Khóa luận tốt nghiệp Sư phạm Vật lý: Hệ thống hiển thị cường độ sóng dừng của âm thanh trong một ống hình trụ

LỜI CẢM ƠNKhóa luận tôi nghiệp chuyên ngành Sư phạm Vat lí với Đề tài “Hệ thong hiển thicường độ sóng dừng của âm thanh trong một ống hình trụ ” là kết qua đúc kết từ kiến thức em học tậ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HCM

HỆ THONG HIẾN THỊ CƯỜNG ĐỘ SONG DUNG

CUA ÂM THANH TRONG MOT ONG HÌNH TRỤ

GIẢNG VIÊN HUONG DAN: TS NGUYEN LAM DUY SINH VIÊN THUC HIỆN : HOÀNG KIM LÂM

MSSV : 43.01.102.031

Thành phố Hé Chí Minh - 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HCM

KHOA VAT LÝ

KHOA LUAN TOT NGHIEP

TEN DE TAL:

HE THONG HIEN THI CUONG DO SONG DUNG

CUA AM THANH TRONG MOT ONG HINH TRU

Sinh viên thực hiện: Hoang Kim Lam MSSV: 43.01.102.031

Chuyên ngành: Sư phạm Vật lí

Giảng viên hướng dan: TS Nguyễn Lâm Duy

TP HCM, Tháng 4/2021

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 5 năm 2021 Xác nhận của chủ tịch hội đồng Xác nhận của giảng viên hướng dẫn

LỜI CẢM ƠN

Khóa luận tôi nghiệp chuyên ngành Sư phạm Vat lí với Đề tài “Hệ thong hiển thicường độ sóng dừng của âm thanh trong một ống hình trụ ” là kết qua đúc kết từ kiến

thức em học tập được trong bon nắm qua tại trường Đại học Sư phạm Thành pho Ho

Chí Minh với sự hướng dan, giúp đỡ tận tinh của quý thay cô, bạn bè và người thân

Qua đây, em xin gửi lời cam ơn chân thành đến những người đã giúp đỡ em trong thời

gian học tập — thực hiện khóa luận vừa qua.

Em xin trân trọng gửi đến thay Nguyên Lâm Duy - người đã trực tiếp tận tình hướng dan cũng như cung cấp tài liệu cân thiết cho bài luận này lời cảm ơn chân thành

và sâu sắc nhất

Em xin chân thành cảm ơn thay Nguyễn Hoàng Long đã tận tình chỉ dạy, động viên và cho em những lời khuyên đề hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn anh Nguyễn Thành Phúc đã hướng dẫn em nhiều kỹ năng, kiến thức can thiết

và luôn động viên giúp đỡ em trong quá trình thực hiện khóa luận này.

Em xin cảm ơn các thây cô giáo trong tổ Vật lí đại cương, khoa Vật lý, trường Đạihọc Su phạm Thanh phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt khóa luận

tôt nghiệp của mình.

Cuối càng, em xin cảm on gia đình, người thân, bạn bè đã luôn bên cạnh, ung hộ, động viên em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này.

Em xin chân thành cảm ơn.

Thành phố Ho Chí Minh, ngày 30 tháng 4 năm 2020

Sinh viên

HOÀNG KIM LÂM

MÔ ĐẦU snnsesinniisnniinotilitioiilittitati810131105500851585008318886383388600338E0033000338030018388 I

4.3 Phương pháp phân tích tông kết kinh nghiệm - 22-55525522 3

CHƯƠNG | CƠ SỞ LÍ THUYET - NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4

1.1 Sóng đừng của âm thanh trong một dng hình trụ -+55 : 4

1.1.1 Sự tạo thành sóng âm và vận tốc truyền sóng âm trong không khí 4 1::2.:Cường độ otha SONG ÂÑm::s::::::::::::c:ccccctcsiteenirsisesiissiiessisesssasransasassasasi 6 1.1.3 Sóng dừng của âm thanh trong một ống hình trụ - 7

1:2::ĐIỆNIE:¿:::::::sc:icciici2221111227121112111131161316013123338335235858355331539385353953953565382558836035557 §

