Giáo trình Sóng âm

SÓNG ÂM I / MỤC TIÊU : Nêu được nguồn gốc của âm và cảm giác về âm. Nêu được mối quan hệ giữa các cảm giác về âm và những đặc điểm của sóng âm. Trình bày được phương pháp khảo sát những đặc điểm của sóng âm dựa trên đồ thị dao động của nguồn âm. II / CHUẨN BỊ :  Âm thoa, đàn giây.  Dao động kí điện tử (nếu có điều kiện). III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY  HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Dao động GV : Các vật phát ra âm có đặc điểm gì HS : Nguồn âm HS : Dây đàn bị bật, mặt trống bị gõ HS :Nguồn phát ra âm có đặc : Dao động HS : Vật dao động làm cho lớp không khí ở bên cạnh lần lượt bị nén rồi bị dãn. Không khí bị nén hay bị dãn thì làm xuất hiện lực đàn hồi khiến cho dao động đó được truyền cho các phần tử không khí ơ xa hơn. Dao động được truyền đi trong không khí, tạo thành sóng gọi là sóng âm có cùng tần số với nguồn âm. Sóng âm truyền qua không khí lọt vào tai ta gặp màng nhĩ, tác dụng lên màng nhĩ một áp suất biến thiên, làm cho màng nhĩ dao động. Dao động của màng nhĩ lại được truyền đến đầu các dây thần kinh thính giác làm cho ta có cảm giác về âm thanh. HS : Nguồn âm và tai người nghe. ? GV : Các vật đó được gọi là gì ? GV : Nêu ví dụ một số nguồn âm ? GV :GV làm TN biểu diễn cho một âm thoa hay một đàn dây phát ra âm. Em hãy cho biết nguồn phát ra âm có đặc điểm gì chung ? GV : Sau đó yêu cầu HS phân tích xem dao động của nguồn âm phát ra đã truyền đến tai ta như thế nào? GV : Từ đó rút ra nhận xét cảm giác âm phụ thuộc vào những yếu tố nào? GV : Vì sao âm không truyền được HS : Vì không có các phần tử vật chất. HS : Từ 16 ( Hz ) đến 20.000 ( Hz ) HS : Siêu âm : f >20.000 ( Hz ) HS : Hạ âm : f < 16 ( Hz ) HS : Rắn, lỏng , khí. HS : Tính đàn hồi và mật độ môi trường. HS : Sóng dọc. HS : Có thể là sóng ngang hoặc sóng dọc. Hoạt động 2 : HS : Quan sát hình 25.1 HS : Quan sát hình 25.2 trong chân không? GV : Tai con người có thể cảm nhận được những âm có tần số trong khoảng nào ? GV : Thế nào là sóng siêu âm và sóng hạ âm ? GV : Sóng âm truyền được trong những môi trường nào ? GV : Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào những yếu tố nào ? GV : Trong chất khí và trên mặt thoáng chất lỏng sóng âm là sóng gì ? GV : Trong chất rắn sóng âm là sóng gì ? GV : GV giới thiệu cách dùng dao động kí điện tử. Nếu có điều kiện thì biểu diễn cho HS quan sát màn hình của dao động kí điện tử khi đưa tín hiệu âm vào qua micrô. GV : Nếu không có điều kiện, thì giới HS : Quan sát hình 25.3 HS : Phản ảnh sự biến thiên của li độ dao động âm theo thời gian. Hoạt động 3 : HS : Quan sát hình 25.3 HS : Quan sát hình 25.4 HS : Quan sát hình 25.5 HS : Nêu định nghĩa nhạc âm và tạp âm. HS : Nêu định nghĩa độ cao của âm. HS : Nêu định nghĩa âm sắc của âm. Hoạt động 4 : HS : Học sinh ghi định nghĩa cường độ thiệu bằng hình vẽ một số đường cong ghi được trên dao động kí điện tử và giải thích ý nghĩa của các đường cong đó ? phản ảnh sự biến thiên của li độ dao động âm theo thời gian. GV : GV tạo ra các âm khác nhau để HS cảm nhận trực tiếp sau đó đưa ra đồ thị tương ứng. GV : Dựa trên phân tích đồ thị để nhận biết những đặc tính của dao động âm tương ứng với các dạng đồ thị khác nhau. GV : Với việc phân tích đồ thị rút ra những đặc tính của dao động âm tương ứng với những cảm giác khác nhau về âm :  Nhạc âm, tạp âm.  