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 đoơi theo tỷ leơ baơc nhât với cạm giác. Đơn vị cụa đoơ to là son. Quan heơ giữa đoơ to (ký hieơu D) và mức to (ký hieơu M) theo cođng thức: D = 2(M – 40)/10. Như vaơy đoơ to 1 son tương ứng với mức to 40 phon. Khi taíng đoơ to, ví dú từ 1 son leđn 2 son, cạm giác nghe to sẽ taíng leđn hai laăn.
Khạ naíng định hướng nguoăn ađm và cạm thú khoạng cách: Khạ
naíng định hướng nguoăn ađm khi nghe ađm thanh là nhờ hieơu quạ nghe hai tai. Khi chư nghe moơt tai, khạ naíng định hướng haău như khođng còn nữa. Khạ naíng định hướng cụa tai được giại thích là do sự cheđch leơch veă thời gian và cường đoơ vì có sự cheđch leơch veă quạng đường từ nguoăn ađm đên moêi tai. Khi người nghe ở chính giữa hai loa, ta có cạm giác nguoăn ađm naỉm ở giữa chúng. Nêu người nghe ở gaăn moơt loa hơn loa kia, ađm thanh như đên từ loa gaăn hơn. Cường đoơ cụa ađm thanh cũng ạnh hưởng đên tính định hướng cụa tai. Nêu mức ađm đên từ loa rât lơn, nó sẽ che lâp ađm phát ra từ loa kia. Khi đó cạm giác phương hướng cụa ađm thanh khođng còn rỏ ràng như trường hợp thứ nhât.
Hieơn tượng che lâp: Hieơn tượng che lâp xạy ra khi chúng ta nghe ađm
thanh (tiêng nói hoaịc ađm nhác) trong mođi trường oăn. Khi đó sự cạm thú ađm thanh sẽ khó khaín hơn, do tiêng oăn che lâp moơt phaăn các ađm thanh caăn nghe. Hieơn tượng che lâp được giại thích là sự giạm ngưỡng nghe trong mođi trường oăn. Nghieđn cứu hieơn tượng này cho thây tiêng oăn có taăn sô càng thâp và mức oăn càng lớn thì hieơu quạ che lâp càng mánh, đoăng thời ađm thanh ở taăn sô cao, có lợi đeơ nghe rõ riêng nói lái bị che lâp nhieău hơn.
1.3Đo ađm thanh
Các máy đo và phađn tích ađm thanh hieơn đái nhât ngày nay có theơ thực hieơn nhieău phép đo và đánh giá ađm thanh, nhưng chưa có moơt máy đo nào có theơ baĩt chước được cách cạm nhaơn ađm thanh cụa thính giác con người. Vì vaơy các máy đo chư có theơ xác định mức ađm (theo dB), nghĩa là moơt sô trị sô vaơt lý có tính khách quan.
Các phép đo ađm thanh chính là:
Đo phađn tích mức ađm thanh theo taăn sô
Đo mức ađm toơng coơng veă naíng lượng theo các thang hieơu chưnh gaăn đúng veă cạm giác ađm thanh cụa cơ quan thính giác người.
Đo tích lũy theo từng khoạng thời gian đeơ xác định trị sô trung bình naíng lượng ađm thanh, hay còn gĩi là mức ađm tương đương
9
Ghi lái mức áp suât ađm ( tređn baíng giây) hoaịc ghi lái ađm thanh tređn baíng, đĩa và hieơn thị ađm thanh.
Đo thời gian ađm vang cụa phòng và chât lượng cách ađm cụa các kêt câu.
Đo các tính naíng ađm hĩc cụa vaơt lieơu …
Các phép đo ađm thanh đeău sử dúng moơt máy đo mức ađm có cơ sơ đoă giới thieơu tređn hình dưới đađy
Hình 1.2: Sơ đoă máy đo mức ađm
Dưới nay trình bày moơt sô vân đeă kỹ thuaơt chung lieđn quan đên phương pháp đo và đánh giá ađm thanh.
Mĩi máy đo mức ađm đeău có theơ thực hieơn phép đo theo hai đaịc tính đoơng khác nhau:
- Lối nhanh (Fast) – tương ứng với moơt thời gian đáp ứng tương tự tai người (0.1s) áp dúng khi đo ađm thanh có mức thay đoơi lớn ( khođng oơn định)
- Lối chaơm (Slow) – cho phép xác định mức ađm tích phađn trong moơt thời gian dài hơn (khoạng 1s), sử dúng khi đo ađm thanh ít thay đoơi (oơn định) Mách hieơu chưnh A, B, C Microphon Khuyêch đái Boơ lĩc
Khuyêch đái Kim đo dB
10
Mức ađm hieơu chưnh A, B, C, D
Các máy đo ađm thanh hieơn nay đeău làm vieơc theo nguyeđn taĩc tác đoơng cụa áp suât ađm thanh, tương tự như tai người. Tuy nhieđn sự khác nhau cơ bạn giữa máy đo và tai người là ở choơ: moơt microphođn lý tưởng có đoơ nháy đoăng đeău với mĩi taăn sô ađm thanh. Ngược lái, tai người thu nhaơn áp suât ađm và chuyeơn đoơi thành tác đoơng thaăn kinh mánh hay yêu còn phú thuoơc taăn sô cụa nó. Tai người là moơt boơ máy chụ quan, cạm giác ađm thanh mà tai người thu nhaơn được đánh giá theo moơt đơn vị sinh lý là phon.
Đeơ chuyeơn đoơi moơt cách gaăn đúng các kêt quạ đo khách quan cụa máy veă cạm giác chụ quan cụa tai người, caăn thiêt phại đưa vào máy các mách hieơu chưnh tương ứng với đường đoăng mức to gaăn mức khạo sát nhât.
Tuy nhieđn làm như vaơy sẽ quá phức táp. Vì vaơy, đeơ đơn giạn hơn người ta chia các đường đoăng mức to thành ba vùng và xác định moơt đường trung bình cho moêi vùng đó.
- Vùng A: các đường đoăng mức to từ 0 đên 40dB (ở taăn sô 1000Hz) - Vùng B: từ 40 đên 70 dB (ở 1000Hz)
- Vùng C: tređn 70dB (ở 1000Hz)
Như vaơy, ta có các mách hieơu chưnh A, B, và C tương ứng kêt quạ đo mức ađm được bieơu dieên dB A, dB B và dB C.
Sau này lái được boơ sung theđm mách hieơu chưnh D đeơ xét đên tác đoơng gađy nhieêu cụa tiêng oăn taăn sô cao như: cụa máy bay. Khi đó ta có mức ađm theo dBD.
Muôn kêt quạ đo gaăn đúng nhât với cạm giác cụa tai người, thụ túc đo như sau:
- Mở mách hieơu chưnh A, nêu mức ađm đo được khođng quá 40 dB thì kêt quạ đúng và được bieơu dieên theo dB A.
- Nêu mức ađm lớn hơn 40dB là kêt quạ sai, khi đó phại mở mách hieơu chưnh B. Kêt quạ đúng naỉm trong phám vi từ 40 đên 70dB và bieơu dieên theo dB B.
- Nêu mức ađm vượt quá 70dB, thì phại đo theo mách hieơu chưnh C (dB C) mới có kêt quạ đúng.
Tuy nhieđn, cách đo như vaơy quá nhieău phức táp và nhieău khi khođng theơ thực hieơn được. Vì vaơy, hieơn nay các phép đo, đánh giá và tieđu chuaơn ađm thanh tređn thê giới cũng như trong nước, người ta quy định sử dúng mách hieơu chưnh A (dB A) đeơ đánh giá tât cạ ađm thanh, keơ cạ trong đời sông, trong cođng nghieơp, giao thođng hay tiêng oăn máy bay.
11
1.4Truyeăn ađm ngoài trời
Sự truyeăn ađm ở ngoài trời có những đaịc đieơm sau đađy:
1) Khođng gian ngoài trời là trông trại, vì vaơy sóng ađm chư lan truyeăn đi mà khođng có sóng trở lái. Sóng ađm như thê gĩi là sóng cháy
2) Sự truyeăn ađm chịu ạnh hưởng cụa thời tiêt như gió, phađn boơ nhieơt đoơ theo chieău cao từ maịt đât.
3) Sự truyeăn ađm chịu ạnh hưởng hút ađm cụa beă maịt đât (đât xới, đât troăng cỏ, troăng cađy, maịt nước, maịt beđtođng …)
4) Tređn đường truyeăn ađm có theơ gaịp chướng ngái như nhà cửa, tường chaĩn, hàng cađy …
Chúng ta sẽ laăn lượt xem xét các trường hợp cú theơ sau đađy:
1.4.1 Sự taĩt daăn ađm thanh trong khođng khí
Khi ađm thanh lan truyeăn trong khođng khí, naíng lượng ađm sẽ giạm daăn theo khoạng cách xa daăn nguoăn ađm. Đó là hieơn tượng taĩt daăn cụa ađm thanh, xạy ra do hai nguyeđn nhađn sau đađy:
Do càng xa nguoăn ađm, naíng lượng ađm phại chia sẹ cho moơt khôi lượng các phaăn tử mođi trường càng lớn. Đó là sự giạm naíng lượng ađm theo khoạng cách.
Trường hợp nguoăn ađm đieơm
Nêu moơt nguoăn ađm đieơm có cođng suât P ( W) bức xá sóng caău, thì ở khoạng cách nguoăn r (m) cường đoơ ađm có theơ tính theo cođng thức
Ir = 2 . . 4 r P (1.3)
Cođng thức tređn cho thây, moêi khi khoạng cách r taíng leđn gâp đođi, cường
A d t A 2n n Ng uoăn a đm A d t A 2n n Ng uoăn a đm
12
đoơ ađm lái giạm đi bôn laăn. Sự giạm naíng lượng cụa sóng caău theo khoạng cách này gĩi là luaơt giạm tỷ leơ nghịch với bình phương khoạng cách.
Hình 1.3: Naíng lượng ađm giạm theo luaơt bình phương khoạng cách
Logarit hóa hai vê cođng thức (1.3) ta xác định mức ađm (dB) tái r theo cođng thức: Lr = Lp + 10lg 2 . . 4 1 r (1.4) Hay Lr = Lp – 20lgr – 11, dB (1.5)
Trong đó: Lp – mức cođng suât ađm cụa nguoăn, dB.
Bài toán thường gaịp là xác định đoơ cheđnh leơch mức ađm tái các khoạng cách r1 (có mức oăn L1) và r2 (với mức oăn L2), với r2 > r1. ta có:
L = L1 – L2 = 20lg
1 2
r
r , dB (1.6).
Theo cođng thức này, moêi khi khoạng cách taíng leđn hai laăn, mức ađm giạm đi 6 dB.
Xét trường hợp toơng quát, moơt nguoăn đieơm có tính định hướng Q ( Q xác