1.2.1 Vi điều khiển Arduino Nano s-ssrvvxirrerrrirerrrrrrie §

1:2.2.iMicrophone:eÏEotTEf :.-cccccc c2 c2 220 202 c210141084205218.401235655 10 1:2:3 Module LedlmaitrậniPÏisccossoiseoaooaooatooitoiiiiiatiiasi24012214120156ã1 1208538 10 1.2.4 Multiplexer - 16 channeÌL - HH HH, II

1.2:5.IRCtKhuôchđ010PMĐBỐ:ieecieiieeioeeooiiioaieiianiaiadsaarasnaas 12

CHUONG 2 THIET KE HE THONG HIEN THI CUGNG DO SONG DUNGCUA ÂM THANH TRONG MOT ONG HINH TRỤ 22-222 22E22E 2222222 14

2.1 Sử dụng một micro dé khảo sát cường độ sóng đừng của âm thanh trong

MRO rage hình (FDE,1i::i2::62551550010601261200/21002101640102i6621162310233123/12331210212012310221182/ 14

2.1.2 Sơ đồ thiết kế 22 2T 2212021211 25111 2112521121225 211 2102221122211 cEEe 14

21-3: Hệ đơn:6iánihoàn cHỈHÏ:::::::::::i:isnciosiioisgiiniiiiiiiitiiliistisaiisgia3 14

2.1.4 Kết quả đo đạc - s2 1321221112111 111 1x ngưng re gưyi 15

2.2 Thiết kẻ, chế tạo hệ thống hién thị cường độ sóng dừng của âm thanh trong

mot ống hình trụ theo thời gian thực Sun 18PPA Hệ thống |) 2-56 0202102211001252112561022300200020 6e 192.2.2 Thiết kế nguồn tạo AM cccccsceessesssessseesssesssessvesseessecssecsseesseeseresereeveess 22D1025: 1 hiELKC 0RETU TTYISBINES-:ysu:2:252240305122012206133692093210223132110921192)0141033318323122 22

2.2.4 Hệ thống hoàn chỉnh - 2-22 s2Ss22S22102552117 5317317232222 2 24

2.2.5 K@t 0 08 24CHƯƠNG 3 DE XUAT SỬ DỤNG 2-22-5222 E32 2222211711222 1111 2e rree 27

3.1 Chương trình hiện hành: - HH HH ườ 27 3.2 Chương trình giáo duc phô thông 2018 - 2 22 2+2zZ££Ezzzxzczxee 27

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN - HƯỚNG PHÁT TRIEN 52-555: 29

A TR MDa "acc ốc 29

4.2 Hướng phat trie o.oo ccc ccc ecseeceecseesscoscsssessesseeeveencesvsssessessessecenetsneaserseseeeeese 29

DANH MUC TRICH DAN o.cccccccocossssescssessesessesessssneseesssuestesvssecsasvessasaneasenceeasenes 31

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 a) Sóng dừng trong ống hở hai đầu b) Sóng dừng trong ống một đầu bịt kín 7

Hình 2 Board Arduino Nano Án HH HH TH Họ TH gà 9 Hình 3: Microphone l6clf€:.:.-:::s:: :::-:::-cc-c:cccccc co ccGniinbDnniantiaeidiasaEiaSi125112s5ã8.58 56 10

Hình 4 Sơ đồ chân Module Led ma (HP NÌEiisiitsii2ii661i656021006011610311161110211031136113535085 10

Hình 5 Module Led maitraniP10) :iccccccsscessscsscsssassscasscosssacssasccassoossscasscasscesssasssaesees 10

Hình 6 a) Multiplexer - 16 channel b) So đồ chân Multiplexer - 16 channel 11

Hình 7 IC khuếch đại LM386 oo c ccccccssecseeseescessccsscsseessessessessscssvessecsesecesecsseeseeseeseeeees 13

Hình 8 Mạch khuếch đại có hệ sô200 5-56 2229 S221 117211117211 1221 e2 13

Hình 9 Sơ đồ khối của hệ sử dụng một micro dé khảo sát cường độ sóng dừng trong

Omg inh 00 .O: 14

Hình 10 Hệ đơn giản hoàn chính - ác 1 SH HH HH H1 xe, 15 Hình 11 Giá trị cường độ âm của sóng dừng trong ống khí tại tan số 171.5 Hz l6

Hình 12 Giá trị cường độ âm của sóng dừng trong ống khí tại tần số 343 Hz 17

Hình 13 Giá trị cường độ âm của sóng dừng trong ống khí tại tần số 514.5 Hz 17 Hình 14 Giá trị cường độ âm của sóng dừng trong ống khí tai tần số 686 Hz 18

