Thực Hành: Đo Tần Số Của Sóng Âm
Dao động kí điện tử, phương án thí nghiệm và cách đo tần số sóng âm bằng âm thoa
Bài toán mở đầu: Để chỉnh các dây đàn, ta có thể so sánh âm do đàn phát ra với âm phát ra từ âm thoa có tần số xác định. Vậy làm thế nào để kiểm tra tần số ghi trên âm thoa bằng dụng cụ thí nghiệm?
▸ Các tính năng cơ bản của dao động kí
- Đo cường độ của tín hiệu dao động điện.
- Đo tần số, chu kì, khoảng thời gian của tín hiệu dao động điện.
Khoảng tần số đo được phụ thuộc vào từng loại dao động kí.
▸ Các nút điều chỉnh chính
| Nút / Chế độ | Chức năng |
|---|---|
| TRIGGER | Chọn chế độ kích hoạt (thường để AUTO). |
| VOLTS/DIV | Điều chỉnh độ cao của tín hiệu (giá trị điện áp ứng với 1 ô theo phương đứng). |
| SEC/DIV | Điều chỉnh giá trị thời gian ứng với 1 ô theo phương ngang (quan trọng để đo chu kì). |
| Vertical Position | Điều chỉnh đồ thị tín hiệu lên / xuống. |
| AC / DC | Chọn dạng tín hiệu cần đo (xoay chiều / một chiều). |
▸ Cách sử dụng dao động kí
- Nối que đo vào chân cắm tín hiệu vào.
- Chọn dạng tín hiệu đo (AC hoặc DC).
- Nối dao động kí với bộ nguồn và bật công tắc.
- Dùng dây đo nối với đầu tín hiệu cần đo.
- Nhấn nút TRIGGER → chọn chế độ AUTO.
- Điều chỉnh VOLTS/DIV để có độ cao tín hiệu phù hợp.
- Điều chỉnh SEC/DIV để thấy rõ chu kì của tín hiệu.
- Dùng Vertical Position để điều chỉnh đồ thị lên/xuống cho dễ quan sát.
Trên màn hình dao động kí, tín hiệu hiện ra dạng hình sin. Để xác định tần số, ta cần:
- Đọc giá trị SEC/DIV – tức là khoảng thời gian ứng với 1 ô vuông theo phương ngang.
- Đếm số ô vuông giữa hai đỉnh sóng liên tiếp (hoặc giữa 2 đáy liên tiếp) → tính ra chu kì $T$.
- Áp dụng công thức $f = \dfrac{1}{T}$ để tính tần số.
($n$: số ô giữa 2 đỉnh; $\tau$: giá trị SEC/DIV)
• 1 ms = $10^{-3}$ s
• 1 μs = $10^{-6}$ s
▸ Dụng cụ thí nghiệm
| STT | Dụng cụ | Vai trò |
|---|---|---|
| (1) | Dao động kí điện tử và dây đo | Hiển thị tín hiệu dao động → đọc chu kì. |
| (2) | Micro | Thu sóng âm, chuyển thành tín hiệu điện. |
| (3) | Bộ khuếch đại tín hiệu | Khuếch đại tín hiệu từ micro đủ mạnh để dao động kí đọc được. |
| (4) | Âm thoa và búa cao su | Nguồn âm có tần số xác định (ghi trên âm thoa). |
| — | Giá đỡ, kẹp giữ âm thoa | Cố định âm thoa khi đo. |
▸ Nguyên lý đo
Vì sao tần số tín hiệu điện = tần số sóng âm?
Khi sóng âm tác động lên màng micro, màng micro dao động cùng tần số với sóng âm. Dao động cơ của màng micro được chuyển thành tín hiệu điện cùng tần số. Vì vậy tần số tín hiệu trên dao động kí bằng tần số dao động của âm thoa.
▸ Các bước tiến hành thí nghiệm
- Bố trí thí nghiệm như Hình 10.4.
- Đặt micro cách âm thoa khoảng 20 cm.
- Nối micro và bộ khuếch đại vào dao động kí; bật dao động kí.
- Đặt TRIGGER MODE ở chế độ AUTO; điều chỉnh VOLTS/DIV cho đến khi thấy sóng trên màn hình.
- Dùng búa cao su gõ nhẹ vào âm thoa.
- Xác định chu kì $T$ của sóng trên màn hình (đếm ô × SEC/DIV); ghi vào Bảng 10.1.
- Lặp lại bước 5–6 hai lần nữa (tổng 3 lần đo).
- Tính tần số $f = \dfrac{1}{T}$, lấy giá trị trung bình và sai số.
▸ Bảng kết quả thí nghiệm (Bảng 10.1)
| Đại lượng | Lần 1 | Lần 2 | Lần 3 | Trung bình |
|---|---|---|---|---|
| Chu kì $T$ (s) | $T_1$ | $T_2$ | $T_3$ | $\bar{T}$ |
| Tần số $f$ (Hz) | $f_1$ | $f_2$ | $f_3$ | $\bar{f}$ |
▸ Tính giá trị trung bình
▸ Tính sai số tuyệt đối
Kết quả phép đo được ghi dưới dạng: $T = \bar{T} \pm \overline{\Delta T}$ (đơn vị s).
▸ Sai số tương đối
Khi đại lượng cần tìm là tích hoặc thương của các đại lượng đo trực tiếp, ta dùng sai số tương đối:
$\dfrac{\Delta y}{y} = \dfrac{\Delta a}{a} + \dfrac{\Delta b}{b}$
▸ So sánh với giá trị ghi trên âm thoa
Sau khi tính được $\bar{f}$, ta so sánh với tần số ghi trên âm thoa $f_0$. Sai số tương đối giữa giá trị đo và giá trị thực:
Sai số $\% = \left|\dfrac{\bar{f} - f_0}{f_0}\right| \times 100\%$
Các nhạc cụ có thể phát ra các nốt nhạc cơ bản với tần số xác định. Tần số càng cao → âm càng cao (the thé); tần số càng thấp → âm càng trầm.
| Nốt nhạc (Kí hiệu) | Tần số (Hz) |
|---|---|
| Đô (C) | 262 |
| Rê (D) | 294 |
| Mi (E) | 330 |
| Pha (F) | 349 |
| Son (G) | 392 |
| La (A) | 440 |
| Si (B) | 494 |
Với các quãng tám khác nhau, tần số các nốt nhạc cũng có sự thay đổi (gấp đôi hoặc giảm một nửa khi đổi quãng tám).
Cùng luyện Bài 10 – Đo tần số sóng âm!
15 câu: 12 trắc nghiệm · 1 đúng/sai · 2 tự luận
Tuyệt vời!

Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn
