp tuyến của bề mặt.
Ví dụ, âm thanh với SPL = 85 dB hoặc p = 0.356 Pa trong không khí (ρ = 1.2 kg·m−3 và c = 343 m·s−1) qua một bề mặt có diện tích A = 1 m² vuông góc với hướng truyền (θ = 0 °) có dòng năng lượng âm thanh là P = 0,3 mW.
Đây là tham số cần thiết khi chuyển đổi tiếng ồn trở lại năng lượng sử dụng được, cùng với bất cứ tổn thất nào trong thiết bị thu nạp.
Mức độ công suất âm thanh tối đa (LWA) của một máy nén khí di động
Sau đây là bảng ví dụ.[3]
Tên lửa Saturn V | 100.000.000 | 200 |
Sonar dự án Artemis | 1.000.000 | 180 |
Động cơ tuốc bin phản lực luồng | 100.000 | 170 |
Tàu bay động cơ tuốc bin phản lực cánh quạt lúc cất cánh | 1.000 | 150 |
Tàu bay động cơ tuốc bin cánh quạt lúc cất cánh | 100 | 140 |
Súng máy Đại phong cầm lớn |
10 | 130 |
Dàn nhạc giao hưởng Sấm lớn Tiếng nổ siêu thanh |
1 | 120 |
Buổi hòa nhạc rock Máy cưa xích Mô tô tăng tốc |
0,1 | 110 |
Máy cắt cỏ Ô tô ở vận tốc cao tốc Tàu điện ngầm bánh thép |
0,01 | 100 |
Phương tiện diesel lớn | 0,001 | 90 |
Đồng hồ báo thức lớn | 0,0001 | 80 |
Máy hút bụi tương đối yên tĩnh | 10−5 | 70 |
Máy sấy tóc | 10−6 | 60 |
Radio hoặc TV | 10−7 | 50 |
Tủ lạnh Giọng nói trầm |
10−8 | 40 |
Nói chuyện khẽ | 10−9 | 30 |
Nói thềm Đồng hồ đeo tay tích tắc |
10−10 | 20 |
Tiếng thở của một người | 10−11 | 10 |
Giá trị tham chiếu | 10−12 | 0 |
Công suất âm thanh có liên quan đến cường độ âm thanh:
P = A I , {\displaystyle P=AI,}trong đó
- A là diện tích;
- I là cường độ âm thanh.
Công ấm âm thanh có liên quan đến mật độ năng lượng âm thanh:
P = A c w , {\displaystyle P=Acw,}trong đó
- c là vận tốc âm thanh;
- w là mật độ năng lượng âm thanh.
Mức độ công suất âm thanh là một đo đạc loga của công suất của một âm thanh so với một giá trị tham chiếu.
Mức độ công suất âm thanh, ký hiệu là LW và đo theo dB, được định nghĩa bằng[4]
trong đó
- P là công suất âm thanh;
- P0 là công suất âm thanh tham chiếu;
- 1 Np = 1 là neper;
- 1 B = 1/2 ln 10 là bel;
- 1 dB = 1/20 ln 10 là decibel.
Công suất âm thanh tham chiếu thường được sử dụng trong không khí là[5]
P 0 = 1 p W . {\displaystyle P_{0}=1~\mathrm {pW} .}Ký hiệu thích hợp cho mức độ công suất âm thanh sử dụng tham chiếu này là LW/(1 pW) hoặc LW (re 1 pW), nhưng ký hiệu hậu tố dB SWL, dB(SWL), dBSWL, hoặc dBSWL rất phổ biến, kể cả nếu chúng không được chấp nhận bởi SI.[6]
Công suất âm thanh tham chiếu P0 được định nghĩa là công suất âm thanh với mật độ âm thanh tham chiếu I0 = 1 pW/m² đi qua một bề mặt với diện tích A0 = 1 m²:
P 0 = A 0 I 0 , {\displaystyle P_{0}=A_{0}I_{0},}do đó giá trị tham chiếu P0 = 1 pW.
Quan hệ với mức độ áp suất âm thanh
Công thức tính công suất âm thanh từ áp suất âm thanh là:
L W = L p + 10 log 10 ( A S A 0 ) d B , {\displaystyle L_{W}=L_{p}+10\log _{10}\!\left({\frac {A_{S}}{A_{0}}}\right)\!~\mathrm {dB} ,}trong đó: A S {\displaystyle {A_{S}}} định nghĩa một bề mặt mà bao quanh toàn bộ nguồn. Bề mặt này có thể ở bất cứ hình dáng này, nhưng nó bắt buộc phải bao quanh toàn bộ nguồn.
