ĐỘ TO CỦA ÂM


SGK Vật lý 7 – Bài 12

SGK Vật lý 12 NC – Bài 17 – Trang 90; SGK Vật lý 12 CB – Bài 10 – Trang 50

1. Mục tiêu

Khảo sát về độ to của âm thanh có tần số xác định phát ra từ loa.

2. Chuẩn bị lý thuyết

Sóng âm là những sóng cơ truyền trong các môi trường khí, lỏng, rắn. Nguồn gốc của sống âm là do vật dao động, lớp không khí ở bên cạnh lần lượt bị nén rồi bị dãn. Không khí nén hay dãn thì làm xuất hiện lực đàn hồi khiến cho các dao động đó được truyền cho các phân tử khí ở xa hơn. Dao động được truyền trong không khí, tạo thành sóng gọi là sóng âm, 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 này lại được truyền đến đầu các dây thần kinh thính giác, làm ta có cảm giác về âm.

Cường độ âm được xác định là năng lượng 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. Cường độ âm càng lớn, to ta cảm giác nghe thấy âm càng to. Tuy nhiên độ to của âm không tỉ lệ thuận với cường độ âm. Để so sánh độ to của một âm với độ to âm chuẩn, người ta dùng đại lượng mức cường độ âm đo bằng đơn vị ben, kí hiệu B. Mức cường độ âm được định nghĩa bằng công thức:

L\left( B \right)=\lg \frac{I}{{{I}_{0}}}

Mức cường độ âm chuẩn bằng 0 B (tức là \frac{I}{{{I}_{0}}}=1={{10}^{0}} )

3. Thí nghiệm với thiết bị Addestation

Dụng cụ

1 aMixer MGA, 1 cảm biến âm thanh với Bộ khuếch đại, 1 loa.

4. Tiến hành

Bước 1: Mở MGA, kết nối cảm biến âm thanh vào CH 1 của MGA. Khi màn hình “Tự động lựa chọn cảm biến”, chọn “Cảm biến âm thanh” rồi nhấn “Chạy”.

v5 1 lựa chọn thang đo

Bước 2: Cắm giắc của loa vào ổ cắm trên MGA có biểu tượng bttainghe.

v5 2 lỗ cắm loa

Bước 3: Nhấn vào nút bên trái phía trước loa để mở loa. Đảm bảo rằng nút ở giữa chưa ấn xuống.

Chú ý: Nút điều chỉnh âm lượng được vặn ở vị trí chấm trắng thứ nhất.

v5 4 loa và các nútv5 4 nút chỉnh âm lượng

Bước 4: Đặt cảm biến âm thanh cách loa khoảng 5 cm.

v5 4 đặt cảm biến âm thanh cách loa 5cm

Bước 5: Nhấn vào biểu tượng bt14 . Trong mục “Lựa chọn chế độ” chọn “Sine ra”, mục “Lựa chọn tần số” chọn “500 Hz”, và mục “Bật máy phát” chọn ô vuông và sau đó nhấn vào “Chạy”.

v5 5 chọn tần số phát

II. Thu thập dữ liệu

Bước 6: Tập trung cảm nhận tiếng ồn phát ra từ loa. Vặn âm lượng lên chấm trắng thứ 2, rồi cảm nhận âm thanh phát ra từ loa. Tiếp tục vặn âm lượng lên chấm trắng thứ 3, rồi cảm nhận âm thanh phát ra từ loa.

Bước 7: Mô tả lại tiếng ồn trong 3 trường hợp bạn nghe được vào Bảng 1.

Bước 8: Vặn lại âm lượng về chấm trắng thứ 1. Nhấn vào nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Sau khi tín hiệu âm thanh đầy toàn bộ màn hình MGA nhấn vào nút bt00 để dừng thu thập dữ liệu. Nhấn vào biểu tượng bt4 để mở rộng đồ thị.

v5 8 đồ thị thu được

Bước 9: Nhấn vào biểu tượng bt8 rồi nhấn vào điểm ở trên đỉnh của tín hiệu. Một dấu ‘+’ sẽ xuất hiện. Tiếp tục nhấn vào điểm ở  đáy tín hiệu, một dấu ‘+’ sẽ xuất hiện. Lúc này trên màn hình MGA sẽ xuất hiện 2 giá trị. Ghi lại giá trị “Độ lệch biên độ” vào Bảng 1.

Chú ý: Ta có thể di chuyển dấu ‘+’ đến vị trí chính xác bằng cách sử dụng các phím mũi tên trên MGA.

v5 9 Phân tích đồ thịphimmuiten

Bước 10: Làm tương tự bước 8 và 9 nhưng nút âm lượng được vặn đến vị trí chấm trắng thứ 2 và 3. Ghi lại các giá trị “Độ lệch biên độ” đo được tương ứng vào Bảng 1.

Bảng 1

Vị trí nút âm lượng

Chấm trắng 1

Chấm trắng 2

Chấm trắng 2

Độ to cảm nhận được (thấp, vừa, cao)
Độ lệch biên độ (V)

5. Kết luận

Thí nghiệm về độ to với thiết bị Addest không chỉ cho phép ta cảm nhận bằng giác quan (thính giác) như những thí nghiệm thông thường. Ngoài ra còn cho phép ta đo đạc một cách định lượng về biên độ của âm.

Các câu hỏi thảo luận:

1. Dựa vào kết quả thu được trong Bảng 1, rút ra mối liên hệ giữa độ to và độ lệch biên độ.

2. Hãy so sánh hai cách phân biệt âm thanh bằng cách nghe hoặc sử dụng MGA.