Hình 15 Mach | — mach 16 micro ©Ï€CLT€L - 5 5c 1 11121111112 2E cez 19

Hình 16 Mạch 2 - mạch khuếch (ẪQÌÌ¿:::61::12:223126311522224222022923022252333323631253303335931582993559331532 19

Hình 17 Mạch 3 — bộ xử lý trung (Âm - án HH người 20

Hình 18 Hệ thông Led hiên thị 22-22 S222EEZ2EEZ2EE2S232 22322 31222732E22222e-xrrree 20 Hình 19 Sơ đồ khối mạch điện tử của hệ thống ¿-o: S2 5c 222212211 202222225 52c 21

Hình 20 Các micro hiện thi giá trị tương đối bằng nhaw ecceeec eecceeeceeeeceeeneees 21

Hình 21 So đồ khối nguồn âm 2-5: 222222212 112112210221211111 117172121211 te re 22

Hình 22 Các thiết bị itföHE tigen Gna sin sssssssnsssasissssassasacssocssssssnasssnsssesssssisoasssasssssscnaveas 22Hình 23 Ong PVC khoét rãnh bỏ lọt mi€ro 22-222222z22z22EZ22Ezz22zzrtrzerrzvree 22

Hình 24 Hệ thống hiên thị Led khi sử dựng ống dẫn sóng bị khoét rãnh 23 Hình 25 Ông dẫn sóng bằng vật liệu mica - ¿52-222 222232 3223072221211 <1 ce 23 HìnBi28.HEiHiDnE NöäficbiBlioaeeasaeaarraianiinnioeirraooaorarrreieiioioonasanasancssaaoarosi 24 Hình 27 Hệ thông hiện thị tại tần số 171.5 Hz 2-22 ©22 2 22S222222222322xz se 24

Hình 28 Hệ thống hiền thị tại tần số 343 Hz 0c (c2 222v cttkrrkerree 25

Hình 29 Hệ thống hiền thị tại tần số 514.5 Hz ©222©2222S2 2S 2SE2EE2S22zerree 25

Hình 30 Hệ thống hiền thị tại tần số 686 Hz 2022202212211 2100211021102 022e2 25

DANH MỤC BANG

Bảng 1 Vận tốc truyền âm trong một số môi trường -2-222252225scc5se2 5

Bang 2 Thông số kỹ thuật của Arduino Nano cc cccccccsssseecssecssscsssesssscssscssseessneseness 9

Bang 3 Mô tả chân Module LED ma trận P10 55c <eveeeerereree II Bang 4 Bang mã chọn kênh HH HH HH HT Hàng tưy 12 Bang 5 Sơ đồ chân LM386 2-22 222222 22211221122111221112111222222221 E2 lầ

Bang 6 Chuyển đổi giá trị điện áp và giá trị số học ¿Sóc vs 2222222sxzxe l6

MO BAU

1 Tống quan, lý do chọn đề tài

Chương trình giáo dục phô thông tông thé nam 2018 (Ban hành kèm theo Thông

tư số 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26 tháng 12 năm 2018 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục vàĐảo tạo) của Bộ Giáo dục và Dao tạo dé đảo tạo ra nguồn nhân lực tốt, đắp ứng với yêu

cau đòi hỏi của thị trường lao động Chương trình giáo duc phô thông tong thé 2018 định hướng: “Cac hoạt động học tập cua học sinh bao gồm hoạt động khám phá vấn

đề, hoạt động luyện tập và hoạt động thực hành, được thực hiện với sự hỗ trợ của thiết

bị dạy học, đặc biệt là công cụ tín học và các hệ thống tự động hoá của kĩ thuật số.”

[1] Bên cạnh đó, trong định hướng chung về phương pháp giáo duc môn Vật li, chương

trình Vật If Pho Thông mới đã nêu rõ nhiệm vụ: “Bén cạnh hình thức day học chủ yếu

là học ở lớp học hoặc ở phòng thực hành, tổ chức cho học sinh mét số hoạt dong trai

nghiệm ở ngoài lop hoc nhi tại thực địa, trong cơ so san xuất kinh doanh, làng nghề

theo quy mô lớp hoặc nhóm học sinh Chú trọng vận dụng, khai thác lợi thể của công nghệ thông tin - truyền thông và các thiết bị thí nghiệm, thực hành trong tổ chức hoạt

động học cho học sinh " [2] Thông qua việc ban hành các chỉ thị trên cho thấy thiết bịday hoc, các thiết bị thí nghiệm có vai trò quan trọng trong giáo dục các môn học nói

chung và bộ mén Vật lí nói riêng.

