Tiếng vang được hình thành như thế nào? Bí ẩn của âm thanh phản xạ

Tiếng vang không chỉ là một hiện tượng âm thanh thú vị mà còn là minh chứng cho các định luật vật lý cơ bản về sóng âm. Vậy tiếng vang được hình thành như thế nào? Từ những vách núi đá hiểm trở đến những không gian kiến trúc đặc biệt, tiếng vang luôn mang đến cảm giác tò mò và đôi khi là kinh ngạc. Hãy cùng chúng tôi khám phá sự ra đời của tiếng vang và những điều kiện cần có để nó xuất hiện nhé!

Khái niệm tiếng vang 

Để hiểu rõ tiếng vang được hình thành như thế nào, trước hết chúng ta cần nắm vững khái niệm tiếng vang. Tiếng vang là hiện tượng âm thanh phản xạ trở lại tai người nghe sau khi âm thanh gốc đã được phát ra và đã kết thúc. Nói cách khác, đó là sự lặp lại của âm thanh gốc do sóng âm va chạm vào một bề mặt và dội ngược lại.

Điều quan trọng nhất để phân biệt tiếng vang với các hiện tượng âm thanh khác là sự trễ về thời gian. Bạn nghe thấy tiếng vang sau khi âm thanh gốc đã dứt, như thể có ai đó đang lặp lại lời bạn nói. 

Tiếng vang được hình thành bởi sự gì? Nguyên lý phản xạ âm

Vậy tiếng vang được hình thành bởi sự gì? Câu trả lời chính là sự phản xạ của sóng âm.

Khi bạn tạo ra một âm thanh, chẳng hạn như tiếng nói hoặc tiếng vỗ tay, sóng âm sẽ truyền đi trong không gian. Nếu sóng âm này gặp một vật cản đủ lớn và cứng (như vách núi, bức tường, trần nhà, mặt nước,...) thì một phần năng lượng của sóng âm sẽ bị hấp thụ bởi vật cản đó, nhưng một phần lớn sẽ bị phản xạ trở lại.

Tương tự như khi bạn ném một quả bóng vào tường và nó bật trở lại, sóng âm cũng làm như vậy. Sóng âm phản xạ này tiếp tục truyền trong không gian và nếu chúng đi đến tai bạn sau khi âm thanh gốc đã tắt, bạn sẽ nghe thấy tiếng vang.

Sự khác biệt giữa tiếng vang và âm vọng (reverberation)

Nhiều người thường nhầm lẫn tiếng vang với âm vọng. Mặc dù cả hai đều liên quan đến sự phản xạ âm thanh, nhưng có một điểm khác biệt cốt lõi:

• Tiếng vang (Echo): Là sự lặp lại rõ ràng, riêng biệt của âm thanh gốc. Bạn có thể nghe thấy từng âm tiết, từng từ được lặp lại. Điều này xảy ra khi thời gian từ lúc âm thanh gốc phát ra đến lúc âm phản xạ đến tai đủ dài để não bộ phân biệt được hai âm thanh riêng biệt.
• Âm vọng (Reverberation): Là hiện tượng âm thanh phản xạ lặp đi lặp lại rất nhanh và chồng chéo lên nhau, khiến âm thanh nghe như kéo dài ra, vang vọng nhưng không rõ từng tiếng riêng biệt. Điều này xảy ra trong những không gian nhỏ hơn, nơi sóng âm phản xạ đến tai quá nhanh, khiến não bộ không thể phân biệt từng âm phản xạ riêng lẻ mà chỉ cảm nhận được sự kéo dài của âm thanh gốc.

Điều kiện hình thành tiếng vang: Khoảng cách và vật cản

Để tiếng vang xuất hiện một cách rõ ràng, cần có những điều kiện hình thành tiếng vang nhất định:

Khoảng cách tối thiểu từ nguồn âm đến vật cản

Đây là điều kiện quan trọng nhất. Tai người có khả năng phân biệt hai âm thanh riêng biệt nếu chúng cách nhau một khoảng thời gian tối thiểu khoảng 0.07 giây (hoặc 1/15 giây).

Giả sử tốc độ truyền âm trong không khí là v=340 m/s (trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn). Để âm thanh đi từ nguồn phát đến vật cản và phản xạ trở lại tai, nó phải đi được quãng đường 2d, trong đó d là khoảng cách từ nguồn âm đến vật cản.

Để nghe thấy tiếng vang rõ ràng, vật cản phản xạ âm phải cách nguồn âm ít nhất khoảng 11.9 mét (gần 12 mét). Nếu khoảng cách ngắn hơn, bạn sẽ chỉ nghe thấy âm vọng chứ không phải tiếng vang riêng biệt.

