Ngày nay sóng âm được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống. Con người đã tận dụng những khả năng của sóng âm để phục vụ cho các lĩnh vực khác nhau như: y học, âm nhạc,… Tuy nhiên sóng âm là gì? Một số lợi ích nào sóng âm mang lại? vẫn được xem là những câu hỏi khó đối với hầu hết mọi người. Hãy để Giải pháp âm học giải đáp những thắc mắc ấy thông qua bài viết dưới đây nhằm giúp các bạn đọc hiểu rõ hơn về chúng.
Định nghĩa sóng âm
Tổng quan sóng âm
Sóng âm là những sóng cơ học có thể truyền được trong cả 3 môi trường: rắn, lỏng và khí. Khi sóng âm được truyền đến tai con người sẽ gây tác động lên màng nhỉ và làm chúng dao động, tiếp đến sẽ được truyền đến dây thần kinh thính giác gây nên cảm giác âm. Có hai yếu tố các bạn cần biết về sóng âm đó là:
Tần số của sóng âm: được gọi là tần số âm
Nguồn âm: là những vật tác động tạo ra âm thanh
Ví dụ: khi chúng ta dùng các ngón tay để gõ xuống bàn, lúc này chiếc bàn chính là nguồn âm và âm thanh truyền đến tai chúng ta đó chính là sóng âm.
Thuộc tính sóng âm thanh
- Tốc độ âm thanh:
Âm thanh sẽ không bao giờ thay đổi được tốc độ (vận tốc) khi rời khỏi nơi xuất phát (nguồn phát). Tốc độ nhanh như thế nào phụ thuộc vào vật chất đó.
Ví dụ như: khi âm thanh được truyền trong môi trường nước, tốc độ di chuyển của nó sẽ gấp 4 lần so với khi truyền trong môi trường không khí. Nếu trong thép hay sắt, tốc độ âm thanh sẽ được truyền nhanh khoảng 15 lần so với không khí.
Trong môi trường không khí, tốc độ của âm thanh trong khoảng 344m/s (1.130 feet / giây). Sóng âm khi truyền qua môi trường này dù âm thanh nhỏ, lớn, tần số thấp hay cao, tính chất đơn giản hay phức tạp đều không chịu ảnh hưởng trong việc thay đổi áp suất.
Tốc độ âm thanh rất ít chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm hay áp suất khí quyển, trừ khi những yếu tố trên ảnh hưởng đến tính chất vật lý (độ đàn hồi và mật độ) của không khí.
- Biên độ (Amptitude)
Biên độ được hiểu là cường độ của sóng âm tại một thời điểm tức thời trong một thời gian. Biên độ thể hiện khoảng cách sóng theo chiều dọc (chiều cao và chiều sâu) ở trên và dưới mức giữa. Thuật ngữ biên độ có ý nghĩa tương tự như âm lượng (Volume), độ lớn (Loudness) và mức độ áp lực âm thanh (sound pressure level).
- Tần số (Frequency)
Tần số chính là tỉ lệ của bất kì loại chuyển động nào. Đối với sóng âm thanh, tần số sẽ được đo bằng chu kỳ trên mỗi giây hay hertz. Tai người có thể nghe suốt một dải tần số được gọi là phổ âm thanh hay còn được gọi là dải âm tần nghe được. Dải âm tần này nằm trong khoảng từ 20Hz lên đến 20.000 Hz (20kHz).
Cần lưu ý rằng tai chúng ta rất nhạy cảm với tần số biến đổi khác nhau trong phổ âm. Có những tần số nghe rất dễ dàng hơn những tần số khác.
- Bước sóng ( Wavelength)
Liên quan mật thiết đến tần số sóng âm chính là bước sóng (Wavelength). Bước sóng được mô tả chính là độ dài của một sóng có tần số nhất định sẽ di chuyển trong không khí trong khoảng thời gian nhất định để hoàn thành một chu kì. Âm thanh di chuyển trong không khí ở cùng một tốc độ, bước sóng sẽ khác nhau và tỷ lệ nghịch với tần số (tần số cao hơn thì bước sóng ngắn hơn).
Bước sóng (λ) = tốc độ của âm thanh (~ 1130ft / giây).
Khái niệm bước sóng có ý nghĩa rất quan trọng trong việc thiết kế các speaker, horn và tweeter cũng như cách thức xử lý sóng âm trong các môi trường vật lý khác nhau. Mặc khách chiều dài của sóng âm cũng ảnh hưởng đến khả năng vượt qua những chướng ngại khác nhau trong đường đi của nó. Ví dụ như các bức tường ngăn, cột, trụ, cơ thể con người. Với những bước sóng ngắn (tần số cao) rất dễ bị các chướng ngại kể trên hấp thụ. Ngược lại với những bước sóng dài (tần số thấp) sẽ di chuyển xung quanh hay vượt qua mọi thứ trên con đường phát tán của chúng.
Điều khiển sóng âm
Phản xạ sóng âm
Phản xạ sóng âm tức là hiện tượng sóng âm khi lan truyền đến bề mặt tiếp xúc của hai môi trường bị dội lại hay đổi hướng trở về lại môi trường mà nó đã tới. Hay còn được gọi là âm dội lại khi gặp một mặt chắn.
Những vật phản xạ sóng âm tốt là những vật có chất liệu cứng, bề mặt nhẵn thì phản xạ âm vô cùng tốt nhưng khả năng hấp thụ âm thanh của những vật này rất kém. Ví dụ như mặt gương, mặt đá hoá, tấm kim loại,…
Những vật phản xạ âm kém là những vật có chất liệu mềm, xốp, bề mặt gồ ghề như: cao su, tường gồ ghề, rèm nhung, bông khoáng,…
Nhiễu xạ sóng âm
Nhiễu xạ sóng âm là hiện tượng quan sát được khi sóng lan truyền qua những khe nhỏ hoặc những mép vật cản. Trong đó sóng âm bị lệch hướng lan truyền, chúng lan toả khắp nơi từ vị trí vật cản và tự giao thoa với các sóng khác từ vật cản.
Ứng dụng của sóng âm
Trong công nghiệp
Sóng âm được sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực như: hàn siêu âm, kiểm tra chất lượng sản phẩm, gia công vật liệu cứng,… Với lĩnh vực hàn siêu âm, người ta đã dựa vào dao động siêu âm với các tần số trong khoảng 2000Hz được tạo ra từ máy phát nhằm tác động lên một vùng nhỏ của mối hàn, làm cho vùng cần hàn trở nên linh hoạt hơn, sau đó dùng lực ép để đẩy các chi tiết lại với nhau với khoảng cách vừa phải để các nguyên tử phát sinh sự liên kết chặt chẽ tạo thành mối hàn chắc chắn.
Bên cạnh đó người ra còn sử dụng sóng âm để phát hiện ra những khuyết tật nằm bên trong vật liệu như vết nứt, lỗ hỏng,…nằm trong kim loại, chất dẻo, gốm sứ bằng cách phát ra luồng sóng siêu âm từ máy phát xung.
Trong y học
Theo nghiên cứu từ bệnh viện Princess Grace ở London đã nghiên cứu và phát triển được một hệ thống phá huỷ các tế bào ung thư bằng âm thanh. Bằng cách sử dụng sóng âm có cường độ cao (HIFU) và họ đã thành công khi phá huỷ thành công tế bào ung thư cho một bệnh nhân ung thư tuyến tiền liệt. Công nghệ này đã được áp dụng trên 159 bệnh nhân cùng mắc căn bệnh này và sau gần 1 năm 92% bệnh nhân không còn mắc lại căn bệnh này và không có dấu hiệu tái phát. Tuy nhiên các nhà nghiên cứu cần phải tiến hành thêm nhiều thí nghiệm trước khi phát triển rộng rãi chúng ra bên ngoài.
Ngoài ra sóng âm phát ra những sóng tần số cao đi vào cơ thể của bệnh nhân và cho họ thấy được hình ảnh bên trong nhờ vào những sóng phản hồi hay sử dụng sóng âm để chữa lành vết thương bằng cách sử dụng sóng âm có tần số thấp vào một lượng dung dịch muối và tiến hành phun lên vết thương.
Vệ sinh dụng cụ, thiết bị
Bên cạnh việc sử dụng sóng âm trong các ngành công nghiệp hay y học, chúng còn có thêm tác dụng khác đó là vệ sinh các dụng cụ y tế, trang sức, dụng cụ thí nghiệm, mắt kính,… dựa vào nguyên lý xâm thực của sóng âm. Các dòng sóng siêu âm sẽ tấn công vào các bọt khí thường thấy trong các chất lỏng với tần số cao.
Dựa vào nguyên lý xâm thực của sóng âm, khi những chiếc máy rửa siêu âm hoạt động, sóng siêu âm cũng tác dụng đến dung dịch rửa, khiến dung dịch bị ép lại, dãn ra liên tục và sinh ra những bọt khí nhỏ li ti. Các bọt khí này nhanh chóng vỡ tan, tạo ra các luồng sóng xung kích giống như những chiếc chổi nhỏ len lỏi vào từng ngóc ngách, chi tiết của món đồ, cuốn trôi đi bụi bẩn, từ đó giúp món đồ được vệ sinh tốt hơn.
Kết luận
Sóng âm đã và đang trở thành nhân tố rất quan trọng trong cuộc sống hiện nay. Ứng dụng của chúng mang lại giúp cho cuộc sống của mọi người ngày một tốt hơn. Giải pháp âm học mong rằng với những thông tin về sóng âm được trình bày bên trên sẽ giúp cho các bạn có thêm những kiến thức hữu ích nhất về sóng âm.
Tham khảo thêm: Máy đo độ rung
