Tải bản đầy đủ
HIỆN TƯỢNG ÂM TRÊN CƠ THỂ SỐNG

HIỆN TƯỢNG ÂM TRÊN CƠ THỂ SỐNG

Tải bản đầy đủ

5.1.1.2.

Dao động tắt dần

Trong thực tế, dao động của một vật nào đó không duy trì mãi được do ma sát của vật với
không khí, lực cản của môi trường ngược chiều chuyển động.
Phương trình dao động tắt dần có dạng:
𝑥 = 𝐴𝑒 −𝛽𝑡 . cos(𝜔∗ 𝑡 + 𝛼)

(5.3)
𝑟

Trong đó: A và 𝛼 là hai hằng số phụ thuộc vào điều kiện ban đầu. 𝛽 = 2𝑚 gọi là hệ số tắt
dần. Tần số góc được xác định lại là:

𝜔∗ = √

𝑘
𝑘
𝑟2
− 𝛽2 = √ −
𝑚
𝑚 4𝑚2

(5.4)

Chu kỳ của dao động tắt dần:
𝑇∗ =

2𝜋
=
𝜔∗

2𝜋
2
√𝑘 − 𝑟 2
𝑚 4𝑚

>

2𝜋
√𝑘
𝑚

=

2𝜋
=𝑇
𝜔

(5.5)

Vậy, chu kỳ dao động tắt dần lớn hơn chu kỳ dao động điều hòa do sự cản trở dao động
của môi trường ngoài.

5.1.1.3.

Dao động cưỡng bức

Muốn duy trì dao động, phải tác dụng vào vật một ngoại lực để chống lại lực cản của môi
trường. Tần số dao động khi ấy phụ thuộc vào tính chất của hệ dao động và tần số của ngoại
lực.
Phương trình dao động cưỡng bức có dạng:
(5.6)

𝑥 = 𝐵𝑐𝑜𝑠(𝑝. 𝑡 + 𝛾)
Trong đó:
𝐵=

𝐻 ⁄𝑚
√(𝜔02 − 𝑝2 )2 + 4𝛽 2 . 𝑝2
𝑡𝑔𝛾 =

𝑘

2𝑝𝛽
− 𝜔02

𝑝2

(5.7)

(5.8)

𝑟

với 𝜔02 = 𝑚; 𝛽 = 2𝑚; H và p lần lượt là biên độ và tần số của dao động cưỡng bức.
Như vậy, biên độ B của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào tần số của ngoại lực p, tần số
của dao động tự do 𝜔0 , biên độ ngoại lực H và sự cản trở của môi trường 𝛽. Tần số của dao
động cưỡng bức phụ thuộc chắc chắn vào tần số của ngoại lực p.
124

5.1.1.4.

Hiện tượng cộng hưởng

Hiện tượng cộng hưởng là trường hợp riêng của dao động cưỡng bức khi biên độ tăng lên
tới giá trị cực đại ứng với giá trị thích hợp của tần số góc ngoại lực.
Xét biểu thức (5.7), để B cực đại chỉ cần mẫu số cực tiểu (khi tần số góc p thay đổi). Lấy
đạo hàm, ta được
𝑝 = √𝜔02 − 2𝛽 2

(5.8)

Khi đó, B đạt giá trị cực đại là:
𝐵=

𝐻
2𝑚𝛽√𝜔02 − 𝛽 2

(5.9)

Giá trị p lúc này gọi là tần số gây cộng hưởng và giá trị biên độ khi cộng hưởng.
Trường hợp lực cản môi trường không đáng kể, 𝛽 = 0, thì 𝑝 = 𝜔0 và giá trị B được tính
theo (5.9) sẽ tăng đến vô cùng.
Trong phạm vi y học, dựa vào hiện tượng cộng hưởng có thể tìm được các thành phần của
âm một cách đơn giản; và giải thích được sự thay đổi về độ to của âm phát ra từ cơ thể.

5.1.1.5.