>>> Xem chi tiết: Cầu vồng được hình thành như thế nào

Bề mặt phản xạ đủ lớn và cứng

Vật cản phải có diện tích đủ lớn để phản xạ được một lượng sóng âm đáng kể. Đồng thời, bề mặt của vật cản cần phải cứng và nhẵn để ít hấp thụ âm thanh. Các bề mặt lý tưởng để tạo ra tiếng vang là:

• Vách núi đá lớn: Thường thấy trong thung lũng, hang động.
• Tường bê tông, gạch: Ví dụ như trong các đường hầm, giếng sâu, hoặc các căn phòng trống.
• Mặt nước rộng và tĩnh lặng: Có thể phản xạ âm tốt.

Các vật liệu mềm (như rèm cửa, thảm, mút xốp) hoặc vật liệu có bề mặt không đều sẽ hấp thụ âm thanh tốt hơn là phản xạ, do đó không tạo ra tiếng vang rõ rệt.

Không gian ít vật cản khác

Để âm thanh phản xạ không bị phân tán hoặc hấp thụ bởi các vật thể khác, không gian xung quanh cần tương đối trống trải. Đó là lý do bạn dễ nghe thấy tiếng vang trong một căn phòng trống hơn là một căn phòng đầy đồ đạc.

Tiếng vang trong rừng đêm 

Bạn có bao giờ nghe kể về tiếng vang trong rừng đêm không? Mặc dù rừng thường có nhiều cây cối và lá cây hấp thụ âm thanh, nhưng trong một số điều kiện nhất định, tiếng vang vẫn có thể xuất hiện:

• Địa hình đặc biệt: Nếu có những vách đá, hang động hoặc thung lũng sâu trong rừng, chúng có thể tạo ra các bề mặt phản xạ cần thiết.
• Mật độ cây cối: Trong những khu rừng thưa, hoặc khi âm thanh được phát ra ở một khoảng không trống trải giữa các cụm cây lớn, sóng âm có thể truyền đi xa và tìm thấy vật cản phù hợp.
• Âm thanh mạnh: Một âm thanh đủ lớn và rõ ràng (như tiếng hét, tiếng súng) sẽ có năng lượng đủ để truyền đi xa và tạo ra tiếng vang, ngay cả trong môi trường có nhiều vật cản hấp thụ âm.

Thực tế, tiếng vang thường ít phổ biến trong rừng rậm do tán lá và thân cây hấp thụ và phân tán âm thanh mạnh mẽ. Khi nghe tiếng vang trong rừng, đó thường là do địa hình cụ thể hoặc tính chất đặc biệt của âm thanh.

Ứng dụng của hiện tượng tiếng vang

Việc hiểu sự hình thành tiếng vang không chỉ là kiến thức khoa học mà còn có nhiều ứng dụng thực tế:

• Đo độ sâu: Tiếng vang được dùng trong các thiết bị đo độ sâu đáy biển (sonar), đo khoảng cách trong lòng đất. Bằng cách phát sóng âm và đo thời gian sóng âm phản xạ trở lại, người ta có thể tính toán được khoảng cách.
• Thiết kế âm học: Trong kiến trúc, đặc biệt là các phòng hòa nhạc, rạp hát, người ta phải tính toán cẩn thận để tránh tiếng vang không mong muốn (gây nhiễu) nhưng vẫn duy trì âm vọng phù hợp để tăng chất lượng âm thanh.
• Khám phá: Dơi và một số loài động vật biển (như cá heo) sử dụng tiếng vang (sóng siêu âm) để định vị vật cản, tìm kiếm thức ăn và di chuyển trong bóng tối.
• Y học: Công nghệ siêu âm (ultrasound) trong y học cũng dựa trên nguyên lý phản xạ sóng âm để tạo ra hình ảnh bên trong cơ thể.

>>> Đọc thêm tại đây: Hồ ba bể được hình thành như thế nào

Kết luận 

Tiếng vang, một hiện tượng tưởng chừng đơn giản, lại là kết quả của một quá trình vật lý rõ ràng: sóng âm gặp vật cản và phản xạ trở lại. Hiểu tiếng vang được hình thành như thế nào giúp chúng ta không chỉ giải thích được những âm thanh kỳ lạ trong tự nhiên mà còn thấy được ứng dụng rộng rãi của nguyên lý phản xạ âm trong khoa học và đời sống. Lần tới khi bạn nghe thấy tiếng vang, hãy nhớ rằng đó là lời "hồi đáp" của không gian dành cho âm thanh của bạn!