Ở môn Vật lí lớp 12 chương trình giáo dục phô thông hiện hành (Ban hành theo

Quyết định 16/2006/QD-BGDDT ngày 05/5/2006), học sinh được học vẻ sóng dừng,

sóng âm ở chương II “Song cơ và sông dm” (Sách giáo khoa Vật lí 12, cơ bản) Trong Chương trình giáo dục phô thông môn Vật lí năm 2018, học sinh sẽ được tiếp cận kiến

thức sóng đừng, sóng âm ở chủ dé “Séng” của lớp 11 Ở phần sóng cơ, học sinh có thểnhận biết được sóng dừng một cách trực quan qua trường hợp sóng dừng trên một sợi

đây Nếu rung một cách đều đặn sợi dây sẽ tạo thành một mô hình với các nút và bụng

xen kẽ nhau khi dang dao động, là hiện tượng sóng dừng trên dây Khác với phần sóng

cơ, ở phần sóng âm học sinh thường chỉ được biết qua giới thiệu của giáo viên, sóng

đừng trong cột khí có hình dạng như là sóng hình sin.

Cho đến nay ở Việt Nam các thí nghiệm thực hành về sóng âm và hiện tượng sóng

đừng trong cột khí với số lượng rất ít Có thé kế đến thí nghiệm “Xác định bước sóng

và vận tốc truyền sóng âm bằng phương pháp sóng dừng” (3| là pho bién nhất, đượcđạy học chủ yếu ở bậc đại học Thí nghiệm này khảo sắt hiện tượng sóng đừng trong cộtkhí dé xác định bước sóng và vận tốc truyền sóng âm, dựa vào lắng nghe âm thanh phát

ra từ ông không khí Do đó, bộ thí nghiệm này chưa giúp người học một cái nhìn trực

quan nhất về sóng dừng xuất hiện trong ống Đề thực hiện thí nghiệm nay cũng đòi hỏiphải có kiến thức và những kỳ năng nhất định nên không thực sự phô biến đối với học

sinh phé thông.

Kiến thức về sóng âm và sóng dừng là một kiến thức khá trừu tượng, các thí nghiệm vẫn chưa được khai thác tối ưu để đưa vào dạy học, gây trở ngại lớn đối với học sinh

phô thông khi tiếp cận những kiến thức này Cùng với những yêu cầu trong Chương

trình giáo dục phô thông tông thể 2018 về vai trò của các thiết bị dạy học, các thiết bị

thí nghiệm trong day hoc, cần có một bộ thí nghiệm đề có thê giúp học sinh hiểu và tiếpthu kiến thức trực quan hơn vẻ sóng âm và sóng dừng

Với những lý do trên, chúng tôi lựa chọn thực hiện dé tài: Hé thống hiển thị cường

độ sóng dừng của âm thanh trong một ống hình tru

2 Mục đích nghiên cứu

Thiết kế, chế tạo hệ thống hiển thị cường độ sóng dừng của âm thanh trong một

ong hình trụ và gợi ý cách thức sử dụng của hệ thông này trong day học, hoạt động trải

nghiệm.

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nhiệm vụ 1: Nghiên cứu nội dung về sóng dừng trong ống

Nghiên cứu lý thuyết về nguyên lí tạo ra sóng dừng trong ông khí Đặc điểm về vi

trí các nút, bụng trong sóng đừng và đặc điểm cường độ âm tại các vị trí đó.

Nhiệm vụ 2: Nghiên cứu về micro electret và giao tiếp micro electret với vi điều

khiến arduino:

- Nghiên cứu về cách thức hoạt động của micro electret

- Lập trình trên vi điều khiển arduino

- Giao tiếp micro electret với vi điều khiên arduino

2

Nhiệm vụ 3: Thiết kế, chế tạo “Hệ thống hiền thị cường độ sóng dừng của âm thanhtrong một ông hình trụ” gồm:

- Bộ tạo sóng.

- Ông dẫn sóng.

