Tìm hiểu và giải thích vì sao tai con người có thể nghe được những âm thanh to nhỏ khác nhau?

Thính giác là một trong năm giác quan. Đây là khả năng tiếp thu âm thanh bằng cách phát hiện các dao động qua một cơ quan ví dụ như tai. "Khiếm thính" hay "điếc" là khi không có khả năng nghe.

Ở con người và các động vật có xương sống khác, việc nghe được thực hiện chủ yếu bởi hệ thính giác: các dao động được tai phát hiện và chuyển thành các xung thần kinh mà bộ não thu nhận. Cũng như xúc giác, thính giác đòi hỏi sự nhạy cảm đối với chuyển động của các phân tử trong thế giới bên ngoài cơ thể. Cả thính giác và xúc giác đều là các loại cảm giác cơ học [mechanosensation][1]

Không phải mỗi loài động vật đều nghe được tất cả các loại âm thanh. Mỗi loài có một khoảng nghe được của độ to [cường độ] và độ cao [tần số] của âm thanh. Nhiều động vật sử dụng âm thanh để giao tiếp với nhau, đối với các loài này, thính giác có vai trò đặc biệt quan trọng cho việc sống còn và sinh sản.

Con người có thể nghe được các tần số âm thanh trong khoảng từ 16 Hz đến 20.000 Hz.[2] Âm thanh với tần số cao hơn được gọi là siêu âm, thấp hơn là hạ âm. Một số loài dơi phát sóng siêu âm và nghe phản xạ để xác định địa hình và chướng ngại vật trong khi bay. Chó có thể nghe được siêu âm, đó chính là nguyên tắc hoạt động của còi chó mà con người không nghe thấy tiếng. Rắn nghe được hạ âm bằng bụng. Cá voi, hươu cao cổ và voi giao tiếp bằng sóng hạ âm.

Hệ thống thính giác ngoại vi chịu trách nhiệm về các quá trình sinh lý của thính giác. Đây là những quy trình cho phép tiếp nhận những âm thanh và chuyển đổi nó thành các xung điện có thể được gửi đến não thông qua các dây thần kinh thính giác.

Thính giác ngoại vi là tai. Tai của con người được chia thành ba phần:

• Tai ngoài, là các kênh năng lượng âm thanh.
• Tai giữa, trong đó chuyển đổi năng lượng âm thanh thành năng lượng cơ học, truyền - và khuếch đại đến tai trong.
• Tai trong, thực hiện công việc chuyển đổi cuối cùng của năng lượng cơ học thành các xung điện.

Hệ thống thính giác trung tâm bao gồm: 30.000 tế bào thần kinh được tạo thành dây thần kinh thính giác và truyền xung điện để não để xử lý, và vùng bộ não dành riêng cho việc xử lý tín hiện. Thông qua các dây thần kinh thính giác, não nhận được thông tin có chứa kiểu mẫu đặc trưng của mỗi âm thanh và so sánh với những khác biệt được lưu trữ trong bộ nhớ [kinh nghiệm quá khứ] để nhận dạng chúng. Mặc dù các thông tin nhận được không tương ứng với các thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ, bộ não cũng cố gắng để thích ứng với một mô hình được biết đến với những người xem xét mà bạn mong muốn. Nếu nó không thể tìm thấy một mô hình tương tự như thông tin nhận được, bộ não có hai lựa chọn: nó từ chối hoặc lưu trữ. Nếu lưu trữ, sẽ tạo ra một mô hình mới có thể được so sánh.

• Decibel

1. ^ Kung C. [2005 Aug 4]. “A possible unifying principle for mechanosensation”. Nature. 436 [7051]: 647–654. Kiểm tra giá trị ngày tháng trong: |date= [trợ giúp]
2. ^ “Frequency Range of Human Hearing”. The Physics Factbook.

Âm thanh là các dao động cơ học [biến đổi vị trí qua lại] của các phân tử, nguyên tử hay các hạt làm nên vật chất và lan truyền trong vật chất như các sóng. Âm thanh, giống như nhiều sóng, được đặc trưng bởi tần số, bước sóng, chu kỳ, biên độ và vận tốc lan truyền [tốc độ âm thanh].

Đối với thính giác của người, âm thanh thường là sự dao động, trong dải tần số từ khoảng 16 Hz đến khoảng 20 000 Hz, của các phân tử không khí, và lan truyền trong không khí, va đập vào màng nhĩ, làm rung màng nhĩ và kích thích bộ não. Tuy nhiên âm thanh có thể được định nghĩa rộng hơn, tuỳ vào ứng dụng, bao gồm các tần số cao hơn hay thấp hơn tần số mà tai người có thể nghe thấy, không chỉ lan truyền trong không khí mà còn truyền trong bất cứ vật liệu nào. Trong định nghĩa rộng này, âm thanh là sóng cơ học và theo lưỡng tính sóng hạt của vật chất, sóng này cũng có thể coi là dòng lan truyền của các hạt phonon, các hạt lượng tử của âm thanh.

Cả tiếng ồn và âm nhạc đều là các âm thanh. Trong việc truyền tín hiệu bằng âm thanh, tiếng ồn là các dao động ngẫu nhiên không mang tín hiệu.

Các vật có thể phát ra âm thanh được gọi là nguồn âm. Trong quá trình phát ra âm thanh, các nguồn âm đều dao động

Tần số là số dao động mà nguồn âm có thể thực hiện được trong 1 giây. Đơn vị tần số là Hertz. Tần số âm được xem là đại lượng quan trọng nhất của âm thanh.

Cường độ âm [I] là năng lượng được sóng âm truyền qua mỗi đơn vị diện tích được đặt vuông góc với phương truyền sóng trong mỗi đơn vị thời gian. Đơn vị đo cường độ âm là W/m²
Gọi I0 là cường độ âm vừa đủ có thể nghe được [gọi là cường độ âm chuẩn]. Khi đó biểu thức L = log ⁡ I I 0 {\displaystyle L=\log {\frac {I}{I_{0}}}}   được gọi là Mức cường độ âm. Trong hệ SI, đơn vị đo mức cường độ âm là Ben [B], tuy nhiên trong thực tế, người ta thường dùng đơn vị dexiben[dB] do giá trị của đại lượng này khá nhỏ.

Đồ thị dao động âm là tập hợp các đồ thị dao động của tất cả các họa âm trong cùng một nhạc âm.

Đặc trưng sinh lý

Cảm giác mà âm thanh gây ra cho cơ quan thính giác không chỉ phụ thuộc vào các đặc trưng vật lý của âm thanh đó mà còn phụ thuộc vào sinh lý của tai. Tai người phân biệt được các âm thanh khác nhau là do các đặc trưng sinh lý của âm thanh.

Các đặc trưng sinh lý bao gồm: độ cao, độ to và âm sắc. Mỗi đặc trưng sinh lý phụ thuộc vào 1 đặc trưng vật lý nhất định

Môi trường các chất rắn, chất lỏng và chất khí đều có thể truyền được âm thanh. Khi các nguồn âm dao động, các hạt cấu tạo nên chất đó cũng dao động khiến âm thanh được truyền đi

Âm thanh không thể truyền trong chân không vì trong chân không có các hạt không được cấu tạo liên kết với nhau.

Vận tốc âm thanh truyền qua các chất lỏng luôn lớn hơn các chất khí và nhỏ hơn các chất rắn.

Khi gặp các mặt chắn, các âm thanh luôn bị phản xạ nhiều hoặc ít.

Âm thanh phản xạ sau âm thanh trực tiếp ít nhất khoảng 1/15 giây được gọi là tiếng vang,

Những vật cứng, có bề mặt nhẵn thì phản xạ âm tốt.

Những vật mềm, xốp, bề mặt gồ ghề thì phản xạ âm kém.

• Âm học
• Âm nhạc
• Phonon
• Sóng dọc
• Vận tốc âm thanh

Nhà xuất bản Giáo dục - Bộ Giáo dục và Đào tạo - Sách giáo khoa Vật Lý 7

Nhà xuất bản Giáo dục - Bộ Giáo dục và Đào tạo - Sách giáo khoa Vật Lý 11

Nhà xuất bản Giáo dục - Bộ Giáo dục và Đào tạo - Sách giáo khoa Vật Lý 11 Nâng cao

• HyperPhysics: Sound and Hearing