Tổng hợp và phân tích các dao động

Giả sử có chất điểm A đồng thời tham gia hai dao động là x1 và x2. Khi đó, chất điểm A sẽ
dao động ở trạng thái x mà:
𝑥 = 𝑥1 + 𝑥2

(5.10)

Dao động x gọi là dao động tổng hợp. Tổng hợp hai dao động điều hòa cùng tần số cho ta
một dao động điều hòa có cùng tần số đó. Trường hợp đặc biêt:
𝑥1 = 𝐴1 sin(𝜔𝑡 + 𝛼1 ) 𝑣à 𝑥2 = 𝐴2 sin(𝜔𝑡 + 𝛼2 )
 Nếu như 𝛼1 = 𝛼2 + 2𝑘𝜋 thì sin(𝜔𝑡 + 𝛼1 ) = sin(𝜔𝑡 + 𝛼2 ), hai dao động cùng pha và
có kết quả dao động làm mạnh nhau lên.
 Nếu như 𝛼1 = 𝛼2 + (2𝑘 + 1)𝜋 thì sin(𝜔𝑡 + 𝛼1 ) = − sin(𝜔𝑡 + 𝛼2 ), hai dao động
ngược pha và có kết quả dao động làm yếu nhau đi hoặc triệt tiêu hoàn toàn.
Lý thuyết toán học và thực nghiệm vật lý chứng minh được rằng: bất kỳ một dao động
phức tạp nào cũng có thể phân tích thành tổng các dao động điều hòa, đặc biệt có thể phân tích
thành tổng các dao động điều hòa mà tần số của chúng là bội số nguyên của một tần số cơ bản.

125

5.1.2. Sóng cơ học, sóng âm. Hiệu ứng Doppler
5.1.2.1. Sóng cơ học
a. Môi trường đàn hồi
Môi trường đàn hồi được cấu tạo bởi các phần tử (phân tử, nguyên tử) mà giữa chúng có
lực liên kết. Nếu gọi r0 là khoảng cách cơ bản giữa các phần tử mà các lực cân bằng, khi r < r0
thì lực liên kết là lực đẩy; khi r > r0 thì lực liên kết là lực hút kéo.
Khi một phần tử nào đó thực hiện một dao động,

F

do đặc điểm của môi trường đàn hồi, dao động này
sẽ lan truyền trong môi trường tạo thành sóng cơ học.
Phần tử dao động được gọi là nguồn phát sóng.
Chú ý rằng, sóng truyền đi là quá trình truyền
năng lượng tới các phần tử môi trường chứ không

r

r0
0

phải là quá trình di chuyển của các phần tử môi
trường.

Hình 5-1. Mối quan hệ giữa lực tương tác

b. Sóng ngang và sóng dọc

và khoảng cách giữa các phân tử

Trong chuyển động sóng, nếu các phần tử của
môi trường dao động vuông góc với phương truyền sóng (truyền dao động) thì sóng được gọi
là sóng ngang; nếu các phần tử của môi trường dao động song song phương truyền sóng thì
sóng được gọi là sóng dọc.
Sóng ngang
 Các phân tử của môi trường dao động theo phương thẳng đứng còn phương truyền của
sóng là nằm ngang.
 Điều kiện tồn tại là lực đàn
hồi chống lại sự lệch khỏi vị trí cân

𝑡=0

0

1

2

bằng của các phân tử dao động.
 Môi

trường

truyền

sóng

𝑡=

𝑇
4

𝑡=

𝑇
2

ngang là môi trường có lực đàn hồi
chống lại sự lệch giữa các lớp của
môi trường. Môi trường lỏng (ngoại
trừ bề mặt) và khí không truyền được
sóng ngang
 Gọi 𝜌 là mật độ môi trường,

𝑡=

3𝑇
4

𝑡=𝑇

𝑁 là hệ số đặc trưng cho khả năng
Hình 5-2. Sóng ngang
126

3

4

chống lại sự lệch giữa các lớp của môi trường thì tốc độ truyền sóng ngang là:
𝑣=√

𝑁
𝜌

(5.11)

Sóng dọc
 Các phân tử đã bị “nén dãn” và

0

1

2

3

4

môi trường xuất hiện lực đàn hồi chống
lại, do đó phát sinh sóng dọc.
 Phương truyền sóng song song
với phương dao động nằm ngang của các
phần tử môi trường.
 Môi trường truyền sóng dọc là
môi trường xuất hiện lực đàn hồi chống
lại sự nén dãn. Môi trường khí, lỏng, rắn
đều có thể truyền được sóng dọc.

