Bạn có quen với việc truyền âm thanh không?

Chúng ta tưởng tượng ra các nguyên tử, hạt, rung động và sóng mà mắt không bao giờ nhìn thấy, tai không bao giờ nghe thấy và chỉ có thể nhận biết được bằng trí tưởng tượng. John Tyndall

lý do tại sao nó yếu đi… Nó mất đi một phần năng lượng, và trong trường hợp này chúng ta nói về “sự hấp thụ âm thanh”, về “các chất hấp thụ âm thanh”… William Henry Bragg

Trong quang học và âm học, những thí nghiệm này được coi là bằng chứng về bản chất sóng của ánh sáng và âm thanh… Heinrich Hertz

Hãy xem xét ví dụ đơn giản nhất - sự truyền âm thanh trong không gian một chiều. Để rút ra kết luận, trước tiên chúng ta cần hiểu điều gì đang thực sự xảy ra. Richard Feynman

Khi âm thanh truyền qua không khí, nước và chất rắn thì… nó sẽ tiêu tan. Nhưng có một cái khác

Nó có quen thuộc với bạn không?

?

sự lan truyền âm thanh

Nhiều nhà vật lý liên quan đến âm học đã chú ý đến sự giống nhau của một số hiện tượng âm thanh với hiện tượng quang học. Điều ngược lại cũng đúng: nghiên cứu về ánh sáng thôi thúc chúng ta tìm kiếm sự tương đồng với sự lan truyền của dao động âm thanh. Chúng tôi cũng gặp phải điều tương tự khi quyết định dành số báo mới về Kính vạn hoa cho các quá trình sóng - chúng tôi đã phát hiện ra nhiều điểm giao nhau giữa âm học và quang học. Chúng ta phải chia chủ đề làm đôi, và nếu hôm nay chúng ta tập trung vào âm thanh thì lần sau chắc chắn chúng ta sẽ chuyển sang sóng điện từ, chủ yếu là ánh sáng. Chúng ta hãy lưu ý ngay rằng đây đó, trong tất cả sự đa dạng của các hiện tượng sóng, chúng ta sẽ quan tâm chủ yếu đến các tình huống liên quan đến sự tán xạ và hấp thụ. Không thể nói chúng được quan tâm đầy đủ trong quá trình vật lý sơ cấp, trong khi trong cuộc sống chúng ta gặp chúng hàng ngày. Nếu chúng ta nói về sóng âm thanh, chúng là một trong những nguồn thông tin quan trọng nhất về thế giới xung quanh chúng ta. Lời nói, âm nhạc, âm thanh của động vật hoang dã, tin nhắn điện thoại, công nghệ âm thanh - chúng ta đang sống trong một bầu không khí giàu âm thanh. Mật độ của những âm thanh có hại cũng tăng lên vô cùng - những tiếng ồn khó chịu và đôi khi hết sức nguy hiểm cho sức khỏe. Làm thế nào chúng ta có thể truyền đạt một số trong số chúng đến chúng ta với ít mất mát và biến dạng nhất có thể, còn những cái khác (nếu chúng ta không thể loại bỏ chúng) thì ít nhất hãy làm chúng yếu đi? Làm cách nào chúng tôi có thể đưa những âm thanh không nghe được vào dịch vụ của mình? Trong quá trình tìm kiếm đáp số, hãy làm theo lời khuyên của Feynman và bắt đầu với các ví dụ âm thanh tương đối đơn giản.