- Bộ hiền thị sóng

Nhiệm vụ 4: Thử nghiệm, đánh giá độ ôn định và chính xác của hệ thông.

Tiền hành thử nghiệm, kiêm tra, đánh giá mức độ dn định, độ chính xác của hệ thong hiên thị sóng dừng trong một ống hình trụ.

Nhiệm vụ 5: Dé xuất cách sử dụng

Đề xuất sử dụng “Hệ thong hiện thị cường độ sóng dừng của âm thanh trong một

ống hình trụ” vào các hoạt động cụ thể trong quá trình dạy học hoặc các hoạt động trải

nghiệm.

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận

- Nghiên cứu sách giáo khoa các kiến thức có liên quan đến phần “Sóng dừng ” và

các tài liệu khoa học có liên quan.

- Nghiên cứu tài liệu về linh kiện điện tử, tìm hiéu về nguyên lí, cách thức sử dụng

để lựa chọn những linh kiện điện tử phù hợp với nội dung đẻ tài.

- Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình Arduino.

4.2 Phương pháp thực nghiệm

Tiến hành chẻ tạo, thử nghiệm nhằm lựa chọn những thiết kế phù hợp nhất với hệ

thông Đồng thời kiểm tra mức độ hoạt động ôn định của hệ thong hiên thị sóng dừngtrong ông

4.3 Phương pháp phân tích tong kết kinh nghiệm

Phân tích, tông hợp kinh nghiệm qua các lần thực hiện thiết kế và chế tạo nhằm phát

hiện những đặc điểm chưa phù hợp nhằm cải tiền hệ thong hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1.

CƠ SỞ LÍ THUYET - NOI DUNG NGHIÊN CUU

1.1 Sóng dừng của âm thanh trong một ống hình trụ

1.1.1 Sự tạo thành sóng âm và vận tốc truyền sóng âm trong không khí [3]

Trong vật lí học, người ta thường gọi sóng âm là các sóng đàn hỏi nói chung truyền

đi trong các chất khí, chất lỏng và chất rắn, hoặc tạo thành những sóng dừng trong nhữngmiễn xác định của các chat đó Sóng âm hiệu theo nghĩa rộng đó bao gồm sóng âm ngheđược trong dai tan số 20 — 20 000 Hz, các sóng siêu âm có tan số lớn hơn 20 000 Hz và

các sóng hạ âm có tần số nhỏ hơn 20 Hz [4].

Giả sử có một đao động xảy ra tại một phần tử đang nằm tại vị trí cân bằng

trong môi trường đản hồi Do đặc tinh đàn hỏi của môi trường, phan tử nằm trong thé

tích bên cạnh cũng bị lôi kéo dịch chuyên khỏi vị trí ban đầu của nó, và dao động cứ

thé được truyền lan trong không gian tạo thành sóng

Trong trường hợp sự truyền sóng chỉ xảy ra theo một chiều x, phương trình

Trong đó U; và U¿ là hai hàm tuỳ ý, kha vi hai lần, có dang tùy thuộc loại dao

động Nếu dao động kích thích là một dao động điều hoà thì chúng có dang:

U, =U,sin(a +“), U, =U,sin(av ^^”) (13)

w v

Đó là hai sóng điều hoà truyền theo hai hướng ngược nhau Vận tốc truyền sóng

âm v được xác định theo công thức:

v= [-, (1.4)

trong đó ø là mật độ, E là mô đun đàn hỏi.

4

Nếu môi trường truyền sóng âm là khí lý tưởng thì các dao động chính là các

biến thiên vẻ áp suất khí hoặc mật độ khí giữa các điểm lân cận và được truyền lan

trong môi trường Trong quá trình truyền sóng âm, khí bị din nhanh đến mức có thẻ

coi là đoạn nhiệt Các phép tính chỉ ra rằng vận tốc truyền sóng âm liên quan với chỉ

số đoạn nhiệt z = _ bằng biểu thức:

¬

RT

trong đó: R là hằng số khí lý tưởng R=8,3J/mol.K, T là nhiệt độ tuyệt đối, M

là khối lượng của 1 mol không khí (M = 0,0288kg/mol)

Công thức (1.5) cho thấy vận tốc truyền âm trong không khí không phụ thuộc

dp suất khí mà chi phụ thuộc nhiệt độ T Đồng thời, nếu đo được vận tốc truyền âm

trong không khí v, ta có thé tinh được chỉ số đoạn nhiệt Cp/Cv của không khí

Bang I Vận tóc truyền âm trong mét số môi trường [5]

Môi trường Vận tốc (m/s)

Chất khí

Không khí (0°C) 331 Không khí (20°C) 343

Hidré 1284

Chat lỏng

Nước (0°C) 1402 Nước (20°C) 1482 Nước bién 1522

Chất rắn

Nhôm 6420 Thép 5941

Granít 6000

1.1.2 Cường độ của sóng âm

Cường độ I của sóng âm trên một bé mặt nhất định được xác định băng tốc độ

AE

trung bình mà năng lượng truyên qua bè mặt chia cho điện tích bề mặt A vuông góc

với phương truyền của âm [6]:

Trong đó, P là công suất của âm thanh truyền qua bề mặt, đơn vị là W A là diện tích bề

mặt, đơn vị m° Do đó, đơn vị cường độ âm trong hệ SI là oát trên mét vuông (= ).

m

Âm thanh mạnh nhất mà tai người có thé chịu đựng được có cường độ lớn gấp 10"

lần so với âm thanh yếu nhất có thẻ ghi nhận được Tuy nhiên, âm thanh có cường độ mạnh nhất không to hơn âm thanh có cường độ yêu nhất 10 lần [5] Do đó, đẻ xác định

sự biến thiên của độ to, hay mức to so với một mức lay làm chuẩn ta sử dụng mức cường

L=l0log-T (1.9)

1.1.3 Sóng dừng của âm thanh trong một ống hình trụ [6]

Sóng dừng được hình thành trong một ống hình trụ là kết quả quá trình giao thoa

của sóng âm lan truyền theo hai hướng ngược chiều nhau trong ống Trong ống, những

điểm không dao động luôn đứng yên tạo thành các nút, những điểm luôn dao động với biên độ cực đại tạo thành các bụng.

Trong ông hở hai đâu Trong ông bịt một đầu.

Họa dm bậc hai Hoa âm bậc ba

Họa dm bậc ba Hoa âm bậc năm

Hình 1 a) Sóng dừng trong ong hở hai dau b) Sóng dừng trong ống một dau bịt kin (6J

Hình 1a cho thấy ba trường hợp hình thành cộng hưởng sóng dừng trong một ốnghình trụ hở hai đầu Trong trường hợp cả hai đầu ống đều hở khi có cộng hưởng sóngdừng, tại hai đầu hở của ống đều là bụng dao động, hay nút áp suất [3] Nêu âm thanhtruyền qua ông có chiều đài L với vận tốc v (v là vận tốc truyền trong không khí của âmthanh) thì tần số cộng hưởng được xác định:

Lạ =n.~ =Hf, n=l,2,3, (1.10)

Các tan số dao động riêng í,, ƒ, Í hình thành chuỗi các họa âm có tần số là bội

nguyên của họa âm cơ bản ƒ,.

Nếu ống hình trụ một dau bịt kín một dau dé hở khi có sóng âm truyền trong ông.

sự phản xạ của sóng xảy ra ở cả hai đầu: đầu kín và đầu hở của ống Tại đầu ống kín,

không khí không thé dịch chuyên qua mặt kín, do đó tại mặt kín sẽ có một nút dao động

(hay một bụng áp suất) Tại đầu hở của ống, áp suất tại đó có giá trị xap xi áp suất khí

quyền trong phòng, hay biên độ biến thiên áp suất có giá tri cực tiéu, ứng với một nút

áp suất, hay một bung đao động [3] Trong trường hợp này tan số cộng hưởng được xác

định theo công thức:

ƒ, =n = Mh n=1,3,5, (1.11)

Các tan số dao động riêng fi, ƒ., É tạo thành một chuỗi các họa âm, với tan số là bội

nguyên lẻ của họa âm cơ bản fis

1.2 Điện tử

1.2.1 Vi điều khiển Arduino Nano

Arduino là một bo mach vi điều khiển được giới thiệu chính thức vào năm 2005

do một nhóm giáo sư và sinh viên Ý thiết kế

Arduino là một nền tảng nguyên mẫu (mã nguồn mở) dựa trên nền phần mềm và

phan cứng dé sử dụng Nó bao gồm một bo mạch có thé được lập trình và một phan

mềm hỗ trợ gọi là Arduino IDE (Môi trường phát triển tích hợp cho Arduino) dựa trên

ngôn ngữ lập trình C, được sử dụng để viết và nạp từ mã máy tính sang bo mạch vật lý

[7].

