Sóng âm là thuật ngữ được sử dụng không chỉ trong môi trường giáo dục mà còn ở nhiều ngành nghề khác nhau. Hiện nó được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghệ sản xuất, y tế… Vậy chính xác sóng âm là gì? Hãy cùng UTC tìm hiểu thêm một số thông tin liên quan đến chủ đề này trong bài viết sau đây nhé.
I. Khái niệm sóng âm là gì?
Sóng âm là sự dao động cơ học của các hạt trong môi trường vật chất. Sóng âm lan truyền qua không khí, nước và các chất rắn dưới dạng sóng dọc. Tần số và biên độ của sóng âm quyết định âm thanh mà con người nghe thấy. Đó có thể là những âm thanh nhỏ bé của thiên nhiên cho đến những tiếng ồn lớn trong đô thị.
Việc hiểu rõ về sóng âm không chỉ giúp cải thiện công nghệ âm thanh và viễn thông, mà còn có ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác. Hiện nay, sóng âm đóng vai trò quan trọng trong y học, trong các thiết bị siêu âm để chẩn đoán và điều trị bệnh. Vậy nên, sóng âm không chỉ là một khái niệm khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn vô cùng lớn trong cuộc sống hiện đại.
II. Phân loại sóng âm
Sóng âm được phân loại dựa trên tần số của chúng. Từ đó, có 3 loại sóng âm chính bao gồm hạ âm, sóng âm và siêu âm.
Sóng hạ âm: Sóng hạ âm có tần số thấp hơn ngưỡng nghe của con người, tức là dưới 20 Hz. Những sóng này thường được tạo ra bởi các hiện tượng tự nhiên như động đất, núi lửa phun trào và sóng biển lớn. Dù con người không nghe thấy, nhưng nhiều loài động vật có thể cảm nhận được sóng hạ âm và sử dụng chúng để giao tiếp hoặc nhận biết các biến đổi trong môi trường.
Sóng âm thanh: Sóng âm thanh là những sóng có tần số nằm trong khoảng mà tai người có thể nghe được, từ 20 Hz đến 20 kHz. Đây là loại sóng âm phổ biến nhất trong đời sống hàng ngày. Sóng âm thanh này bao gồm mọi âm thanh chúng ta nghe thấy như tiếng nói, âm nhạc và tiếng ồn. Sóng âm thanh được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị âm thanh, viễn thông và giải trí.
Sóng siêu âm: Sóng siêu âm có tần số cao hơn ngưỡng nghe của con người, tức là trên 20 kHz. Chúng được sử dụng nhiều trong công nghiệp và y học, đặc biệt là trong các thiết bị siêu âm y tế để chẩn đoán và điều trị bệnh. Ngoài ra, sóng siêu âm còn được dùng trong công nghệ làm sạch, hàn nhựa và kiểm tra không phá hủy trong ngành công nghiệp.
Mỗi loại sóng âm có những đặc điểm và ứng dụng riêng biệt, góp phần quan trọng vào sự phát triển của khoa học và công nghệ, cũng như nâng cao chất lượng cuộc sống của con người.
III. Công thức sóng âm
Cường độ âm có công thức như sau: I=P/4πR^2.
Trong đó:
I là cường độ âm (W/m²)
P là công suất âm (W)
R là bán kính từ nguồn âm đến điểm cần xác định cường độ (m)
IV. Đặc trưng vật lý của sóng âm
Đặc trưng vật lý của sóng âm được thể hiện qua các chỉ số về tần số, bước sóng, biên độ và vận tốc. Chi tiết về các đặc điểm này sẽ có ở ngay sau đây.
Tần số (Frequency): Tần số của sóng âm là số lần dao động hoàn toàn xảy ra trong một giây và được đo bằng Hertz (Hz). Tần số được dùng để xác định cao độ của âm thanh.
Bước sóng (Wavelength): Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm tương đương gần nhất của sóng (ví dụ, từ đỉnh sóng này đến đỉnh sóng tiếp theo) và được đo bằng mét (m). Bước sóng tỉ lệ nghịch với tần số: tần số cao thì bước sóng ngắn và ngược lại.
Biên độ (Amplitude): Biên độ là độ lớn của dao động sóng, biểu thị mức độ mạnh yếu của sóng âm và được đo bằng đơn vị độ dài như mét (m). Biên độ xác định độ to của âm thanh: biên độ lớn thì âm thanh to, biên độ nhỏ thì âm thanh nhỏ.
Vận tốc (Speed): Vận tốc của sóng âm là tốc độ mà sóng lan truyền qua một môi trường và được đo bằng mét trên giây (m/s). Vận tốc phụ thuộc vào loại môi trường (không khí, nước, chất rắn) và các đặc tính của môi trường đó (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm).
V. Sự truyền sóng âm
Sự truyền sóng âm là quá trình lan truyền các dao động cơ học qua môi trường vật chất.. Khi một nguồn âm thanh phát ra, nó tạo ra các dao động áp suất trong môi trường xung quanh, tạo nên sóng dọc lan truyền từ điểm này đến điểm khác. Trong môi trường không khí, sóng âm truyền qua bằng cách làm dao động các phân tử không khí theo hướng song song với hướng truyền sóng, tạo ra các vùng nén và giãn áp suất.
Tốc độ truyền sóng âm phụ thuộc vào tính chất của môi trường truyền sóng. Trong không khí, sóng âm truyền với tốc độ khoảng 343 mét mỗi giây ở điều kiện tiêu chuẩn (20°C). Trong nước, sóng âm truyền nhanh hơn, với tốc độ khoảng 1.480 mét mỗi giây. Sự khác biệt này là do mật độ và độ đàn hồi của môi trường. Theo đó, môi trường càng đặc và càng đàn hồi, sóng âm truyền càng nhanh.
Quá trình truyền sóng âm cũng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, áp suất và độ ẩm. Ví dụ, trong không khí, tốc độ truyền sóng âm tăng khi nhiệt độ tăng. Ngoài ra, khi sóng âm truyền qua các bề mặt hay gặp các vật cản, nó có thể bị phản xạ, khúc xạ hoặc hấp thụ, tạo ra các hiện tượng như tiếng vang, âm thanh dội lại, hoặc suy giảm âm thanh. Những đặc điểm này của sóng âm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ y học và kỹ thuật đến giải trí và truyền thông.
VI. Đặc trưng sinh lý của sóng âm
Tương tự như đặc trưng vật lý, đặc trưng sinh lý của sóng âm cũng được thể hiện qua các thông số cụ thể. Ở đây bao gồm đặc trưng về cao độ, âm sắc và cường độ.
Cao độ (Pitch): Cao độ là cảm nhận của con người về tần số của sóng âm. Âm thanh có tần số cao được cảm nhận là cao, và âm thanh có tần số thấp được cảm nhận là thấp. Ví dụ, tiếng violin có tần số cao hơn và do đó có cao độ cao hơn so với tiếng trống bass.
Cường độ (Loudness): Cường độ là cảm nhận của con người về độ to của âm thanh và phụ thuộc vào biên độ của sóng âm. Biên độ càng lớn thì âm thanh càng to, biên độ càng nhỏ thì âm thanh càng nhỏ. Cường độ âm thanh được đo bằng đơn vị decibel (dB). Âm thanh có cường độ cao có thể gây khó chịu hoặc thậm chí gây hại cho tai người, trong khi âm thanh có cường độ thấp có thể khó nghe thấy.
Âm sắc (Timbre): Âm sắc là đặc tính cho phép chúng ta phân biệt giữa các âm thanh có cùng cao độ và cường độ nhưng có chất lượng âm thanh khác nhau. Âm sắc phụ thuộc vào các thành phần tần số khác nhau và cách mà chúng kết hợp. Ví dụ, dù cả hai nhạc cụ như guitar và piano có thể chơi cùng một nốt nhạc với cùng cao độ và cường độ, nhưng chúng ta vẫn có thể phân biệt được âm thanh của chúng nhờ vào âm sắc đặc trưng của mỗi nhạc cụ.
VII. Ứng dụng của sóng âm trong đời sống
Sóng âm có nhiều ứng dụng quan trọng và đa dạng trong đời sống, từ lĩnh vực y học, công nghệ đến giải trí và an ninh. Sau đây là một số ứng dụng phổ biến của sóng âm xung quanh đời sống chúng ta.
Máy rửa sóng siêu âm
Máy rửa bát có công nghệ hiện đại nhất hiện nay cũng sử dụng công nghệ sóng siêu âm để làm sạch bát đĩa, thực phẩm… Máy rửa bát siêu âm sử dụng nguyên lý vận hành sóng xung kích để tạo ra hàng triệu bong bóng mii vi. Mỗi bong bóng này lại chứa áp suất như bom khi và khi nổ sẽ có thể làm sạch các mảng bám, dầu mỡ trên mặt bát, đĩa.
Ứng dụng trong y học
Sóng siêu âm được sử dụng để tạo hình ảnh bên trong cơ thể, giúp chẩn đoán và theo dõi các tình trạng sức khỏe như thai kỳ và các loại bệnh. Sóng âm cao tần có thể được sử dụng để điều trị các bệnh lý như sỏi thận (lithotripsy) và phục hồi các mô mềm.
Công nghiệp, kỹ thuật
Sóng siêu âm được sử dụng để kiểm tra tính toàn vẹn của các vật liệu và cấu trúc mà không gây hư hại. Thông thường, sóng âm được dùng để kiểm tra mối hàn, phát hiện khuyết tật trong kim loại và vật liệu composite. Sóng siêu âm được sử dụng để làm sạch các dụng cụ y tế, linh kiện điện tử và các bộ phận máy móc bằng cách loại bỏ bụi bẩn và tạp chất.
An ninh quốc phòng
Sử dụng sóng âm để phát hiện các phương tiện di chuyển trong không gian, hỗ trợ giám sát và bảo vệ biên giới. Các hệ thống phát hiện tiếng súng sử dụng sóng âm để xác định nguồn gốc của tiếng súng, giúp lực lượng an ninh phản ứng nhanh chóng.
Những thông tin cơ bản nhất về sóng âm là gì đã được chúng tôi chia sẻ đến quý bạn đọc trên đây. Hãy liên hệ với UTC để có thể chọn mua được chiếc máy rửa bát ưng ý nhé.