Độ cao của âm (âm cao, âm thấp)  Âm sắc âm HS : Học sinh ghi định nghĩa mức cường độ âm. HS : Học sinh ghi định nghĩa độ to của âm GV : Riêng đối với mức cường độ âm và độ to của âm, vấn đề khá phức tạp, HS không chỉ tự phát hiện được. GV phải dùng phương pháp thuyết trình, thông báo. IV / NỘI DUNG : 1. Nguồn gốc của âm và cảm giác về âm. Vật dao động làm cho lớp không khí ở bên cạnh lần lượt bị nén, rồi bị dãn, xuất hiện lực đàn hồi khiến cho dao động đó được truyền đi cho các phần tử không khí ở xa hơn  tạo thành sóng gọi là sóng âm có cùng tần số với nguồn âm. Sóng âm là sóng dọc. Sóng âm truyền qua không khí, lọt vào tai ta qua màng nhĩ, làm nó dao động  ta có cảm giác về âm thanh (gọi tắt là âm). Cảm giác về âm phụ thuộc vào nguồn âm và tai người nghe. Tai con người có thể cảm nhận được những sóng âm có tần số từ 16Hz đến 20000Hz. Những âm có tần số lớn hơn 20000Hz gọi là sóng siêu âm và có tần số nhỏ hơn 16Hz gọi là sóng hạ âm. Sóng âm truyền đi trong tất cả các môi trường rắn, lỏng, khí và không truyền được trong chân không. Vận tốc truyền âm phụ thuộc tính đàn hồi và mật độ của môi trường. Vận tốc truyền âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng, và trong chất lỏng lớn hơn trong chất khí. 2. Những đặc tính của sóng âm. a. Nhạc âm và tạp âm. Âm do các nhạc cụ phát ra nghe êm ái, dễ chịu, đồ thị dao động là những đường cong tuần hoàn có tần số xác định. Chúng được gọi là nhạc âm. Tiếng gõ tấm kim loại  chói tai, gây cảm giác khó chịu, đồ thị của chúng là những đường cong không tuần hoàn, không có tần số xác định. Chúng được gọi là tạp âm. b. Độ cao của âm. Độ cao của âm là đặc tính sinh lý của âm phụ thuộc vào tần số của âm. Âm có tần số càng lớn thì càng cao (âm bổng). Âm có tần số càng nhỏ thì càng thấp (âm trầm). c. Âm sắc : Âm sắc là tính chất của âm giúp ta phân biệt các âm cùng độ cao, độ to được phát ra bởi các nguồn khác nhau. Âm sắc là đặc tính sinh lý của âm phụ thuộc tần số và biên độ của âm. d. Cường độ, mức cường độ âm. Cường độ âm là năng lượng được sóng âm truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian. Đơn vị của cường độ âm là W/m2. Ký hiệu : I. Để so sánh cường của một âm với cường độ âm tiêu chuẩn người ta dùng đại lượng mức cường độ âm (L). L = 10lg o I I I : Giá trị tuyệt đối của cường độ âm. Io : giá trị cường độ âm được chọn. Đơn vị của L : dB (đềxiben) e. Độ to của âm : Độ to của âm là một đặc tính sinh lý phụ thuộc vào cường độ âm và tần số của âm. Do đặc điểm sinh lý của tai nên : ngưỡng nghe  cường độ âm  ngưỡng đau. (Miền nghe được) Ngưỡng nghe thay đổi theo tần số của âm. Ngưỡng đau là cường độ âm lớn tới mức tạo cảm giác đau trong tai. Ngưỡng đau có giá trị là 10W/m2 đối với mọi tần số âm, ứng với mức cường độ âm là 130dB. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3, 4 Xem bài 26