Các câu hỏi và bài toán 1. Tại sao cửa sổ đóng lại bảo vệ các phòng ở các tầng trên của tòa nhà khỏi tiếng ồn trên đường nhiều hơn so với các phòng ở các tầng dưới? 2. Người ta biết rằng gỗ dẫn âm tốt hơn không khí. Tại sao cuộc trò chuyện diễn ra ở phòng bên cạnh lại bị bóp nghẹt khi cánh cửa gỗ dẫn vào phòng này đóng lại? 3. Tại sao gõ cửa mà không gõ vào tường thì âm thanh lại to hơn? 4. Năng lượng dao động của âm thanh khi âm thanh “đóng băng” sẽ đi đâu? 5. Tại sao buồng nhắc nhở được phủ nỉ? 6. Khi một dàn nhạc biểu diễn trong một hội trường lớn, âm nhạc sẽ phát ra khác nhau tùy thuộc vào việc hội trường có đông người hay không. Làm thế nào chúng ta có thể giải thích điều này? 7. Tổ tiên của chúng ta có thể nghe thấy tiếng vó ngựa lạch cạch từ xa bằng cách áp tai xuống đất. Tại sao âm thanh này không được nghe thấy trong không khí? 8. Tại sao trong sương mù, chẳng hạn như tiếng còi tàu hoặc tàu thủy lại được nghe ở khoảng cách xa hơn khi trời quang đãng? 9. Âm thoa dao động trong tay bạn phát ra âm thanh nhỏ, nhưng nếu bạn đặt chân của nó lên bàn thì âm lượng sẽ tăng lên. Tại sao? 10. Âm thoa “ồn ào” của bài toán trước đó có phát ra âm thanh dài hơn so với âm thoa “im lặng” không? 11. Làm thế nào để giải thích việc ở xa có thể nghe được giọng nói nhưng không thể hiểu được lời nói? 12. Những người tham gia thám hiểm Nam Cực khi đào đường hầm trong tuyết phải hét lên dù ở khoảng cách 5 mét. Tuy nhiên, khả năng nghe tăng lên rõ rệt khi các bức tường của đường hầm được nén chặt. Điều này được kết nối với cái gì? 13. Tại sao không có tiếng vang trong một căn phòng có kích thước bình thường? 14. Tại sao tiếng vang của âm thanh có âm vực cao, chẳng hạn như tiếng hét, thường to hơn và rõ ràng hơn âm thanh có âm vực thấp? 15. Một con dơi vô tình bay vào cửa sổ và có khi đậu vào đầu người. Tại sao? 16. Trong mô hình được mô tả trong hình “bộ sưu tập những lời thì thầm”, sóng âm thanh từ còi gây ra

nhấp nháy ngọn lửa của một ngọn nến đặt trên bức tường đối diện. Nhưng sự nhấp nháy sẽ dừng lại nếu một màn hình hẹp được đặt ở bên cạnh ngọn lửa và còi gần tường. Màn hình này đã chặn đường đi của âm thanh như thế nào? 17. Tại sao đôi khi “chùm” âm thanh của máy định vị hướng vào tàu ngầm từ khoảng cách ngắn nhưng lại không đến được nó?

Trải nghiệm vi mô Chia sẻ bánh quy giòn với bạn bè của bạn và bắt đầu cùng nhau gặm nhấm chúng. Bạn có cảm thấy mình gây ra nhiều tiếng ồn hơn người hàng xóm bên cạnh không? Tại sao?