Hình 5-3. Sóng dọc

 Gọi 𝜌 là mật độ môi trường, 𝛼 là hệ số đàn hồi của môi trường thì tốc độ truyền sóng
dọc là:
𝑣=

1
√𝛼. 𝜌

(5.12)

c. Đặc điểm của sóng cơ học
 Giả sử điểm O thực hiện dao động, độ dịch chuyển biểu diễn bằng hàm f(t). Có thể khai
triển f(t) theo chuỗi Fourier (chuỗi của các hàm sin hoặc cosin), xét trường hợp đơn giản nhất:
𝑓(𝑡) = 𝑎cos(𝜔𝑡 + 𝛼)

(5.13)

a là biên độ dao động; 𝜔 là tần số vòng; 𝜔𝑡 + 𝛼 là pha, 𝛼 là pha ban đầu.
Sau một khoảng thời gian T, điểm O thực hiện một chu kỳ dao động, ta có:
𝜔(𝑡 + 𝑇) + 𝛼 = 𝜔𝑡 + 𝛼 + 2𝜋
Do đó 𝑇 =

2𝜋
𝜔

(5.14)
1

được gọi là chu kỳ, tính bằng giây. Đại lượng 𝜐 = 𝑇 , là số chu kỳ trong một

giây, gọi là tần số, đo bằng đơn vị Hertz (Hz)

x

0

M
Hình 5-4. Sơ đồ truyền dao động từ O tới M
127

 Giả sử dao động ở O được lan truyền với tốc độ v về phía tay phải; ở thời điểm t thì tới
điểm M cách O một khảng x (hình 5.4), điểm M sẽ lặp lại dao động của O tại thời điểm trước
𝑥

đó là (𝑡 − 𝑣), phương trình biểu diễn dao động tại M là:
𝑥
𝑓𝑀 (𝑡) = 𝑎cos [𝜔 (𝑡 − ) + 𝛼]
𝑣
𝑓𝑀 (𝑡) = 𝑎cos (𝜔 + 𝛼 −
Đại lượng 𝑘 =

𝜔
𝑣

(5.15)

𝜔
𝑥) = 𝑎 cos(𝜔𝑡 + 𝛼 − 𝑘𝑥)
𝑣

(5.16)

gọi là số sóng.

Giả sử 𝜆 là quãng đường sóng lan truyền trong một chu kỳ, ta có:
𝜆
𝜔𝑇 2𝜋
= 𝑇 → 𝜆 = 𝑣. 𝑇 =
=
𝑣
𝑘
𝑘
1

(5.17)
𝑣

𝜆 được gọi là chiều dài sóng hay bước sóng. 𝜐 = 𝑇 = 𝜆 được gọi là tần số sóng, là số bước
sóng lan truyền trong một đơn vị thời gian.
Dao động của một điểm bất kỳ trong không gian có sóng truyền tới được biểu diễn bằng
hàm:
𝑓𝑀 (𝑡) = 𝑎. cos(𝜔𝑡 − 𝑘𝑥 + 𝛼)

(5.18)

Bằng cách lấy đạo hàm riêng theo x và t, hàm số sóng này thỏa mãn làm nghiệm của phương
trình sóng:
𝜕 2𝑓
1 𝜕 2𝑓
= .
𝜕𝑥 2 𝑣 2 𝜕𝑡 2

(5.19)

 Khi sóng lan truyền tới đâu thì năng lượng được chuyển từ nguồn tới đó, thể hiện bằng
phần tử M của môi trường khi dao động sẽ có động năng và thế năng.
Phần tử M có khối lượng m, có độ dịch chuyển là 𝑓(𝑡) = 𝑎. cos(𝜔𝑡 − 𝑘𝑥 + 𝛼), sẽ có tốc
độ dịch chuyển là

