Vô tuyến điện đại cương - Chương 7: Âm học

VÔ TUYẾN ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG TS. Ngô Văn Thanh Viện Vật Lý Hà Nội - 2016 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 2 Tài liệu tham khảo [1] David B. Rutledge, The Electronics of Radio (Cambridge University Press 1999). [2] Dennis L. Eggleston, Basic Electronics for Scientists and Engineers (Cambridge University Press 2011). [3] Jon B. Hagen, Radio-Frequency Electronics: Circuits and Applications (Cambridge University Press 2009). [4] Nguyễn Thúc Huy (1998), Vô tuyến điện tử, NXB KHKT [5] Đỗ Xuân Thụ, Nguyễn Đức Nhuận (1990), Kỹ thuật điện tử, NXB KHKT [6] Phạm Văn Đương (2004), Cơ sỡ kỹ thuật khuếch đại, NXB KHKT Website : Email : nvthanh@iop.vast.ac.vn Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 3 CHƯƠNG 7. ÂM HỌC 1. Các phương trình âm thanh 2. Thính giác 3. Âm che 4. Điện áp rms Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 4 1. Các phương trình âm thanh  Equations of Sound  Sóng âm thanh là các sóng nén  Định nghĩa  Áp suất của sóng âm == điện áp  Vận tốc trung bình == dòng điện  Xét tác động của âm thanh lên không khí  Áp suất của âm thanh :  Xét khoảng cách bé  Độ lệch áp suất giữa hai tiết diện :  Do sự thay đổi áp suất nên các mặt tiết diện sẽ dịch chuyển có gia tốc  Định luật II của Newton  Khối lượng của tiết diện : • là mật độ thể tích của không khí (khối lượng trên một đơn vị thể tích).  Ta có phương trình • U : vận tốc dịch chuyển của tiết diện Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 5 1. Các phương trình âm thanh  Phương trình truyền thông thứ nhất  Các đại lượng tương đương  Xét trường hợp 2 tiết diện dịch chuyển với vận tốc khác nhau  Dẫn đến độ dài thay đổi theo thời gian • Xét khoảng cách bé, ta có  Mặt khác, ta có biểu thức liên hệ cho chất khí • Hằng số thực nghiệm tại nhiệt độ phòng, áp suất 1 at :  Phương trình truyền thông thứ hai Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 6 1. Các phương trình âm thanh  Vận tốc âm thanh  Đơn vị đo  Áp suất : pascal (Pa) = 1 newton (N) / 1 m2 • Áp suất tại nhiệt độ phòng, và tại mức nước biển : 101 kPa  Mật độ  : kg/m3 • Mật độ của không khí tại nhiệt độ phòng, và tại mức nước biển : 1.2 kg/m3  Vận tốc âm thanh : 344 m/s  rất chậm so với vận tốc sóng vô tuyến  Bước sóng :  Trở kháng đặc trưng  Âm thanh tuân theo các biểu thức về phản xạ giống như sóng truyền thông  Mật độ công suất • Đơn vị : Watt/m2  Cường độ âm thanh biểu diễn qua mức áp suất âm thanh: Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 7 2. Thính giác  Hearing Loại âm thanh Âm lượng Độ lớn âm thanh Mật độ công suât Lá xao xác Có thể nghe thấy 10 dB 10 pW/m2 Phòng thu âm “ 20 dB 100 pW/m2 Phòng ngủ ban đêm Yên tĩnh 30 dB 1 nW/m2 Phòng khách “ 40 dB 10 nW/m2 Giảng đường Vừa phải 50 dB 100 nW/m2 Đàm thoại (1m) “ 60 dB 1 W/m2 Tiếng xe tải Ồn ào 70 dB 10 W/m2 Đường phố “ 80 dB 100 W/m2 Xe tải lớn Rất ồn ào 90 dB 1 mW/m2 Tiếng hét (1m) “ 100 dB 10 mW/m2 Tiếng búa, khoan Rất khó chịu 110 dB 100 mW/m2 Máy bay cất cánh “ 120 dB 1 W/m2 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 8 2. Thính giác  Dải tần số nghe thấy: 20 Hz – 15 kHz  Đánh giá độ thính tai: có thể nghe được tần số < 500 Hz  Khả năng nghe giảm theo tuổi tác • Mỗi năm giảm 1 dB  Âm lượng được biểu diễn theo đơn vị phon. Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 9 3. Âm che Masking  Tỷ số công suất = tỷ số giữa tín hiệu và nhiễu  Tín hiệu Morse : là chuỗi các xung ngắn (tích) và các xung dài (tà)  Tần số của xung = 620-Hz  Tai người nghe có thể loại bỏ nhiễu nếu như tín hiệu nhiễu nằm ngoài dải tần  Không phân biệt được tín hiệu âm thanh và nhiễu nếu tần số nhiễu ~ 620-Hz  Miền tần số này gọi là dải tần tới hạn (critical bandwidth)  Nhiễu nằm trong dải tần tới hạn được gọi là âm che (masking)  Điều kiện: công suất của nhiễu có độ lớn cùng cỡ với công suất của tín hiệu  Ví dụ : tần số nhiễu ~ 1200-Hz • Tín hiệu âm thanh vẫn có thể thu được nếu như mức áp suất âm  57 dB Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 10 4. Điện áp rms  rms Voltages  rms = root-mean-square : được sử dụng trong các dụng cụ đo điện ap AC  Định nghĩa :  Xét điện áp có dạng:  Chú ý :  Ta có :  rms của điện áp được sử dụng rất thuận lợi đối với các sóng có đỉnh (peak) không tường minh.  Công suât trung bình :  Điện áp rms còn được gọi là điện áp hiệu dụng