Trong trường hợp nguồn âm thanh nằm ở một trường tự do trên một bề mặt phản xạ (ví dụ mặt đất), trong không khí ở nhiệt độ môi trường, mức độ công suất âm thanh ở khoảng cách r từ nguồn âm thanh xấp xỉ có liên quan với mức độ áp suất âm thanh bằng công thức[7]
L W = L p + 10 log 10 ( 2 π r 2 A 0 ) d B , {\displaystyle L_{W}=L_{p}+10\log _{10}\!\left({\frac {2\pi r^{2}}{A_{0}}}\right)\!~\mathrm {dB} ,}trong đó
- Lp là mức độ áp suất âm thanh;
- A0 = 1 m²;
- 2 π r 2 , {\displaystyle {2\pi r^{2}},} định nghĩa diện tích bề mặt của bán cầu; và
- r phải đủ để bán cầu hoàn toàn bao phủ nguồn.
Trứng minh phương trình này:
L W = 1 2 ln ( P P 0 ) = 1 2 ln ( A I A 0 I 0 ) = 1 2 ln ( I I 0 ) + 1 2 ln ( A A 0 ) . {\displaystyle {\begin{aligned}L_{W}&={\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {P}{P_{0}}}\right)\\&={\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {AI}{A_{0}I_{0}}}\right)\\&={\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {I}{I_{0}}}\right)+{\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {A}{A_{0}}}\right)\!.\end{aligned}}}Đối với một sóng cầu tiến,
z 0 = p v , {\displaystyle z_{0}={\frac {p}{v}},} A = 4 π r 2 , {\displaystyle A=4\pi r^{2},} (diện tích bề mặt của hình cầu)trong đó z0 là trở kháng âm thanh đặc trưng riêng.
Do đó,
I = p v = p 2 z 0 , {\displaystyle I=pv={\frac {p^{2}}{z_{0}}},}và từ đó theo định nghĩa I0 = p02/z0, với p0 = 20 μPa là áp suất âm thanh tham chiếu,
L W = 1 2 ln ( p 2 p 0 2 ) + 1 2 ln ( 4 π r 2 A 0 ) = ln ( p p 0 ) + 1 2 ln ( 4 π r 2 A 0 ) = L p + 10 log 10 ( 4 π r 2 A 0 ) d B . {\displaystyle {\begin{aligned}L_{W}&={\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {p^{2}}{p_{0}^{2}}}\right)+{\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {4\pi r^{2}}{A_{0}}}\right)\\&=\ln \!\left({\frac {p}{p_{0}}}\right)+{\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {4\pi r^{2}}{A_{0}}}\right)\\&=L_{p}+10\log _{10}\!\left({\frac {4\pi r^{2}}{A_{0}}}\right)\!~\mathrm {dB} .\end{aligned}}}Công suất âm thanh ước tính trên thực tế không phụ thuộc vào khoảng cách. Áp suất âm thanh được sử dụng trong tính toán có thể bị ảnh hưởng bởi khoảng cách do hiệu ứng nhớt trong sự truyền âm thanh trừ khi điều này được tính đến.
- ^ a b Ronald J. Baken, Robert F. Orlikoff (2000). Clinical Measurement of Speech and Voice. Cengage Learning. tr. 94. ISBN 9781565938694.
- ^ Landau & Lifshitz, "Fluid Mechanics", Course of Theoretical Physics, Vol. 6
- ^ “Sound Power”. The Engineering Toolbox. Truy cập ngày 28 tháng 11 năm 2013.
- ^ "Letter symbols to be used in electrical technology – Part 3: Logarithmic and related quantities, and their units", IEC 60027-3 Ed. 3.0, International Electrotechnical Commission, ngày 19 tháng 7 năm 2002.
- ^ Ross Roeser, Michael Valente, Audiology: Diagnosis (Thieme 2007), p. 240.
- ^ Thompson, A. and Taylor, B. N. sec 8.7, "Logarithmic quantities and units: level, neper, bel", Guide for the Use of the International System of Units (SI) 2008 Edition, NIST Special Publication 811, 2nd printing (November 2008), SP811 PDF
- ^ Chadderton, David V. Building services engineering, pp. 301, 306, 309, 322. Taylor & Francis, 2004. ISBN 0-415-31535-2
- Công suất và Áp suất âm thanh. Nguyên nhân và hiệu ứng
- Định luật Ohm tương ứng với âm thanh. Tính toán
- Relationships of Acoustic Quantities Associated with a Plane Progressive Acoustic Sound Wave
- NIOSH Powertools Database Lưu trữ 2009-11-12 tại Wayback Machine
- Kiểm tra công suất âm thanh Lưu trữ 2013-02-08 tại Archive.today
Lấy từ “//vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Công_suất_âm_thanh&oldid=68478943”