Sóng siêu âm là gì? | Tổng Kho Valve
Chúng ta thường nghe tới khái niệm sóng siêu âm hay âm thanh tần số siêu cao khi đề cập đến dơi hay cá heo. Đây được coi là một trong những phát hiện mang tính vĩ đại vì mang lại rất nhiều ứng dụng tuyệt vời cho hoạt động của con người. Vậy thì sóng siêu âm là gì? Chúng hoạt động ra sao và sử dụng cho các thiết bị gì?
Mục Lục
1. Sóng siêu âm là gì?
Sóng siêu âm là sự rung động được truyền qua môi trường, chẳng hạn như không khí, nước và kim loại. Đơn giản nó được định nghĩa là “âm thanh không nghe được với tần số cao đối với con người”, tần số thường vượt quá 20 kHz. Ngày nay, sóng âm thanh không dùng để nghe được còn được gọi là sóng siêu âm.
2. Sóng siêu âm được tạo ra như thế nào?
Sóng siêu âm có nhiều ứng dụng đáng kinh ngạc trong nhiều ngành khác nhau, từ khoa học y tế đến sản xuất. Không kém phần quan trọng trong số này là làm sạch bằng sóng siêu âm, sử dụng sóng âm siêu âm truyền qua chất lỏng để tạo ra các bong bóng tạo bọt làm sạch triệt để hơn dung môi và chà rửa đơn thuần.
Con người không thể nghe thấy sóng siêu âm, mặc dù một số loài động vật, chẳng hạn như dơi, có thể nghe thấy chúng. Tác động của chúng lên vật liệu và khả năng của chúng có thể trông giống như ma thuật, nhưng chúng là khoa học thuần túy. Không giống như các cách tạo âm thanh thông thường liên quan đến việc va chạm bề mặt, sóng siêu âm được tạo ra bằng cách sử dụng thiết bị điện rung với tần số cực cao.
Các tinh thể của vật liệu như thạch anh dao động rất nhanh khi có dòng điện chạy qua chúng. Một hiệu ứng được gọi là “áp điện”. Khi chúng rung động, chúng điều khiển không khí xung quanh và chất lỏng tiếp xúc. Từ đó tạo ra sóng siêu âm. Các thiết bị tạo ra sóng siêu âm sử dụng áp điện được gọi là đầu dò áp điện.
3. 10 tính chất quang trọng của sóng siêu âm là gì?
- Tính chất 1: Sóng siêu âm dao động ở tần số lớn hơn phạm vi có thể nghe được của con người (20 kilohertz).
- Tính chất 2: Chúng có bước sóng nhỏ hơn. Do đó, khả năng xuyên phá của chúng được đánh giá rất cao.
- Tính chất 3: Sóng siêu âm không thể di chuyển trong chân không.
- Tính chất 4: Là loại sóng truyền đi với tốc độ âm thanh trong môi trường. Chúng có vận tốc cực đại trong môi trường dày đặc hơn.
- Tính chất 5: Trong môi trường đồng chất, chúng chuyển động với vận tốc không đổi.
- Tính chất 6: Trong chất lỏng có độ nhớt thấp, sóng siêu âm tạo ra dao động.
- Tính chất 7: Chúng trải qua 3 hiện tượng cơ bản là phản xạ, khúc xạ và hấp thụ.
- Tính chất 8: Chúng có hàm lượng năng lượng cao. Chúng có thể được truyền đi trên một khoảng cách lớn mà không mất nhiều năng lượng.
- Tính chất 9: Chúng sinh ra nhiệt lượng rất lớn khi truyền qua các vật.
- Tính chất 10: Giống như sóng âm thanh, sóng siêu âm là sóng dọc tạo ra lực nén và những tác động hiếm thay thế.
4. Những ảnh hưởng của sóng siêu âm đến sức khỏe
Ảnh hưởng của sóng siêu âm là gì?
Người ta cho rằng âm thanh tần số cao và sóng siêu âm với cường độ đủ lớn có thể gây chấn thương cho thính giác và các ảnh hưởng khác. Âm thanh tần số cao gây ra hai loại ảnh hưởng đến sức khỏe. Một mặt ảnh hưởng khách quan đến sức khỏe như giảm thính lực trong trường hợp tiếp xúc kéo dài. Và mặt khác ảnh hưởng chủ quan có thể xảy ra sau vài phút. Điển hình như nhức đầu, ù tai, mệt mỏi, chóng mặt và buồn nôn. Tùy thuộc vào độ nhạy của mỗi người (điều này cũng liên quan đến tuổi tác) mà họ có thể đã trải qua những tác động chủ quan này ở mức âm thanh 75 dB.
Khi tiếp xúc kéo dài, siêu âm không nghe được cũng có thể làm giảm thính lực. Nếu sóng siêu âm quá mạnh, trong tai sẽ tạo ra các rung động có thể nghe được và có thể gây tổn thương thính giác.