Theo dòng lịch sử phát triển ngày càng có nhiều dòng Arduino ra đời, các dòngđược sử dụng phỏ biến phái kẻ đến Arduino USB, Arduino Uno, Arduino Nano, Arduino

Mega

Arduino Nano USB Mini là board mạch sử dụng vi điều khiển ATmega328P hoặc

ATmegal68 tích hợp các chân I/O đơn giản nhỏ gọn dựa trên mã nguôn mở được phát

triển bởi Arduino.cc, có lợi thé lớn về kích thước so với phiên ban Arduino Uno và

Arduino Mega Arduino Nano có thé hoạt động độc lập vả tương tác hiệu quả với các

thiết bị điện tử và các phan mềm khác một cách dễ dang [7] Ưu điểm có số lượng lớncác chân đọc xuất dit liệu nên Arduino Nano được lựa chon sử dụng trong đề tài này

§

Mỗi chân Digital và Analog có thê thực hiện với nhiều chức nang khác nhau nhưng

chức năng chính vẫn là được mặc định cấu hình làm đầu vào (Input) hoặc đầu ra

(Output) Khi giao tiếp với cảm biến các chân Digital / Analog đóng vai trỏ chân Input,

Và khi sử dụng dé điều khiển động cơ, tạo xung, kích dẫn relay, thiết bị chuyển mạch

thì các chân Digital / Anologs đồng vai trò Output [8]

Hình 2 Board Arduino Nano [8]

Bang 2 Thông số kỹ thuật của Arduino Nano [8]

Arduino Nano Thông số kỹ thuật

Số chân analog I/O

Vi điều khiển ATmega328P

Điện áp hoạt động

Dòng tiêu thụ /O

Tốc độ xung

Kích thước bo mach

1.2.2 Microphone electret

Microphone electret là một loại micro dựa trên tụ điện tĩnh, sử dung vat liệu electret

làm điện môi có chức năng như môt micro thu âm thanh bình thường Vật liệu electret

được biết đến từ năm 1920, là loại điện môi ôn định với mômen lưỡng cực tĩnh vĩnh

viên nên electret tạo ra điện trưởng tương đương nam châm vĩnh cửu [9].

Với kích thước nhỏ gon, rất nhạy với âm thanh, hoạt động ồn định giá thành rẻ

và dé sử dụng nên ngày nay Microphone electret được sử dụng rất phô biến trong các

mạch điện tử, đặc biệt là các thiết bị điện tử như điện thoại thông minh, máy tinh

Module Led ma trận P10 là một hệ thong các Led được bó trí dưới dạng ma trận

32x16 Có nghĩa là có 32 đèn Led trong mỗi hàng va 16 đèn Led trong mỗi cột Do đó

có tông cộng 512 đèn Led trong mỗi Module.

Với sự đa dạng về mẫu mã, màu sắc và dễ sử dụng nên Module Led ma trận P10

ngày cảng được sử dụng phô biến đẻ thiết kế các sân khấu, các áp phích bảng hiệu và

các màn hình Led khô lớn

Hình 4 Sơ đồ chân Module Led ma trận P10 Hình 3 Module Led ma trận P10

10

Bang 3 Mô tả chân Module LED ma trận P10 [10]

Tên chân Chức năng

Enable Sử đụng đề điều khiên độ sáng của ma trận Led bằng cách cung

cấp xung PWM

A,B Là các chân chọn ghép kênh điều khién ngõ ra của IC13§ Sử

dụng đầu vào kỹ thuật số dé chọn dòng ghép kênh bat kỳ

CLK Là chân Shift clock, chân tạo xung day dit liệu vào IC

Với ý tưởng sử đụng nhiều micro electret đặt đọc theo chiều dai của ống dan sóng

đòi hỏi phải có đủ số lượng chân dé đọc tín hiệu analog từ các micro truyền về Trong

khi đó, Arduino Nano chỉ có 8 chân analog, số lượng chân tín hiệu can lên đến gan 100.

Giải pháp cho van đề này ta sử dung multiplexer - 16 channel

Hình 6 a) Multiplexer - 16 channel b) Sơ đồ chân Multiplexer - 16 channel

H1