𝑑𝑓
𝑑𝑡

thì:
𝑑𝑓 2
( ) = 𝑎2 𝜔2 𝑠𝑖𝑛2 (𝜔𝑡 − 𝑘𝑥 + 𝛼)
𝑑𝑡

(5.20)

Với giá trị trung bình trong một chu kỳ, động năng trung bình của phần tử M là:
1
𝑑𝑓 2 1 1 2 2
𝐸đ = 𝑚 ( ) = 𝑚 𝑎 𝜔
2
𝑑𝑡
2 2

128

(5.21)

Từ đó có thể tính được cường độ sóng tại một điểm là công suất vận chuyển bởi sóng qua
một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sóng tại điểm đó (đơn vị diện tích trên
mặt sóng):
𝐼 = 2𝜋 2 𝜌𝑣. 𝜐 2 . 𝑎2

(5.22)

Trong đó 𝜌 là mật độ môi trường, 𝑣 là tốc độ sóng, 𝜐 là tần số sóng, a là biên độ dao động.
 Khi sóng tới mặt phân cách giữa hai môi trường đàn hồi với biên độ at và góc tới i1, có
sóng phản xạ với biên độ ap và góc phản xạ i’1 và sóng truyền qua hay sóng khúc xạ với biên
độ aq và góc khúc xạ i2, nhìn chung:
 Góc tới i1 = góc phản xạ i’1.
 Các giá trị của biên độ phụ thuộc phức tạp vào sóng trở, còn bước sóng truyền qua
𝜆2 có thể thay đổi.
Trong trường hợp sóng tới vuông góc mặt phân giới:
𝑎𝑝 𝑍1 − 𝑍2
=
𝑎𝑡 𝑍1 + 𝑍2

(5.23)


Do cường độ sóng tỷ lệ với bình phương biên độ
nên:


i1 i1

𝐼𝑝
𝑍1 − 𝑍2 2
=(
)
𝐼𝑡
𝑍1 + 𝑍2

(5.24)

𝐼𝑝
4𝑍1 𝑍2
=
𝐼𝑡 (𝑍1 + 𝑍2 )2

(5.25)

i2


Dễ dàng kiểm định lại được là:
𝐼𝑡 = 𝐼𝑝 + 𝐼𝑞

(5.26)

Hình 5-5. Sơ đồ truyền sóng qua mặt
phân cách hai môi trường đàn hồi

5.1.2.2.

Sóng âm

a. Bản chất vật lý của âm và siêu âm
Âm là dao động của các phần tử trong môi trường đàn hồi, truyền đi theo loại sóng dọc, có
tần số từ 16Hz đến 20.000Hz (𝜈 < 16Hz: hạ âm, 𝜈 > 20.000Hz: siêu âm).
 Sóng âm có tất các các đặc trưng của sóng cơ học như bước sóng 𝜆, tần số 𝜈, chu kỳ T,
tốc độ lan truyền 𝑣
𝑣 = 𝜆. 𝜈 =

𝜆
𝑇

(5.30)

 Sóng âm có thể lan truyền qua tất cả các môi trường vật chất ở thể khí, lỏng, rắn (không
lan truyền trong chân không).
129

 Tốc độ lan truyền sóng âm phụ thuộc vào mật độ môi trường và tính chất của môi trường.
𝑣=√

1
𝛼𝜌

(5.31)

Trong đó: 𝜌 là mật độ của môi trường; 𝛼 là hệ số đàn hồi của môi trường
 Khi sóng âm truyền từ môi trường này qua môi trường khác (phân biệt bằng âm trở) thì
ở mặt phân giới hai môi trường sẽ xảy ra hiện tượng khúc xạ, phản xạ …
 Do bước sóng dài nên thường gặp hiện tượng nhiễu xạ, chính nhờ hiện tượng này mà
âm có thể vòng qua vật cản một cách dễ dàng.
 Trong bất cứ môi trường nào, hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng rất phổ biến đối
với sóng âm.
Cường độ âm (I) tại một điểm là đại lượng biểu thị bằng năng lượng truyền trong một đơn
vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt ở điểm ấy và vuông góc với phương truyền âm (W/m2
hoặc 𝜇𝑊/𝑐𝑚2).
Trong quá trình truyền âm, cường độ âm càng đi xa nguồn càng giảm mau vì:
 Các phần tử dao động ma sát với môi trường, một phần năng lượng biến thành nhiệt
năng.
 Sóng âm truyền qua mặt phân cách của hai môi trường bị phản xạ, khúc xạ và nhiễu xạ.
 Trong điều kiện lý tưởng khi nguồn phát âm là một điểm, môi trường đồng nhất, cường
đô âm cũng giảm, tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách tới nguồn.
Đối với sóng siêu âm, quá trình truyền sóng có một số đặc điểm:
 Sóng âm có tần số lớn, nguồn phát kích thước nhỏ, chùm siêu âm có tiết diện hẹp, truyền
thẳng do không bị nhiễu xạ. Bằng dạng hình học thích hợp của đầu phát, ta có thể hội tụ chùm
siêu âm vào một vùng kích thước khá nhỏ.
 Sóng siêu âm bị hấp thụ nên cường độ sẽ giảm dần khi truyền qua các môi trường. 𝐼 =
1

𝐼0 . 𝑒 −𝛼𝑥 với e = 2,71828… còn 𝛼 tỉ lệ nghịch với 𝜈 2 , 𝜌 và 𝑣 3 .
 Siêu âm là sóng dọc, có tác dụng nén giãn môi trường, áp suất nén giãn tức thời có thể
lên đến hàng vạn atmosphere.

b. Nguồn phát âm
Nguồn phát âm thanh


Có nhiều phương pháp tạo nên âm thanh: vật rắn, một màng căng hay một dây căng

thực hiện dao động đàn hồi... Tần số dao động âm tạo ra:

130

𝜈=

1 𝑃

2𝐿 𝑀

(5.32)

Trong đó: 𝜈 là tần số âm; L là chiều dài dây căng; M là khối lượng của một đơn vị chiều
dài dây; P là lực căng của dây.


Ở động vật, cơ quan phát âm là thanh quản với các dây thanh âm. Tiếng nói từ âm do

con người phát ra, hiện nay, có các giả thiết giải thích về sự phát âm ở người như sau:
 Thuyết đàn hồi (thuyết cơ học): hai dây thanh âm là bộ phận phát âm chủ yếu, có cấu
tạo đặc biệt, có thể điều hòa được độ căng, có xu hướng nằm song song và khép kín.
Khi phát âm, không khí từ phổi được đẩy lên với một áp suất nhất định, đi qua khe hẹp
làm dây thanh âm rung lên, đồng thời luồng thần kinh trung ương chỉ huy mức độ căng
của dây làm thay đổi tần số phát âm.
 Thuyết luồng thần kinh của Housson: dây thanh âm có khả năng dao động với các
tần số khác nhau do luồng thần kinh đến quyết định, không phải do độ căng của dây
và áp lực luồng khí.
Các nghiên cứu hiện nay cho thấy đặc điểm cấu tạo của dây thanh âm rất đặc biệt, niêm
mạc của dây rất loãng, lỏng lẻo và không dính chặt vào tổ chức. Vì vậy, một dao động có thể
xuất hiện ở từng bộ phận dưới, trên và ngay ở dây thanh âm. Các xoang cộng hưởng có vai trò
khá quan trọng, chúng quyết định âm sắc của tiếng nói người.

