Lý thuyết độ cao của âm và bài tập vận dụng (vật lý 7)

Độ cao của âm là gì?

Âm thanh xuất hiện xung quanh chúng ta, có thể là từ tiếng nói hoặc từ những dụng cụ âm nhạc. Tuy nhiên, âm thanh sẽ có độ trầm, bổng khác nhau, bởi chúng được quyết định từ những đặc trưng vật lý của âm, được gọi là tần số.

Độ cao của âm thanh sẽ phụ thuộc vào tần số hay số dao động trong mỗi giây của vật phát ra âm thanh đó.

Ví dụ: Khi căng dây đàn và gảy mạnh vào nó thì tần số dao động của dây đàn lớn, âm phát ra càng cao.

Tần số âm

Tần số âm là tần số mà con người có thể nghe được, nằm trong khoảng 20Hz đến 20kHz. Tần số âm thanh là đại lượng quyết định chủ yếu đến cao độ

Đơn vị chuẩn là Hertz (viết tắt là Hz). 

Độ cao của âm phụ thuộc vào tần số

Như đã giới thiệu ở phần định nghĩa, độ cao của âm sẽ phụ thuộc vào tần số. Độ dao động của vật làm phát ra những âm thanh khác nhau, và chúng sẽ ảnh hưởng tới độ cao khác nhau. 

• Khi vật dao động nhanh và có tần số dao động khá lớn (nghĩa là trong một đơn vị thời gian vật thực hiện nhiều dao động), thì âm phát ra sẽ được gọi là âm càng cao hay là âm càng bổng.

• Khi vật dao động chậm và tần số dao động khá nhỏ (nghĩa là trong một đơn vị thời gian vật thực hiện ít dao động), thì âm phát ra sẽ được gọi là âm càng trầm hay âm càng thấp.

Vật thực hiện một dao động có nghĩa là: khi vật đi được quãng đường kể từ lúc bắt đầu dao động cho đến khi nó lặp lại vị trí như cũ.

Tần số: là số dao động mà vật thực hiện được trong 1s.

Công thức tính tần số dao động

Trong đó:

f : tần số dao động (Hz)

n: số dao động

t: thời gian vật thực hiện được trên n dao động (s)

Đơn vị: đơn vị của tần số dao động là Héc (Kí hiệu: Hz)

Âm cao (âm bổng), âm thấp (âm trầm) 

• Âm cao (âm bổng): Khi vật thực hiện dao động càng nhanh (tần số dao động càng lớn) thì âm phát ra sẽ càng cao (càng bổng).

• Âm thấp (âm trầm): Khi vật thực hiện dao động càng chậm (tần số dao động càng nhỏ) thì âm phát ra sẽ càng thấp (càng trầm).

Một số lưu ý:

• Với những âm có tần số nhỏ hơn 20Hz được gọi là hạ âm.

• Với những âm có tần số lớn hơn 20000Hz được gọi là siêu âm.

• Tần số nằm trong khoảng từ 20Hz đến 20000Hz là tần số thông thường mà tai người có thể nghe được.

• Một số động vật có thể nghe được hạ âm và siêu âm (dơi, chó, cá heo,...).

Xem thêm: Ánh sáng là gì? Tìm hiểu kiến thức về ánh sáng từ A-Z

Yếu tố phân biệt các âm khác nhau

Để có thể phân biệt được các âm khác nhau, ta cần dựa vào 3 đặc trưng sinh lí của âm, bao gồm: độ cao, độ to và âm sắc.

Độ cao của âm

• Đây là một đặc trưng sinh lí của âm, gắn liền với tần số của âm.

• Khi tần số càng lớn thì âm nghe càng cao. Ngược lại, âm nghe được sẽ càng thấp khi tần số càng nhỏ.

Độ to của âm

• Độ to của âm là khái niệm về đặc trưng sinh lí của âm, gắn liền với đặc trưng vật lý mức cường độ âm. Tuy nhiên, số đo độ to của âm không thể đo dựa trên mức cường độ âm.

• Độ to của âm sẽ phụ thuộc vào tần số âm, cường độ âm và mức cường độ âm.

• Âm nghe càng lớn nếu cường độ âm càng lớn.

• Âm có cường độ âm nhỏ nhất mà tai ta có cảm giác nghe được, được gọi là ngưỡng nghe.

• Âm có cường độ âm lên tới 10W/m2, tai ta nghe có cảm giác nhói đối với mọi tần số được gọi là ngưỡng đau.

Âm sắc của âm

• Âm sắc của âm thường khác nhau và rất dễ để nghe được, ví dụ khi các loại nhạc cụ khác nhau phát ra âm có cùng độ cao, tai ta vẫn có thể phân biệt được từng loại nhạc cụ đó.

• Âm có cùng độ cao do các loại nhạc cụ khác nhau phát ra có cùng một chu kỳ, nhưng đồ thị dao động của chúng hoàn toàn khác nhau.

• Có thể hiểu âm sắc là một đặc trưng sinh lí của âm, giúp cho chúng ta có thể phân biệt âm do các nguồn khác nhau phát ra. Đồ thị dao động âm có mối liên quan mật thiết đối với âm sắc. 

Bài tập độ cao của âm

Câu 1: Kết luận nào sau đây là sai?

A. Tai của người nghe được hạ âm và siêu âm.

B. Hạ âm là những âm thanh có tần số nhỏ hơn 20Hz.

C. Máy phát siêu âm là máy phát ra âm thanh có tần số lớn hơn 20000Hz.

D. Một số động vật có thể nghe được âm thanh mà tai người không nghe được.

Câu 2: Khi gõ vào mặt trống thì mặt trống rung động phát ra âm thanh. Nhưng khi cho con lắc dao động thì không nghe thấy âm thanh. Có người giải thích như sau, chọn câu giải thích đúng?

A. Con lắc không phải là nguồn âm.

B. Con lắc là nguồn phát ra âm thanh nhưng tần số nhỏ (hạ âm) nên tai người không nghe được.

C. Vì dây của con lắc ngắn nên con lắc không có khả năng phát ra âm thanh.

D. Con lắc chuyển động nên không phát ra âm thanh.

Câu 3: Chọn phát biểu đúng?

A. Tần số là số dao động vật thực hiện được trong một khoảng thời gian nào đó.

B. Đơn vị tần số là giây (s).

C. Tần số là đại lượng không có đơn vị.

D. Tần số là số dao động thực hiện được trong 1 giây.

Câu 4: Tần số dao động càng cao thì

A. Âm nghe càng trầm 

B. Âm nghe càng to

C. Âm nghe càng vang xa 

D. Âm nghe càng bổng

Câu 5: Khi điều chỉnh dây đàn thì tần số phát ra sẽ thay đổi. Dây đàn càng căng thì âm phát ra càng:

A. to 

B. bổng 

C. thấp 

D. bé

Câu 6: Một con lắc thực hiện 20 dao động trong 10 giây. Tần số dao động của con lắc này là:

A. 2Hz

B. 0,5Hz 

C. 2s 

D. 0,5s

Câu 7: Hãy xác định dao động nào có tần số lớn nhất trong số các dao động sau đây?

A. Vật trong 5 giây có 500 dao động và phát ra âm thanh.

B. Vật dao động phát ra âm thanh có tần số 200Hz.

C. Trong 1 giây vật dao động được 70 dao động.

D. Trong một phút vật dao động được 1000 dao động.

Câu 8: Một vật dao động với tần số 50Hz, vậy số dao động của vật trong 5 giây sẽ là:

A. 10 

B. 55 

C. 250 

D. 45

Đáp án:

1. A

2. B

3. D

4. D

5. B

6. ​​​​​​A

7. B

8. C

Hướng dẫn giải câu 6,7,8:

Câu 6: f= n t= 2010= 2 (Hz)

Câu 7: 

- Trường hợp A: f = n/t = 500/5 = 100 (Hz)

- Trường hợp B: f = 200 (Hz)

- Trường hợp C: f = 70 (Hz)

- Trường hợp D: f = n/t = 1000/60 ≈ 17 (Hz)

⇒ Trường hợp B có tần số lớn nhất.

Câu 8:

Trong 5 giây vật thực hiện được số dao động là:

f = n/t ⇒ n = f.t = 50.5 = 250 (dao động)

Hy vọng thông qua bài viết này, các em sẽ hiểu được lý thuyết cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến độ cao của âm và ứng dụng được nhiều bên ngoài cuộc sống. Cảm ơn các em đã đón đọc bài viết.