Thật tò mò rằng… …các phương pháp chẩn đoán đã được biết đến từ lâu trong y học - gõ và nghe - đã tìm thấy ứng dụng trong việc phát hiện khuyết tật âm thanh, giúp xác định sự hiện diện của những điểm không đồng nhất trong nó bằng sự tán xạ và hấp thụ của tín hiệu âm thanh gửi vào môi trường đang nghiên cứu. …giải pháp cho hiệu ứng “bộ sưu tập những lời thì thầm” được mô tả trong bài toán 16 được Lord Rayleigh nổi tiếng tìm ra vào năm 1904 trong quá trình quan sát và thí nghiệm của ông tại Nhà thờ St. Paul ở London. Almost a hundred years later, this type of wave became the subject of research and application in optics, for example, for frequency stabilization of lasers or frequency conversion of a light beam. …sóng hạ âm bị suy giảm rất yếu trong khí quyển, đại dương và vỏ trái đất. Do đó, một nhiễu loạn tần số thấp mạnh do vụ phun trào núi lửa Krakatoa của Indonesia gây ra vào năm 1883 đã bay vòng quanh địa cầu hai lần. …với khoảng cách từ tâm chấn của vụ nổ hạt nhân, sóng xung kích chuyển thành sóng âm và sóng ngắn phân rã nhanh hơn sóng dài và ở khoảng cách lớn chỉ tồn tại dao động tần số thấp. Việc ghi lại các sóng hạ âm như vậy đã được đề xuất vào giữa những năm 50 của thế kỷ trước bởi viện sĩ I.K. Kikoin as a method for detecting nuclear explosions, which was subsequently successfully used to record tests conducted by the United States in the Pacific Ocean. … Việc phát minh ra điện thoại của Bell bắt nguồn từ quá trình nghiên cứu kỹ lưỡng về âm học và nhiều năm làm việc tại trường dành cho người câm điếc ở Boston, những trường này cũng có ý định sử dụng bộ khuếch đại âm thanh và các thiết bị do ông thiết kế để dạy hiểu lời nói. …the peculiarity of freshly fallen snow to absorb mainly high frequencies was noticed by the English physicist Tyndall, who combined acoustic and optical studies. Và Rayleigh, người đang tìm kiếm điều gì đó chung trong tất cả các quá trình dao động, đã có thể giải thích sự gia tăng âm sắc của tiếng vang trong rừng thông bằng cách tán xạ và phản xạ các sóng âm thanh ngắn bằng những chiếc kim mỏng tốt hơn so với những sóng âm thanh dài, như trong sự tán xạ ánh sáng trong khí quyển. …tại một trong những căn phòng của nhạc viện ở thành phố Adelaide của Úc, người ta không thể nghe thấy tiếng đàn piano đang được chơi - hội trường vang vọng rất chói tai và sắc nét. Họ đã tìm ra cách thoát khỏi tình trạng này bằng cách treo trên trần nhà vài dải vải chéo - vải cotton rộng nửa mét với bề mặt hoàn thiện đặc biệt cho phép nó hấp thụ âm thanh tốt. …rung động âm thanh có tần số 200–400 hertz, ở mức cường độ đủ cao, có thể che lấp rất mạnh hầu hết các tần số cao hơn. Ví dụ, giai điệu của đàn organ và âm trầm đôi có thể được nghe rõ ràng trong dàn nhạc, mặc dù âm lượng tương đối của chúng không vượt quá các nhạc cụ có âm vực cao như violin và cello. …nếu bạn “phát ra âm thanh” bằng còi báo động trên các đường ống vận chuyển hàng rời - bột mì, bụi than, quặng nghiền, thì thông lượng của chúng sẽ tăng lên. Những thiết bị như vậy được sử dụng tại các cảng để dỡ vật liệu dạng bột từ hầm tàu ​​chở hàng. Hạn chế duy nhất của họ là tiếng hú chói tai. …rung động tần số âm thanh có thể được sử dụng để làm khô nhiều loại vật liệu ở nhiệt độ tương đối thấp, bao gồm cả sự nóng lên cục bộ của chúng khi hấp thụ sóng âm. …siêu âm có khả năng “trộn” thủy ngân hoặc dầu với nước, nghiền các chất rắn thành bột trong sản xuất thuốc, khoan lỗ vuông trên kim loại, cắt và khoan thủy tinh và thạch anh, nối các vật liệu “không thể hàn” và nhiều điều tuyệt vời hơn nữa, nhưng than ôi, không thể tạo ra vũ khí siêu âm. Đặc thù của việc truyền và hấp thụ siêu âm dẫn đến sự suy giảm mạnh đến mức dù ở khoảng cách chỉ vài chục mét, nó vẫn truyền năng lượng đủ để chỉ hoạt động … một bóng đèn từ đèn pin.

Những gì cần đọc trong «Kvant» về sự truyền âm thanh

(xuất bản những năm gần đây) 1. “Kính vạn hoa «Kvant» – 2003, Số 1, trang 32, 2. “Âm thanh trong bọt” – 2004, Số 4, trang 12, 3. “Lời nói từ góc độ vật lý và toán học” – 2006, Số 6, trang 2, 4. “Cách các đại dương nói chuyện với nhau: âm học dưới nước” - 2006, Phụ lục số 6, trang 123; 5. “Thang logarit” – 2007, Số 2, trang 6; 6. “Vụ nổ” – 2007, Số 6, trang 5; Số 2, tr.7.

Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị