Veă maịt vaơt lý ađm thành là những sóng dao đoơng xuât hieơn trong các mođi trường vaơt chât (chât khí, chât lỏng, chât raĩn - gĩi chung là mođi trường đàn hoăi) khi chịu các lực kích thích. Những lực kích thích là nguoăn ađm (như dađy đàn và mạng trông khi rung hay tiêng nói – sự rung cụa các giađy thanh … ), sóng dao đoơng được gĩi là sóng ađm và mođi trường trong đó có sóng ađm lan truyeăn gĩi là trường ađm.
Sự xuât hieơn và lan truyeăn cụa sóng ađm trong mođi trường đàn hoăi được giại thích như sau: Dao đoơng cụa nguoăn ađm ( ví dú màng trông) gađy ra áp lực làm nén hoaịc dãn luađn phieđn các phaăn tử mođi trường ( khođng khí) ở hai phía cụa nó. Khi bị kích thích như vaơy, các phaăn tử cụa mođi trường sô dao đoơng quanh moơt vị trí cađn baỉng và truyeăn các dao đoơng đó cho phađn tử beđn cánh nhờ có lieđn kêt đàn hoăi giữa chúng. Đên lượt các phaăn tử tiêp theo và cứ như vaơy dao đoơng được lan truyeăn đi xa daăn nguoăn ađm. Như vaơy sông ađm thực chât là sóng áp suât cụa mođi trường. Khi các dao đoơng ađm truyeăn đên tai người, ở moơt phám vi thích hợp chúng sẽ tác đoơng leđn cơ quan thính giác và cho ta cạm giác ađm thanh.
Sóng ađm cũng mang theo naíng lượng, được gĩi là naíng lượng ađm và naíng lượng này sẽ giạm daăn trong trường ađm, bởi vì càng xa nguoăn nó càng bị chia xẹ cho moơt sô lượng các phaăn tử nhieău hơn, cho đên khi taĩt hẳn.
Theo phương truyeăn dao đoơng cụa các phaăn tử mođi trường người ta chia ra:
- Sóng dĩc: khi các phaăn tử dao đoơng theo phương truyeăn sóng
- Sóng ngang: khi phađn tử dao đoơng vuođng góc với phương truyeăn sóng. Trong các chât khí và chât lỏng chư có sóng dĩc lan trueăn, trong chât raĩn có theơ lan truyeăn được cạ sóng dĩc và sóng ngang, còn trong chađn khođng sóng ađm khođng theơ lan truyeăn được.
Đaịc bieơt trong các tâm mỏng như sàn và tường nhà có theơ lan truyeăn cạ sóng uôn. Sóng uôn rât có ý nghĩa khi nghieđn cứu cách ađm cụa các kêt câu nhà cửa.
Do kích thước hình hĩc cụa nguoăn ađm mà sóng ađm lan truyeăn trong mođi trường có dáng maịt sóng khođng giông nhau. Chúng ta phađn bieơt ba dáng sóng
2
- Sóng caău: Khi maịt sóng là những maịt caău. Các nguoăn đieơm phát naíng lượng đoăng đeău trong moơt mođi trường tĩnh đoơng nhât sẽ táo ra sóng caău.
- Sóng phẳng: Nêu maịt sóng là những maịt phẳng. Trong thực tê khođng có các nguoăn phát ra sóng phẳng nhưng ở các đieơm khá xa nguoăn ađm ta có theơ coi sóng caău như sóng phẳng.
- Sóng trú: Khi maịt sóng là những maịt trú. Sóng trú do các nguoăn ađm đường phát ra. Hãy tưởng tượng có moơt chiêc xe ođ tođ giông nhau cháy nôi đuođi nhau tređn đường, khi đó có theơ coi chúng như moơt nguoăn ađm đường phát sóng trú, vaơy sóng trú rât có ý nghĩa khi nghieđn cứu tiêng oăn giao thođng trong thành phô.
Đaịc đieơm lan truyeăn ađm thanh cụa sóng caău, sóng phẳng hay sóng trú khođng giông nhau, đaịc bieơt là sự suy giạm naíng lượng xa daăn nguoăn ađm, mà chúng ta sẽ nghieđn cứu trong múc sau.