Nguồn phát siêu âm
 Để phát và thu sóng siêu âm phải có biến tử siêu âm, chia làm hai loại:
 Biến tử phát để tạo ra sóng siêu âm, là một phần tử vật lý có nhiệm vụ biến đổi năng
lượng điện từ thành năng lượng sóng đàn hồi, nguồn tạo ra sóng siêu âm.
 Biến tử thu để thu sóng siêu âm, biến năng lượng đàn hồi thành năng lượng điện từ
nguồn nhận sóng siêu âm.
 Để phát sóng siêu âm cần hai bộ phận: bộ phận điện từ có nhiệm vụ tạo ra sóng điện từ
có tần số cần phát và bộ phận thứ hai là biến tử phát biến đổi sóng điện từ thành sóng siêu âm.
 Để thu sóng siêu âm cũng cần có hai bộ phận: biến tử thu biến năng lượng đàn hồi thành
năng lượng điện từ và bộ phận điện từ khuếch đại tín hiệu điện từ do biến tử thu tạo ra.
Các biến tử phát và thu siêu âm hoạt động dựa trên nguyên lý áp điện do hai anh em nhà
bác học Pháp Curie tìm ra trong khoảng 1881 – 1882, đây là một nguyên lý thuận nghịch.
Nguyên lý áp điện thuận
Nếu nén hoặc kéo dãn hai bề mặt đối diện của một bản làm bằng vật liệu đặc biệt thì trên
hai bề mặt đối diện này sẽ xuất hiện các điện tích trái dấu. Ngược lại, nếu thay đổi dấu của lực
131

tác dụng, thay lực nén bằng lực kéo dãn và ngược lại, thì các điện tích sẽ đổi dấu. Mật độ điện
tích tỷ lệ với cường độ của lực.
Nguyên lý này dùng để tạo nên các biến tử thu sóng siêu âm. Sóng siêu âm truyền tới làm
biến tử thu bị biến dạng, xuất hiện các điện tích trái dấu. Lượng điện tích tỷ lệ với độ biến dạng
của biến tử. Biến tử thu biến đổi năng lượng đàn hồi của sóng thành năng lượng điện, tín hiệu
này được bộ phận điện từ khuếch đại.
Nguyên lý áp điện ngược
Nếu đặt một áp điện vuông góc với một điện trường thì bản áp điện bị biến dạng, nghĩa là
bề dày của nó tăng hoặc giảm tùy thuộc vào chiều của điện trường. Nếu thay đổi chiều của điện
trường thì biến dạng của bản sẽ đổi dấu. Độ biến dạng tỉ lệ với cường độ của điện trường.
Biến tử phát siêu âm hoạt động theo nguyên tắc áp điện ngược. Nếu đặt một điện trường
xoay chiều lên hai điện cực của bản áp điện thì bản áp điện sẽ chịu những biến dạng tuần hoàn
và đó là nguồn phát sóng siêu âm.

5.1.2.3.

Hiệu ứng Doppler

Hiệu ứng Doppler là một hiệu ứng vật lý, đặt tên theo Christian Andreas Doppler, trong đó
tần số và bước sóng của sóng âm, sóng điện từ hay các sóng nói chung bị thay đổi khi nguồn
phát sóng chuyển động tương đối với người quan sát.
Giả sử có nguồn phát ra sóng với tần số 𝜐, lan truyền với tốc độ 𝜈 trong không gian tới máy
thu. Nếu cả nguồn phát lẫn máy thu đều đứng yên, máy thu sẽ thu được sóng có tần số 𝜈 ′ = 𝜈.
Nếu nguồn hoặc máy thu hoặc cả hai chuyển động, nói chung máy thu sẽ thu được sóng có tần
số 𝜈 ′ ≠ 𝜈.
M

𝑣𝑡
⃗⃗⃗⃗

𝑣⃗
𝜃𝑛

𝜃𝑡

𝑣
⃗⃗⃗⃗⃗
𝑛

0
a)

0

𝑣⃗

M
b)

𝑣𝑡
⃗⃗⃗⃗

𝑣
⃗⃗⃗⃗⃗
𝑛

𝜃𝑡

𝜃𝑛

M
c
Hình 5-6. Các dạng chuyển động tương đối giữa nguồn và máy thu
0

a) Máy thu đứng yên, nguồn chuyển động; b) Máy thu chuyển động,
nguồn đứng yên; c) Cả nguồn và máy thu đều chuyển động
132

 Máy thu đứng yên, nguồn chuyển động với vận tốc ⃗⃗⃗⃗⃗
𝑣𝑛 tạo với tốc độ lan truyền sóng tới
máy thu 𝑣⃗ một góc 𝜃𝑛 (hình 5-6a) thì:
𝜈′ =

