I-
Sóng âm và vận
tốc âm.
Kể từ đây trở đi bài viết nhiều về các phi cơ siêu thanh, do đó tôi sẽ viết
nhiều đến vận tốc Mach. Vì vậy, tôi xin phép nói qua về danh từ chuyên môn này.
Nhưng khi nói đến siêu thanh và Mach thì ta cần biết qua âm thanh.
A-
Bản chất âm thanh
1. Tần
số
Tôi nhớ lại ngày 26 tháng 10 năm 1961,
ông Diệm làm lễ kỷ niệm ngày đắc cử tổng thống, đã mời một số quốc gia đem phi
cơ đến biểu diễn. Các nước Mỹ, Úc… đem phi cơ tới bay quanh Sàigòn. Ngày ấy phi
cơ phản lực còn quá mới mẻ đối với VN, nên lúc phi cơ phá tường âm thanh gây ra
tiếng nổ thật lớn làm nhiều nhà có cửa kính bị vỡ mà chẳng hiểu tại sao. Trong
một vài phim, chúng ta cũng được chứng kiến cảnh một cô ca sĩ khi cất giọng thật
cao thì một cái ly để gần đấy bị vỡ. Tại sao vậy? Bài viết này sẽ giải thích
các hiện tượng ấy.
Khi ta nói phát ra âm thanh; một sợi dây
căng thật thẳng ta lấy tay bật cũng nghe được âm thanh và nếu dây trùng thì chẳng
nghe thấy gì cả. Một mặt da căng (trống) khi đập vào cũng tạo ra âm thanh. Vậy
âm thanh ở đâu ra? Theo thí dụ vừa nêu ra thì âm thanh là do sự rung động một vật
làm áp suất thay đổi mà ra. Có người hỏi dây đàn rung nghe được âm thanh thì có
lý chứ nói thì có rung gì đâu? Dạ thưa có nhưng mình không biết thôi. Trong họng
có phần gọi là thanh quản nơi có những sợi giây nhỏ khi khí đi qua từ phổi sẽ
rung động tạo ra âm thanh.
Bây giờ ta lại nhìn vào dây đàn, nhưng
lưu ý với bạn đọc là đàn để chơi âm nhạc chứ không phải đàn bà hay đàn ông. Đàn
guitar có dây to, có dây nhỏ âm cho thanh khác nhau. Đó là vì sự rung động khác
nhau gọi là tần số. Tần số là số lần rung trong 1 đơn vị thời gian, đối với âm
học ta lấy 1 giây đồng hồ. Nếu tần số càng lớn thì âm thanh càng cao, hay nói một
cách khác rung động nhiều lần trong một giây đồng hồ âm thanh cao. Như vậy giây
âm trong thanh quản đàn bà rung nhanh hơn đàn ông vì đàn bà thường có giọng thanh
và cao.
Nếu chỉ chú ý tới một dây đàn, ta cũng
nhận thấy điều sau: khi không bấm dây cho một âm thanh trầm, nếu càng bấm xuống
dưới âm thanh càng cao. Đó là vì khi minh bấm làm đoạn dây bị rung động ngắn
đi. Tóm lại dây càng ngắn thì rung càng nhanh. Người xưa chẳng hiểu vật lý là
gì nhưng do kinh nghiệm đã tạo ra độc huyền cầm (đàn một dây) đã áp dụng việc
này. Có nhiều nhạc sĩ biểu diễn bằng cách để cả chục ly nước giống hệt đựng nước
khác nhau, li thì nhiều nước, li thì ít. Khi anh ta gõ vào ly cho ra âm nhạc.
Ly nhiều nước cho âm cao, ly ít nước cho âm trầm là do cùng một nguyên lý.
Trong vật lý, người ta dùng Hertz viết tắt
Hz rút từ tên nhà bác học Đức Heinrich Hertz làm đơn vị để gọi tần số. 1 Hz là
tần số một vật phát động 1 lần trong 1 giây. Người ta có thể nghe những âm
thanh từ 20Hz đến 20KHz (đọc là kilo
Hertz , 1 KHz= 1000Hz, vậy:
20
KHz=20000Hz). Những âm thanh dưới 20 Hz gọi là hạ âm, những âm thanh lớn hơn
20KHz gọi là siêu âm. Cả Hạ âm lẫn siêu âm người ta không nghe nổi. Có nhiều
súc vật nghe được siêu âm như chó, cá heo, dơi…Vì thế các người cần tiếp xúc với
vật họ có một loại còi phát ra siêu âm làm các con vật đến hay đi tùy theo mệnh
lệnh. Người đứng bên cạnh không nghe được.
2. Hiện
tượng cộng hưởng.
Trước hết ta tìm hiểu sóng âm thanh như
thế nào. Vì âm được truyền đi dưới dạng sóng, và giải thích đơn giản nhất ta tưởng
tượng đến sóng nước. Tuy nhiên, ta chỉ nói tới các khai niệm phổ thông chứ
không thể chứng minh bằng các phương trình vật lý được vì đây phải có trình dộ
toán học cấp đại học. Nếu hai nguồn âm cùng tần số, chuyển động cùng chiều sẽ tạo
ra hiện tượng giao thao cộng sóng, tức là làm âm thanh lớn hơn. Đây là trường hợp
hai máy phát thanh cùng bài nói và hai máy cùng một phía đối với người nghe.
Ngược lại, nếu hai nguồn phát âm cùng tần số ở hai chiều khác nhau thì ta có hiện
tượng giao thoa trừ sóng. Đây là trường hợp người nghe ở phần giữa hai máy phát
thanh. Lúc này tùy theo thời gian 1 chu kỳ, ngừơi nghe có thẻ nghe rất lớn,
nhưng cũng có khi nghe rất nhỏ hay không nghe được gì cả.
3. Sóng
AM & FM
Các sóng thông thường không thể truyền
đi xa, nên trong vô thuyến điện, người ta phải dùng các tần số cao hơn 20KHz có
thể đến Mega Hertz (1 MHz=1000000Hz) hay Gega Hertz (1GHz = 1000000000 Hz) gọi
là AM hay FM. Ở đài phát thanh, người ta biến tiếng âm từ KHz thanh MHz hay GHz
phát đi. Khi đến máy nghe người ta làm máy biến từ MHz hay GHz xuống lại KHz
nên ta có thể nghe được. Thông thường sóng FM truyền xa hơn sóng AM, nên rất tốt
trong việc truyền tin đi nơi xa.
Giải thích ly vỡ.
Nữ ca sĩ
Ella Fitzgerald (sinh năm 1917 và qua đời năm 1995) đã từng cất tiếng làm vỡ li
thủy tinh. Tuy nhiên, còn nhiều ca sĩ khác cũng có thể làm điều này như Mariah Carey.
Như bài
viết, li thủy tinh có thể tao âm nhạc tức là nó có độ rung động. Nhưng thủy
tinh rất giòn nên độ rung động không cao. Khi một vật rung động thì vật liệu uốn
đi theo một nhịp độ (tần số). Lúc Ella Fitzgerald cất tiếng cao quá có nghĩa là
không khí bị rung theo một tần số rất cao. Tần số này đến màng nhĩ làm màng nhĩ
rung theo và ta nghe đựơc âm thanh bài hát.
Lẽ dĩ nhiên, cái ly bên cạnh cũng không tránh được cảm ứng rung của
không khí nên cũng rung theo. Nhưng vì độ giòn nên khi li này rung quá nhanh và
bị vỡ. Vậy sự vỡ li là do tần số cao chứ không phải tại tiếng hát quá lớn.
No comments:
Post a Comment