Âm học

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Âm học là một nhánh của vật lý học, nghiên cứu về sự lan truyền của sóng âm thanh trong các loại môi trường và sự tác động qua lại của nó với vật chất.

Âm thanh phát sinh từ nhiều nguồn. Tiếng thanh hay trầm tùy theo vật liệu và môi trường không gian của vật.

Ví dụ, Khi thổi sáo, khi đánh trống hay khi hai cái ly chạm nhau đều cho một tiếng hay một Âm. Âm thanh của sáo thì "thanh", còn âm thanh của trống thì "trầm".

Trong các nhạc cụ, âm thanh "thanh" hay "trầm" phụ thuộc vào kích thước vật thể như chiều dài, không gian (như sáo, kèn) và cấu tạo (dây thanh mảnh hay dây to)... Thí dụ âm thoa cho tiếng thanh hay trầm phụ thuộc vào độ dài âm thoa.

Mục lục

1 Nguồn âm thanh
- 1.1 Đơn âm
- 1.2 Đa âm
2 Vật lý âm thanh
3 Hiện tượng âm thanh
4 Ứng dụng trong thông tin
5 Ứng dụng trong thăm dò
6 Thiết bị điện tử xử lý âm thanh
7 Các hướng nghiên cứu trong ngành âm học vĩ mô

[sửa] Nguồn âm thanh

Các loại âm thanh khác nhau tạo từ nhiều nguồn âm khác nhau. Các nghiên cứu về âm thanh cho thấy âm thanh mà lổ tai người nghe được là âm thanh trong dải tần số 20Hz - 20KHz. Âm thanh có dải tần cao hơn 20KHz gọi là siêu âm. Âm thanh thấp hơn 20 Hz gọi hạ âm

Hạ âm < 20Hz | Âm thanh nghe được 20kHz | Siêu âm > 20KHz

Âm thanh của một dải tần gọi là đơn âm. Âm thanh tạo từ nhiều đơn âm gọi là đa âm

[sửa] Đơn âm

[sửa] Đa âm

Âm nhạc, âm thanh của nhiều âm điệu hay âm thoa
Tiếng ồn, một loại âm thanh hổn loạn không rõ tiếng
Tiếng nhiễu, một loại âm thanh của tiếng được tiếng mất
Tiếng dội, một loại âm thanh vang dội

[sửa] Vật lý âm thanh

Âm thanh không tồn tại trong chân không. Âm thanh cần vật chất để di truyền.
Âm thanh di truyền qua mọi vật ở ba trạng thái rắn, lỏng, và khí. Âm thanh dễ truyền trong vật rắn tới vật lỏng tới vật Khí.
Khi âm thanh truyền trong vật chất sẽ làm cho các phân tử vật chất co lại hay giãn nở ra. Âm thanh di chuyển với vận tốc thay đổi theo nhiệt độ hay áp suất của môi trường vật chất.
Âm thanh di chuyển qua các môi trường như một sóng thuộc loại sóng dọc với vận tốc

v = λ f

v, vận tốc, nhanh hay chậm cho tiếng trầm ấm hay thanh cao

λ, bước sóng, cường độ (to hay nhỏ của âm thanh)

f, tần số dao động của sóng âm

[sửa] Hiện tượng âm thanh

Trong thực tế, âm thanh tạo từ nhiều nguồn khác nhau. Trong không gian rộng mở sóng âm thanh truyền đi tự do theo mọi hướng.

Trong không gian hạn hẹp hay bị vật cản, sóng âm thanh sẽ bị phản hồi. Sóng âm thanh và sóng phản hồi sẽ gặp nhau, giao nhau, chồng nhau gọi là giao thoa sóng

Khi hai sóng âm thanh cùng chiều giao nhau gọi là giao thoa cộng sóng sẽ cho một sóng âm thanh của tiếng ồn, tiếng điệu, tiếng hai âm.

Khi hai Sóng âm thanh khác chiều giao nhau gọi là giao thoa trừ sóng sẽ cho một sóng âm thanh của tiếng nhiễu, mất tiếng .

[sửa] Ứng dụng trong thông tin

Âm thanh trong dải tần 20Hz - 20 KHz được dùng trong thông tin để truyền dẫn âm thanh từ nơi phát đến nơi nhận trên một quảng đường gần hay xa.

Âm thanh trong dải tần 20Hz - 20 KHz dễ mất năng lượng khi truyền qua không khí nên không thể truyền đi xa hơn 3m. Để truyền âm thanh đi xa hơn, sóng âm thanh phải được trộn với một sóng dẫn có tần số cao MHz - GHz cho ra một sóng phát thanh AM hay FM.

Sóng AM là một loại sóng trộn của hai sóng, sóng âm và sóng dẫn, có cường độ sóng dẫn thay đổi theo cường độ sóng âm. Sóng AM thích hợp cho việc truyền dẫn thông tin trên quãng đường gần hay ngắn trong phạm vi địa phương.

Sóng FM là một loại sóng trộn của hai sóng, sóng âm và sóng dẫn, có cùng cường độ nhưng khác tần số. Sóng FM thích hợp cho việc truyền dẫn thông tin trên quãng đường dài hay xa trong phạm vi trong hay ngoài nước.

Sóng FM cho một tiếng trong rõ hơn sóng AM

Vậy, có thể tạo hệ thống phát thanh hay hệ thông tin viễn thông bằng hệ thống điện tử.

[sửa] Ứng dụng trong thăm dò

Sóng âm còn được dùng trong kỹ thuật thăm dò để tìm vị trí một vật. Sóng âm khi bị một vận cản sẽ bị phản xạ. Sóng phản xạ cho biết vị trí của một vật.

Đường dài = Vận tốc x Thời gian

[sửa] Thiết bị điện tử xử lý âm thanh

Các công cụ điện tử dùng để chuyển đổi năng lượng sóng âm thanh thành năng lượng sóng điện từ

Loa,
Micro

Các loại máy phát thanh điện tử

Các hệ thống thông tin viễn thông

[sửa] Các hướng nghiên cứu trong ngành âm học vĩ mô

Sự truyền âm trong môi trường biến động,
Sự khuyếch tán âm thanh trong môi trường không đồng chất, trong các môi trường không được sắp xếp theo thứ tự nhất định,
Đặc điểm của các quá trình vi mô trong trường sóng âm thanh,
Trạng thái của vật chất trong trường sóng siêu âm,

Ở mức độ vi mô, dao động đàn hồi của môi trường được miêu tả bởi các phônôn - sự dao động tập thể của các nguyên tử và ion. Trong kim loại và chất bán dẫn, những dao động như vậy của các iôn gây ra các dao động điện. Như vậy ở cấp bậc vi mô, âm thanh có thể sinh ra dòng điện. Một bộ phận của âm học, nghiên cứu hiện tượng trên và các ứng dụng của nó, gọi là điện âm học.

Một hướng nghiên cứu nữa của âm học là quang âm học, ngành khoa học nghiên cứu sự tương tác qua lại của sóng âm thanh và sóng ánh sáng trong môi trường, trong đó có sự nhiễu xạ của ánh sáng trong môi trường sóng siêu âm.

Trong mối quan hệ có tầm quan trọng lớn của sóng âm thanh với cuộc sống sinh hoạt, âm học còn chia ra các hướng nghiên cứu như: âm học khí quyển, âm học địa lý, thủy âm học, âm học liên quan với các ngành sinh học, kiến trúc, phép dò khuyết tật ...

Các ngành của vật lý
Âm học \| Cơ học \| Điện học \| Điện từ học \| Năng lượng học \| Nhiệt học \| Quang học \| Vật lý hiện đại \| Vật lý lý thuyết \| Vật lý thiên văn \| Vật lý thực nghiệm