𝜈
𝑣
1 − 𝑣𝑛 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑛

(5.27)

 Nguồn đi xa máy thu: 𝜈 ′ < 𝜈
 Nguồn đi tới máy thu: 𝜈 ′ > 𝜈
 Nguồn đứng yên, máy thu chuyển động với vận tốc ⃗⃗⃗⃗⃗
𝑣𝑡 tạo với tốc độ sóng truyền tới
máy thu 𝑣⃗ một góc 𝜃𝑡 (hình 5-6b) thì:
𝜈 ′ = 𝜈 (1 −

𝑣𝑡
𝑐𝑜𝑠𝜃𝑡 )
𝑣

(5.28)

 Máy thu tới gần nguồn: 𝜈 ′ > 𝜈
 Máy thu đi xa nguồn: 𝜈 ′ < 𝜈
 Nguồn và máy thu đều chuyển động, tạo các góc 𝜃𝑛 và 𝜃𝑡 (hình 5-6c) thì:
𝑣
1 − 𝑣𝑡 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑡
𝜈′ = 𝜈 (
)
𝑣
1 − 𝑣𝑛 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑛

(5.29)

 Nguồn và máy phát ra xa nhau: 𝜈 ′ < 𝜈
 Nguồn và máy phát lại gần nhau: 𝜈 ′ > 𝜈
Hiệu ứng Doppler có nhiều ứng dụng trong thực tế đời sống, trong sử dụng siêu âm vào
chẩn đoán bệnh.

5.2. LÝ SINH QUÁ TRÌNH NGHE
5.2.1. Sơ lược cơ quan cảm thụ nghe và cảm giác âm
5.2.1.1. Sơ lược cấu tạo cơ quan thính giác
Tai là cơ quan thính giác bao gồm 3 phần là tai ngoài, tai giữa và tai trong.
 Tai ngoài: gồm có vành tai, ống tai ngoài. Vành tai giúp sự định hướng và tiếp nhận âm
dễ dàng, ống tai ngoài có chức năng truyền âm.
 Tai giữa: chủ yếu là màng tai và hệ thống xương con, có tác dụng truyền các dao động
âm từ không khí vào tai trong, đồng thời tăng cường năng lượng của sóng âm như một bộ
khuếch đại.
 Màng tai có khả năng dao động với nhiều tần số khác nhau vì có độ căng khác nhau
theo từng lớp từ ngoài vào trong. Như vậy, ứng với một tần số âm sẽ có một phần tử
nhất định của màng tai dao động.

133

 Bên trong màng tai là hộp kín chứa không khí, thông với cổ họng bởi ống Eustachia
để giữ đều áp lực không khí hai bên màng tai. Nhờ thế thính lực sẽ tốt hơn và bảo vệ
được màng tai khi bị sóng âm tác dụng quá mạnh
 Hệ thống xương con tiếp nối thực hiện thêm việc điều chỉnh độ căng của màng tai,
chuyển tiếp âm, các dao động ở màng tai; hoạt động chuyển tiếp âm giống như hoạt
động đòn bẩy nên áp lực âm thanh được tăng lên.
 Tai trong có nhiều hốc mà quan trọng nhất là loa đạo, một tổ chức hình xoắn ốc. Tai
trong thông với tai giữa bởi hai lỗ hình tròn và hình bầu dục, đều có màng mỏng bịt kín. Bao
bọc khắp ốc tai là màng đáy có nhiều sợi ngang tạo thành vòng cung xếp cạnh nhau, có nhiều
tế bào thần kinh thính giác. Các neuron thần kinh này tập hợp thành dây thần kinh thính giác

Hình 5-7. Sơ lược cấu tạo cơ quan thính giác ở người

5.2.1.2.

Các đặc trưng của cảm giác âm

Các sóng âm tác dụng đến cơ quan thính giác có thể gây ra cảm giác âm thanh. Âm đến tai
có thể chia thành hai loai: âm thanh và tiếng ồn.
Cảm giác âm chủ yếu gồm: độ cao, âm sắc, độ to.
134