Khái niệm chung về âm thanh và con đường trở thành người nghe nhạc đẳng cấp!
Âm thanh là do vật thể rung động, phát ra tiếng và lan truyền đi trong không khí.
Tác giả : KS .Nguyễn Tố Huy KS .Nguyễn Văn Phê I – NGUỒN GỐC ÂM THANH: Lấy tay bật vào dây đàn, dây đàn rung lên và phát ra tiếng. Tiếng đàn ngân dài, cho đến khi dây đàn hết rung thì âm thanh cũng tắt. Nếu ta gõ trống, mặt trống rung lên và cũng phát ra tiếng. Lấy tay sờ vào màng một cái loa đang kêu thì tay ta cảm thấy màng loa đang rung động. Như vậy ta có thể kết luận: Âm thanh là do vật thể rung động, phát ra tiếng và lan truyền đi trong không khí. Sở dĩ tai ta nghe được âm thanh là nhờ ở màng nhĩ. Màng nhĩ nối liền với hệ thống thần kinh. Làn sóng âm thanh từ vật thể rung động phát ra, được lan truyền trong không gian, tới tai ta làm rung màng nhĩ theo đúng nhịp điệu rung động của vật thể đã phát ra tiếng. Nhờ đó, ta nghe được âm thanh. Không khí là môi trờng truyền dẫn âm thanh.
Âm thanh cũng truyền lan được trong các chất khí, chất lỏng, chất rắn, nhưng không truyền lan được trong khoảng chân không. Một số chất truyền dẫn âm rất kém. Các chất dẫn âm kém thường là loại mềm, xếp nh bông, dạ, cỏ khô… gọi là chất hút âm. Các chất này được dùng lót tường các rạp hát, các phòng cách âm … để hút ẩm, giảm tiếng vang. Vận tốc truyền lan của âm thanh phụ thuộc vào môi trường truyền âm. Thí dụ trong không khí là 340m/s, trong nớc là 1.480m/s, trong sắt là 5000m/s. Trong hành trình truyền lan, nếu gặp phải các vật chớng ngại như tường, núi đá, hàng cây … thì phần lớn năng lượng của âm thanh sẽ bị phản xạ trở lại, một phần nhỏ tiếp tục truyền lan về phía trước. Còn một phần nhỏ nữa của năng lượng âm thanh bị cọ sát với vật chướng ngại, biến thành nhiệt năng tiêu tán đi. II – ĐẶC TÍNH CỦA ÂM THANH: Âm thanh được đặc trưng bằng các đặc tính chính như sau: 1 – Tần số: Tần số của một số âm đơn là số tần dao động của không khí truyền dẫn âm trong một giây đồng hồ. Khi ta gẩy nốt mi của đàn thì dây sẽ rung 330 lần trong một giây. Ta gọi tần số của âm mi là 330 Héc (Hz). Đơn vị của tần số là Héc, viết tắt là Hz. 1 ki lô Héc (KHz) = 1000Hz, 1 mêga Héc (MHz) = 1.000KHz = 1.000.000Hz. Tần số biểu thị độ cao của âm thanh: tiếng trầm có tần số thấp tiếng bổng có tần số cao. Tai ngời có thể nghe thấy đợc các tần số thấp tới 16Hz và tần số cao tới 20.000Hz. Dải tần số 16Hz đến 20.000Hz gọi là siêu âm. Dòng điện có tần số trong khoảng 16Hz đến 20.000 Hz gọi là dòng điện âm tần. Ứng với mỗi tần số dao động f có chu kỳ dao động T và một bớc sóng l (đọc là lam đa). Chu kỳ của dao động âm thanh là thời gian âm đó dao động đợc một lần. Chu kỳ ký hiệu là T, có đơn vị là giây (s) T = Bớc sóng của âm thanh ký hiệu bằng l, có đơn vị là mét. l = CT, C là tốc độ truyền lan của âm thanh trong không khí (C – 340m/s), T là chu kỳ của âm thanh. Vậy bớc sóng của âm thanh chính là khoảng truyền lan của âm thanh tương ứng với một chu kỳ dao động. Bớc sóng của âm thanh tương ứng trong dải âm tần là từ 21,25m đến 0,017m. Trên thực tế một phát âm ra thờng không phải là một âm đơn, mà là một âm phức. Âm phức này bao gồm âm đơn và một số âm hài có tần số gấp 2,3,4 … lần âm đơn. Trong dải âm tần, ngời ta chia ra: Tiếng trầm từ 16 đến 300Hz, tiếng vừa (tiếng trung) từ 300 đến 3000Hz, tiếng bổng (hay tiếng thanh) 3000Hz đến 20.000Hz. Tiếng nói của ngời thờng có tần số từ 80Hz đến 8000Hz. Các nốt nhạc ở bát độ thứ ba có tần số: độ: 262 Hz, rê: 294 Hz, mi: 300 Hz, pha: 349 Hz, son: 392 Hz, la: 440Hz, si: 494 Hz. 2 – Áp suất âm thanh: Áp suất âm thanh gọi tắt là thanh áp. Âm thanh truyền lan đến đâu thì làm thay đổi áp suất không khí ở đó. áp suất do âm thanh tạo thêm ra một điểm gọi là thanh áp ở điểm đó. Đơn vị thanh áp là bar. Một bar là thanh áp tác động lên một diện tích 1cm2 một lực là 1 đin, 1 bar = 1đin/cm2. 3 – Công suất âm thanh: Công suất âm thanh là năng lợng âm thanh đi qua một diện tích S trong một thời gian giây. Công suất âm thanh P có thể tính bằng công thức: P = psv. Trong đó p là thanh áp, v là tốc độ dao động của một phần tử không khí tại đó và S là diện tích. Công suất âm thanh tính theo oát (W). Sau đây là công suất âm thanh của một số nguồn âm. Số liệu này chỉ có tính chất tham khảo. Máy bay phản lực: 10.000W, búa máy: 1W, ô tô vận tải phóng nhanh: 0,12W, nói chuyện bình thờng: 0,0003W. 4 – Cường độ âm thanh: Cường độ âm thanh là công suất âm thanh đi qua một đơn vị diện tích là 1cm2. I = = pv Ba đại lợng áp suất âm thanh, công suất âm thanh, cờng độ âm thanh gắn liền với nhau: P = IS – pvs. Cả ba đều biểu thị độ lớn nhỏ của âm thanh. Âm thanh có năng lợng càng lớn thì công suất, cờng độ và áp suất của âm thanh càng lớn. Cần lu ý là thành áp tỷ lệ với căn bậc hai của công suất âm thanh, khi ta tăng công suất âm thanh lên 1 lần thi thanh áp chỉ tăng 2 lần, nếu tăng công suất thanh lên 9 lần thì thanh áp chỉ tăng 3 lần. Đây là điều cần lu ý khi khai thác các nguồn điện thanh. 5 – Sự phản xạ của sóng âm thanh: Sóng âm thanh có bớc sóng bằng l, trên đường truyền lan gặp vật chắn có kích thước d, sẽ xảy ra 2 trường hợp sau đây: Trờng hợp thứ nhất: nếu l > d thì sóng âm trờn qua vật chắn, hiện tượng này gọi là sóng uốn vòng. Trờng hợp thứ hai: nếu l < d thì một phần sóng sẽ phản xạ trở lại còn phần khác sẽ xuyên qua vật chắn truyền vào môi trường. Hiện tượng vật chắn đổi hướng gọi là hiện tượng khúc xạ. Hiện tượng khúc xạ và khúc xạ của sóng âm tuân theo các định luật phản xạ, khúc xạ như đối với ánh sáng. Định luật phản xạ: góc tới và góc phản xạ bằng nhau, tia tới và tia phản xạ cùng nằm trên một mặt phẳng. Ta xét trong giải tần số âm thanh: Ở tần số thấp, bước sóng lớn. Thí dụ: ở f = 100Hz l = = 3,4m So với kích thước vật chắn: thí dụ tường bao phòng ở …. có kích thước tương đương. Như vậy ở tần số thấp hay xảy ra hiện tượng sóng uốn vòng. Ở tần số trung thí dụ: f = 1.000Hz à l = 0,34 Sóng sẽ bị phản xạ và khúc xạ. 6 – Trường âm: Môi trường vật chất, trong đó âm sóng âm truyền lan gọi là trường âm. Có hai loại trường âm: – Trường âm tự do – trường âm trong không gian mở (không có tường chắn bao quanh). – Trường âm tán xạ: là trường âm trong phòng không gian kín (có các tờng chắn bao quanh thí dụ: phòng ở, nhà hát, Studio …) trường âm tán xạ có hai thành phần: trực âm (sóng trực tiếp) và phản âm (sóng phản xạ). Thành phần phản âm là thành phần rất phức tạp. 7 – Vang và trễ: Vang là một đặc tính âm thanh của các phòng kín. Vang là hiện tượng kéo dài âm thanh sau khi tắt nguồn âm. Thời gian vang (T) là một đại lượng vật lý được sử dụng để xác định mức độ vang của từng phòng. Đơn vị đo của thời gian vang là giây (s). Mô tả như sau (Hình 4) Trong phòng kín của nguồn âm S, cách nguồn âm S có một khoảng là M (điểm thu – người nghe), sóng âm thanh đến người nghe bằng hai con đường. Con đường thứ nhất là âm thanh bức xạ trực tiếp từ S đến M, con đường thứ hai phản xạ lên bức tường xung quanh. Về nguyên tắc có thể tồn tại bậc phản xạ thứ n, qua đời mỗi lần phản xạ năng lợng âm thanh bị suy giảm và thời gain đến chậm hơn. Khoảng cách thời gian từ trực âm đến tia phản xạ đầu tiên gọi là thời gian trễ (t). Nếu t>50ms tai người nhận biết được khoảng cách thời gian giữa trực âm và tia phản xạ đầu tiên, hiện tượng này gọi là tiếng vọng (Echo). Thời gian vang được xác định từ thời điểm ngắt nguồn âm đến khi năng lượng âm thanh giảm xuống 60dB. III -SỰ THỤ CẢM CỦA TAI NGƯỜI ĐỐI VỚI ÂM THANH: Người bình thường có thể nghe được âm thanh trong dải tần số từ 20Hz đến 15.000 Hz. Có người nghe được các âm thanh có tần số cao hơn, có người lại chỉ nghe được các tần số thấp hơn. Người già nghe tiếng thanh kém hơn người trẻ. Người ta có thể phân biệt đợc khoảng 130 mức thanh áp khác nhau, mỗi mức cách nhau 1dB. Tai người nghe nhậy với các tần số trong khoảng 500Hz đến 5000Hz. ở khoảng tần số này chỉ cần nguồn âm thanh có thanh áp nhỏ, nghe cũng rõ không kém gì ở các khoảng tần số cao hay thấp có thanh áp lớn ….
Hình biểu thị phạm vi nghe được của tai người. Các đường cong trên là các đường đẳng âm, biểu thị mức nghe to bằng nhau. Có các đường đẳng âm O phôn, 20 phôn, 40 phôn, 60 phôn, 80 phôn, 100 phôn, 120 phôn. Phôn là đơn vị đo độ to nhỏ của âm thanh thông qua độ nhạy chủ quan của tai người. Khu vực giới hạn bằng đường gạch đứt quãng là khu vực âm thanh thường gặp nhất. Các đường này đều võng xuống ở khoảng giữa, còn ở hai đầu thì nâng lên. Ta thấy tuy mức thanh áp có khác nhau khá nhiều, nhng tần số âm thanh khác nhau thì tai ta lại nghe to như nhau. Chẳng hạn, ở tần số 1000 Hz có mức thanh áp 40 dB cũng nghe to nh tần số 70Hz có thanh áp 70dB và tần số 3000Hz có thanh áp 35dB. Tai người còn có thể phân biệt được các âm sắc khác nhau. Âm sắc là sắc thái riêng của âm thanh, giúp ta phân biệt được các nguồn âm khác nhau. Hai loại nhạc cụ cùng dạo một bản nhạc như nhau, nhưng nghe khác nhau, vì âm sắc khác nhau. Hai âm phức có âm cơ bản giống nhau về tần số và biên độ, nhng hai âm có tần số và biên độ khác nhau …. nên có âm sắc khác nhau. Tai người lại có khả năng ưu tiên nghe rõ các tiếng mà mình nghe quen. Chẳng hạn người Việt Nam nghe tiếng Việt khi thuyết minh phim, rõ hơn tiếng ngoại quốc. Người ta còn có thể xác định được hướng âm thanh truyền tới, nhờ có hai tai. Vì vậy ta có thể nghe được âm thanh lập thể. Theo audiovnclub