Đối với dải tần sóng từ 16 đến 20 kHz, Ủy ban bức xạ không ion hóa quốc tế (INIRC / IRPA, 1984) và chính phủ Canada (1991) đã áp đặt giá trị giới hạn 75 dB cho mức áp suất âm thanh có phơi nhiễm nghề nghiệp. INIRC / IRPA cũng cung cấp một giá trị cho mức độ phơi nhiễm, cụ thể là 70 dB với 20 kHz. Việc tôn trọng những giới hạn này sẽ giúp bảo vệ con người khỏi những tác động chủ quan và khả năng mất thính giác do tiếp xúc kéo dài.
5. Các loại thiết bị có ứng dụng của sóng siêu âm
5.1. Các sản phẩm chống muỗi
Ngay khi nghiên cứu được sóng siêu âm là gì cũng như cách vận hành của nó, thì cách đây vài năm, thiết bị “Mosquito Mark II” của Công ty Hệ thống An ninh Hợp chất của Anh dùng để xua muỗi đã gây ra một sự chấn động khá lớn trên các phương tiện truyền thông. Thiết bị này đảm bảo rằng muỗi sẽ phải trải qua một cảm giác rất khó chịu, khiến chúng phải rời đi.
Hoạt động của loại sản phẩm này dựa trên thực tế là những người trẻ tuổi (đến 25 tuổi) có thính giác nhạy hơn với âm cao so với người lớn tuổi. Do đó, thiết bị hoạt động có chọn lọc: chỉ dùng với giới trẻ. Năm 2008, Hội đồng Y tế Cấp cao đã công bố một báo cáo tư vấn liên quan đến ảnh hưởng đến sức khỏe của âm thanh do thiết bị chống muỗi phát ra.
5.2. Thiết bị xua đuổi động vật
- Còi chó, mèo
Loại sản phẩm này dùng để huấn luyện chó mèo. Những loài động vật này có thể nghe thấy âm thanh có giới hạn tần số trên tương ứng là 45 và 65 kHz, vượt xa giới hạn trên của thính giác con người. Tín hiệu âm thanh do còi chó tạo ra, được mô tả là “con người khó nghe thấy nhưng chó lại nghe rõ”.
- Thiết bị chống tiếng chó sủa
Loại sản phẩm này tạo ra âm thanh tần số cao với tần số có thể thay đổi. Tín hiệu âm thanh sẽ tự động bật khi chó sủa và tắt ngay lập tức khi chó ngừng sủa. Theo nhà sản xuất, dưới tác động của thiết bị này, nơi tạo ra âm thanh mạnh và khó chịu cho chó thì con chó sẽ được dạy không sủa một cách tùy tiện.
- Thiết bị xua đuổi gặm nhấm
Giới hạn trên của thính giác của chuột thậm chí còn cao hơn (ở 80-100 kHz) so với thính giác của chó. Để có thể hoạt động có chọn lọc, các thiết bị này phải sử dụng tần số âm thanh lớn hơn 40 kHz. Trong thực tế, tần số được sử dụng nằm trong khoảng 25-40 kHz. Để tăng hiệu quả, loại thiết bị này sử dụng thêm các kích thích vật lý. Chẳng hạn như sóng điện từ, dao động cơ học và ánh sáng nhấp nháy.
- Thiết bị xua đuổi chim
Giới hạn trên của thính giác của chim khá thấp (2-10 kHz). Thiết bị xua đuổi chim sử dụng sóng âm thanh có tần số mà con người có thể nghe được.
5.3. Máy dò trộm: phát hiện chuyển động
Để phát hiện chuyển động, hệ thống báo động sử dụng âm thanh cực lớn. Nguyên lý hoạt động dựa trên hiệu ứng Doppler. Cách hiệu ứng này ứng dụng sóng siêu âm là gì? Giải thích đơn giản là khi hiệu ứng hoạt động, một sóng âm siêu thanh sẽ được truyền đi. Sóng này phản xạ lại tất cả các đối tượng trong môi trường của máy phát và được máy thu ghi nhận. Nếu sóng âm thanh bị phản xạ bởi một vật chuyển động, tần số của nó sẽ thay đổi (do hiệu ứng Doppler). Bộ thu phát hiện sự thay đổi này, dẫn đến kích hoạt báo động đèn hoặc còi báo động tắt. Trong hệ thống báo động, các cơ chế phát hiện khác ngoài sóng siêu âm có thể được áp dụng. Ví dụ: ánh sáng hồng ngoại hoặc sóng vô tuyến.
5.4. Điều khiển từ xa
Các hệ thống này sử dụng tần số âm thanh trên 25 kHz. Tần số càng cao thì phép đo càng chính xác. Trong đó, tần số 40 kHz thường được nhắc đến nhiều nhất. Người ta sử dụng loại thiết bị này trong nhiếp ảnh, đo độ sâu, làm radar đỗ xe. Một giải pháp thay thế là sử dụng phép đo laser. Đối với các ứng dụng dưới nước cần điều hướng và khác nhau bằng sóng siêu âm, âm thanh cực lớn là hữu ích nhất. Đối với điều khiển từ xa cũng có thể sử dụng tia hồng ngoại.
6. Lời kết
Để có những trải nghiệm với thiết bị sóng siêu âm phù hợp, người sử dụng nên có hiểu biết cơ bản về loại sóng tần số siêu cao này. Vì vậy, Tổng Kho Valve mong rằng đã cung cấp được các thông tin hữu ích tới cho bạn đọc.