Các đaịc trưng cơ bạn cụa sóng ađm là taăn sô, bước sóng, chu kỳ, bieđn đoơ dao đoơng và vaơn tôc truyeăn ađm.
- Taăn sô ađm là sô dao đoơng toàn phaăn mà các phaăn tử mođi trường thực hieơn được trong moơt giađy, thường ký hieơu baỉng chữ f, đơn vị đo là Héc (Hz). Phám vi dao đoơng ađm mà tai người cạm thú được có taăn sô từ khoạng 20 đên 20.000Hz đôi với người trẹ tuoơi.
- Bước sóng ađm: Ký hieơu baỉng chữ £ (đo baỉng mét) là khoạng cách gaăn nhât giữa hai phađn tử có cùng pha dao đoơng. Chú ý raỉng bước sóng tỷ leơ với taăn sô ađm. Taăn sô lớn, bước sóng càng nhỏ.
- Chu kỳ dao đoơng ađm: Ký hieơu Ts, là thời gian (tính baỉng giađy) đeơ các phaăn tử thực hieơn được moơt dao đoơng toàn phaăn.
- Bieđn đoơ dao đoơng là đoơ dời lớn nhât cụa các phaăn tử so với vị trí cađn baỉng. Bieđn đoơ dao đoơng theơ hieơn đoơ mánh, yêu cụa ađm thanh. Bieđn đoơ càng lớn, ađm thanh càng mánh.
- Vaơn tôc ađm là vaơn tôc lan truyeăn cụa sóng ađm trong các mođi trường, nó hoàn toàn khác với vaơn tôc dao đoơng cụa các phaăn tử. Vaơn tôc ađm phú thuoơc vào đaịc đieơm, nhieơt đoơ cụa mođi trường và dáng sóng ađm lan truyeăn.
1.1.2 Cođng suât, cường đoơ, áp suât và maơt đoơ naíng lượng ađm
3
Cođng suât ađm, ký hieơu P, là naíng lượng ađm đo baỉng Oát (W) do nguoăn ađm bức xá trong moơt giađy. Cođng suât ađm trung bình cụa moơt sô nguoăn như sau:
Máy bay phạn lực 10.000 W Máy tán đinh khí nén 1 W Quát trúc 50 kW
Dàn nhác giao hưởng lớn 0.01 W Tiêng nói bình thường 0.00001 W
Cường đoơ ađm
Cường đoơ ađm - ký hieơu I, là sô naíng lượng trung bình đi qua moơt đơn vị dieơn tích vuođng góc với phương truyeăn ađm trong moơt giađy. Đơn vị là W/m2. Như vaơy, cường đoơ ađm là moơt đái lượng xét đên hướng truyeăn ađm.
Maơt đoơ naíng lượng ađm
Maơt đoơ naíng lượng ađm - ký hieơu E, là naíng lượng ađm chứa trong moơt đơn vị theơ tích mođi trường trong moơt giađy, đơn vị là J/m3. Maơt đoơ naíng lượng ađm thường được đeă caơp đên trong các phòng kín, khi ađm tới moơt đieơm từ nhieău phía, lúc đó khođng xét đên hướng ađm.
Áp suât ađm
Áp suât ađm - ký hieơu p, đơn vị N/m2 (hay Pa) là áp suât dư (áp suât có theđm so với áp suât khí quyeơn tĩnh) có trong trường ađm. Tái moêi đieơm cụa trường ađm áp suât thay đoơi theo chu kỳ từ dương (nén) sang ađm (dãn). Tuy nhieđn áp suât tác đoơng leđn cơ quan thính giác cũng như các thiêt bị đo lường ađm thanh là áp suât hieơu quạ
1.1.3 Mức ađm - đơn vị deđxiben(dB)
AĐm thanh mà tai người cạm thú được có cường đoơ và áp suât thay đoơi trong moơt phám vi rât roơng. Ví dú, áp suât ađm có theơ thay đoơi từ mức nhỏ nhât là 2.10-5N/m2 đên mức lớn nhât là 2.101 N/m2, nghĩa là thay đoơi moơt trieơu laăn. Cũng tương tự như vaơy, cường đoơ ađm thanh thay đoơi tới 1012 laăn. Sự thay đoơi quá lớn này gađy bât tieơn và trở ngái cho vieơc đo lường và đánh giá ađm thanh.
Maịt khác, người ta đeơ ý đên đaịc đieơm nghe ađm thanh theo kieơu so sánh cụa tai người. Tai ta phađn bieơt áp suât ađm giữa 1 và 2 Pa cũng giông như giữa 5 và 10 Pa. Weber Fechner phát hieơn raỉng cạm giác ađm thanh cụa tai khođng tỷ leơ baơc nhât với naíng lượng kích thích mà đúng hơn với Logarit cụa nó.
4
Đó chính là cơ sở cụa moơt đơn vị đánh giá ađm thanh mới theo thang Logarit gĩi là mức ađm.
Như vaơy mức ađm là đơn vị đánh giá ađm thanh theo thang Logarit (cơ sô 10) cụa tỷ sô giữa áp suât hoaịc cường đoơ ađm caăn đo với áp suât và cường đoơ ađm lây làm chuaơn so sánh.
Theo quy ước quôc tê, các trị sô cụa chuaơn so sánh được lây tương ứng với các trị sô trung bình nhỏ nhât mà tai người cạm thú được, gĩi là ngưỡng quy ước. Như vaơy các trị sô cường đoơ và áp suât ađm ở ngưỡng quy ước tương ứng là:
Io = 10-12 W/m2 và po = 10-5 N/m2
Chú ý raỉng, giữa áp suât và cường đoơ ađm thanh có quan heơ baơc hai và các trị sô Io và po đã được xác định tương ứng với nhau. Khi đó:
Mức cường đoơ ađm là: L = 10 lg 0 I I , (dB) (1.1) Mức áp suât ađm là: L = 20log10 0 P P = 10 lg 0 I I , (dB) (1.2)
Trong đó: I và p – cường đoơ và áp suât ađm caăn đánh giá Đơn vị cụa chúng là Đeđxiben (dB)
Mức cường đoơ và mức áp suât ađm cụa cùng moơt ađm là như nhau và được gĩi chung là mức ađm.
Thực tê cho thây, sự thay đoơi mức ađm nhỏ nhât mà tai người có theơ phát hieơn được là 1dB, nhưng thay đoơi 3dB mới được coi là thay đoơi nhỏ nhât có ý nghĩa. Các phép đo ađm hĩc thođng thường cho phép sai sô 1 – 2dB.
5
1.2Tai người và đaịc đieơm cạm thú ađm thanh 1.2.1 Tai người 1.2.1 Tai người
Tai người là moơt boơ máy thu nhaơn ađm thanh rât phức táp, tinh vi và hoàn thieơn mà đên nay khoa sinh lý – y hĩc còn chưa hieơu biêt hêt veă cơ chê hốt đoơng cụa nó.
Cơ quan thu nhaơn ađm thanh goăm có tai và não boơ. Có lẽ vì thê mà hieơu quạ cạm nhaơn ađm thanh vừa có đaịc đieơm chung cụa nhieău người, lái vừa thay đoơi đôi với moêi người. Các đaịc đieơm cạm thú ađm thanh trình bày dưới đađy là những đúc kêt chung tređn moơt sô đođng người.
Theo cơ chê thu nhaơn ađm thanh, tai có theơ chia làm ba boơ phaơn: Tai ngoài, tai giữa và tai trong.
Tai ngoài goăm vành tai và ông tai có nhieơm vú thu nhaơn và hướng sóng ađm đên màng như.
Tai giữa là moơt hôc khođng khí thođng với khoang mũi – haău qua vòi Eustachil, baĩt đaău từ màng như và kêt thúc ở màng che tai trong. Ơû đađy có ba xương thính giác nhỏ ( xương búa, xương đe và xương bàn đáp) táo thành moơt chiêc đòn bạy đeơ chuyeơn đoơi sóng ađm từ màng như đên chât dịch lỏng chứa ở tai trong qua moơt cửa có màng che hình ođvan. Các xương thính giác biên đoơi các dao đoơng ađm có bieđn đoơ lớn và áp suât nhỏ thành các dao đoơng có bieđn đoơ nhỏ nhưng áp suât lớn, rât caăn thiêt đeơ truyeăn cho chât dịch lỏng. Vòi Eustachil bình thường đóng, chư mở khi ta nuôt đeơ táo sự cađn baỉng áp suât khođng khí ở hai beđn màng như.
Tai trong có câu táo rât phức táp vì nó có nhieơm vú hêt sức quan trĩng là biên đoơi các dao đoơng cơ hĩc cụa ađm thanh thành các tín hieơu đieơn đeơ gửi veă não boơ. Boơ phaơn chính cụa tai trong là ôc tai ( có hình xoaĩn ôc 2.5 vòng) có tiêt dieơn roêng và nhỏ daăn, beđn trong chứa đaăy moơt chât dịch lỏng. Moơt vách ngaín cháy dĩc ôc tai chia dịch lỏng thành hai keđnh tređn và dưới, thođng với nhau qua moơt loê hở ở taơn cùng cụa vách nhaỉm giữ cho áp suât hai keđnh được cađn baỉng. Vách ngaín goăm hai nửa: Nửa gaăn với thành trong là moơt bạn xương mỏng, còn nửa ngoài là moơt màng đáy, beđn tređn có moơt boơ phaơn hêt
6
sức quan trĩng là cơ quan Cooty tuy chieău dài cụa nó toơng coơng chư có 32mm.
Chính cơ quan cooti này có khoạng 25.000 tê bào cạm giác xêp thành nhieău hàng cháy dĩc suôt ôc tai, nhờ chúng có theơ phađn bieơt được khoạng 3500 tođng ađm có cao đoơ khác nhau. Các dađy thaăn kinh thính giác từ các tê bào cạm giác xuyeđn qua vách ngaín và thành ôc tai roăi nôi với vùng thaăn kinh thính giác ở não boơ.
Áp suât ađm thanh được truyeăn vào keđnh dịch lỏng tređn qua cửa ođ van và lan truyeăn dĩc theo nó. Đoăng thời sóng ađm cũng truyeăn qua màng Reixner vào chât dịch lỏng naỉm giữa nó và màng đáy cơ quan xuông keđnh dịch lỏng dưới. Như vaơy, đường đi cụa sóng ađm baĩt đaău từ cửa ođvan và kêt thúc ở cửa tròn phía dưới.
Do đađu ta có cạm giác veă đoơ to, đoơ cao và ađm saĩc cụa ađm thanh? Cađu hỏi này cho đên nay còn chưa nhaơn được cađu trạ lời thaơt rõ ràng. Người ta chư giạ thiêt raỉng: khi sóng ađm lan truyeăn dĩc ông tai, phú thuoơc taăn sô ađm, sẽ có moơt vị trí bieđn đoơ dao đoơng cực đái. Các tê bào cạm giác cụa cơ quan cooti ở đó sẽ thođng báo veă não. Bieđn đoơ cho biêt cường đoơ, còn vị trí cho biêt taăn sô và ađm saĩc ađm thanh.
Tai người còn được nôi với ba vòng bán khuyeđn, ở đó có cơ quan tieăn đình giữ thaíng baỉng cho cơ theơ.
Với câu táo như vaơy, các toơn thương thính giác có theơ ạnh hưởng khođng chư đên đoơ nháy cạm cụa tai, mà cạ đên sự cạm nhaơn taăn sô ađm thanh. Thường có hai dáng toơn thương thính giác:
Toơn thương tai giữa do lieđn kêt giữa các xương thính giác bị cứng lái, do vieđm hoaịc thụng màng như.
Toơn thương thaăn kinh ở cơ quan cooti hoaịc leơch lác veă thaăn kinh ghi nhaơn tín hieơu thính giác ở não boơ.
1.2.2 Các đaịc đieơm cạm thú ađm thanh cụa cơ quan thính giác người
Trong phaăn này chư giới thieơu các đaịc đieơm chụ yêu cụa sự cạm thú ađm thanh cụa cơ quan thính giác người.
Phám vi nghe ađm thanh: tai người bình thường có theơ nghe được ađm
thanh trong phám vi taăn sô từ 20 đên 15000Hz. Rieđng lứa tuoơi 18 có theơ nghe đên 20000Hz. AĐm có taăn sô dưới 20Hz là há ađm và tređn 20000Hz là sieđu ađm tai người đeău khođng thu nhaơn được.
Đoơ cao cụa ađm thanh: Cạm giác ađm thanh cao hay thâp, thanh hay
traăm do taăn sô cụa nó quyêt định. Taăn sô càng cao, ađm càng thanh. Taăn sô càng nhỏ, ađm nghe càng thâp, càng traăm. Đeơ chúng ta deê
7
dàng hình dung veă thang đoơ cao cụa cơ quan thính giác người, chúng ta tìm hieơu veă các phím đàn cụa các lối đàn như Piano, Organ, … Các khạo sát thực tê trong đời sông có theơ rút ra moơt vài con sô: AĐm 16 – 20Hz chư có đái phong caăm (Organ) phát được. 28Hz là nôt đaău tieđn cụa đàn Piano. 40 – 44Hz là kỷ lúc cụa giĩng nam traăm và 2300Hz là kỷ lúc cụa giĩng nữ cao. Nôt cao nhât cụa đàn Piano là 8372Hz. AĐm thanh chúng ta gaịp trong cuoơc sông có theơ naỉm ở các vùng khác nhau cụa phám vi taăn sô. Theo cạm giác đoơ cao cụa tai người, có theơ chia làm ba phám vi taăn sô:
Taăn sô thâp từ 16 đên 355Hz (16 – 250Hz). Taăn sô trung từ 355 đên 1400 Hz (250 – 2kHz). Taăn sô cao từ 1400 đên 20000Hz (2 – 20kHz)
(sô lieơu trong ngoaịc là theo tieđu chuaơn ađm hĩc cụa Mỹ
AĐm saĩc ađm thanh: AĐm thanh chư có moơt taăn sô gĩi là ađm đơn. Có lẽ
chư có ađm thoa là dúng cú duy nhât phát ra ađm đơn. AĐm thanh chúng ta gaịp trong đời sông là những ađm phực hợp (còn gĩi là táp ađm) là ađm thanh toơ hợp từ nhieău taăn sô khác nhau. Trong moơt ađm phực hợp bao giờ cũng có moơt ađm cơ bạn – ađm có cường đoơ mánh nhât – có taăn sô
f0, các hĩa ađm ( có taăn sô 2f0, 3 f0, 4f0,…) và các ađm taăn sô khác. AĐm cơ bạn cho ta cạm giác veă đoơ cao chung cụa ađm và nó quyêt định chính cạm giác to nhỏ cụa ađm này. Các hĩa ađm cho chúng ta cạm giác veă saĩc thái cụa ađm thanh hay nói khác đi nó quyêt định ađm saĩc cụa ađm thanh. Nhờ có ađm saĩc chúng ta có theơ nhaơn ra được giĩng nói cụa những người thađn, ađm thanh cụa các lối đàn khác nhau, ngay cạ khi chúng cùng phát chung moơt nôt nhác. Tât nhieđn, tiêng đàn và tiêng hát được taơp luyeơn ngoài ađm cơ bạn còn có nhieău hĩa ađm, còn tiêng oăn cụa máy móc, đường phô lái còn có nhieău ađm taăn sô khác mà có ít hĩa ađm.
Cạm giác to nhỏ – mức to: Cạm giác to nhỏ khi nghe ađm thanh cụa
cơ quan thính giác người vừa phú thuoơc vào mức ađm ( theo dB), vừa phú thuoơc vào taăn sô ađm. Hai ađm tuy có cùng mức nhưng ta nghe to nhỏ khác nhau vì chúng có taăn sô khác nhau. Cạm giác to nhỏ này cụa tai được đánh giá baỉng moơt đơn vị chụ quan gĩi là mức to và đo baỉng phon (phađn bieơt với dB là đơn vị hoàn toàn vaơt lý). Thang phon được thành laơp baỉng cách chĩn ađm taăn sô 1000Hz làm chuaơn và trị sô mức to (phon) ở taăn sô này đúng baỉng trị mức ađm (dB). Ví dú: AĐm taăn sô 1000Hz có mức ađm 60dB thì có mức to là 60 phon.
8
Đoơ to – thang son: Cũng giông như mức to (phon), đoơ to là moơt đái
lượng chụ quan đánh giá cạm giác to nhỏ cụa ađm thanh nhưng nó thay