[Giải đáp] Sóng âm là sóng ngang hay sóng dọc?

Sóng âm là phần quan trọng trong cuộc sống, giúp con người giao tiếp, thưởng thức âm nhạc, phát hiện vật thể dưới nước và nhiều ứng dụng khác. Tuy nhiên, nhiều người vẫn còn thắc mắc: Sóng âm là sóng ngang hay sóng dọc? Hãy cùng tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây nhé!

Sóng âm là gì?

Sóng âm (Sound wave) là sự lan truyền dao động cơ học của các phân tử vật chất trong môi trường (rắn, lỏng hoặc khí). Khi một vật dao động, nó tạo ra vùng nén và dãn liên tục, khiến các phân tử xung quanh cũng dao động theo — đó chính là quá trình hình thành sóng âm.

• Nguồn phát âm: vật thể dao động (dây đàn, màng loa, dây thanh quản…)
• Môi trường truyền âm: không khí, chất rắn, chất lỏng
• Không truyền được trong chân không, vì sóng âm cần môi trường vật chất để lan truyền.

Ví dụ: Khi bạn gõ vào bàn, âm thanh truyền qua gỗ và không khí để tai nghe được rung động đó.

Sóng âm là sóng ngang hay sóng dọc?

Sóng âm là sóng dọc, không phải sóng ngang.

Ở sóng dọc, dao động của các phần tử vật chất song song với phương truyền sóng. Khi nguồn âm rung, nó tạo ra các vùng nén (phân tử gần nhau) và dãn (phân tử xa nhau) lan truyền trong không gian.

Ngược lại, sóng ngang có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng (ví dụ: sóng ánh sáng, sóng trên mặt nước).

Vì vậy:

• Trong không khí, sóng âm chỉ là sóng dọc.
• Trong chất rắn, sóng âm có thể truyền dưới dạng cả sóng dọc và sóng ngang, tùy theo hướng dao động của các phần tử.

Phân loại sóng âm

Bên trên là câu trả lời cho Sóng âm là sóng ngang hay sóng dọc? Vậy sóng âm được phân loại như thế nào. Sóng âm trong tự nhiên vô cùng đa dạng. Dựa trên tần số dao động (số lần dao động trong 1 giây) và khả năng cảm nhận của tai người, sóng âm được chia thành ba loại chính: hạ âm, âm nghe được và siêu âm. Mỗi loại có đặc điểm vật lý riêng, dẫn đến các ứng dụng khác nhau trong đời sống và khoa học kỹ thuật.

Hạ âm (Infrasound)

Hạ âm là loại sóng âm có tần số thấp hơn 20 Hz, nghĩa là thấp hơn ngưỡng nghe của tai người. Tuy không thể nghe được bằng tai thường, nhưng hạ âm lại có khả năng truyền đi rất xa do bước sóng dài và năng lượng ít bị tiêu hao trong quá trình lan truyền.

• Dao động chậm, tần số cực thấp.
• Có khả năng xuyên qua vật cản và lan truyền trong đất, nước, không khí.
• Không gây cảm giác “nghe thấy” mà thường được cảm nhận qua rung động.

Ứng dụng của hạ âm:

• Dự báo thiên tai: Hạ âm được tạo ra từ núi lửa, sóng thần, hoặc động đất nên các trạm quan trắc có thể phát hiện để cảnh báo sớm.
• Nghiên cứu động vật: Một số loài như voi hoặc cá voi sử dụng hạ âm để giao tiếp trong khoảng cách rất xa.
• An ninh và quân sự: Dùng để theo dõi các vụ nổ hoặc thử nghiệm hạt nhân dưới lòng đất.

Âm thanh nghe được (Audible sound)

Âm thanh nghe được là loại sóng âm có tần số từ 20 Hz đến 20.000 Hz (20 kHz) — đây là dải tần mà tai người có thể cảm nhận được. Mỗi người có khả năng nghe khác nhau, thường giảm dần theo tuổi.

• Có biên độ và tần số phù hợp để kích thích màng nhĩ, tạo cảm giác âm thanh.
• Dải tần thấp (20–250 Hz) cho âm trầm, tần số cao (>4.000 Hz) cho âm bổng.
• Là dạng sóng phổ biến nhất trong đời sống hằng ngày.

Ứng dụng của âm nghe được:

• Giao tiếp và ngôn ngữ: Giúp con người trao đổi, truyền đạt thông tin.
• Âm nhạc và giải trí: Là nền tảng của nhạc cụ, loa, micro, hệ thống âm thanh.
• Thông báo, cảnh báo: Dùng trong còi xe, chuông báo, tín hiệu âm thanh.

Siêu âm (Ultrasound)

Siêu âm là loại sóng có tần số lớn hơn 20.000 Hz, vượt ngưỡng nghe của con người. Dù không thể nghe được, nhưng siêu âm lại có năng lượng cao và độ định hướng mạnh, nên được ứng dụng rất rộng rãi.

• Bước sóng ngắn, dễ phản xạ khi gặp vật cản.
• Có khả năng xuyên qua vật thể mỏng, cho phép phân tích cấu trúc bên trong.
• Cường độ có thể điều chỉnh để phù hợp cho từng ứng dụng.

Ứng dụng của siêu âm:

• Y học: Dùng trong siêu âm chẩn đoán, giúp quan sát cơ quan nội tạng hoặc thai nhi mà không gây hại.
• Công nghiệp: Dùng để kiểm tra khuyết tật vật liệu, làm sạch bằng sóng siêu âm, hoặc đo độ sâu biển.
• Sinh học: Dơi, cá heo và một số động vật biển sử dụng siêu âm để định vị và săn mồi.

Đặc trưng vật lý và sinh lý của sóng âm

Sóng âm không chỉ là hiện tượng dao động trong không khí hay vật chất, mà còn là nguồn gốc của mọi trải nghiệm thính giác của con người.
Để hiểu rõ bản chất của âm thanh, ta cần xem xét sóng âm dưới hai góc độ: vật lý (những đại lượng đo được) và sinh lý (cảm nhận của tai người).

Đặc trưng vật lý của sóng âm

Đặc trưng vật lý của sóng âm là những đại lượng có thể đo lường được bằng các thiết bị khoa học, phản ánh tính chất dao động của nguồn âm và sự lan truyền của sóng âm trong môi trường.

Các đặc trưng vật lý cơ bản bao gồm:

Tần số (f)

Tần số là số dao động toàn phần của nguồn âm trong một giây, đơn vị đo là Hertz (Hz). Trong đó, T là chu kỳ dao động (s).

f = 1 / T

Trong đó, T là chu kỳ dao động (s).

• Ý nghĩa: Tần số quyết định độ cao của âm thanh – âm có tần số cao thì nghe bổng, tần số thấp thì nghe trầm.
• Ví dụ:
  • Âm trầm của đàn bass: ~60–200 Hz
  • Giọng nói con người: ~100–400 Hz
  • Âm thanh của còi báo động: có thể lên tới vài nghìn Hz

Biên độ (A)

Biên độ (A) là độ lệch lớn nhất của dao động so với vị trí cân bằng. Đơn vị mét (m) hoặc đơn vị tương ứng trong dạng sóng. Biên độ quyết định độ to – nhỏ (cường độ) của âm thanh. Âm có biên độ càng lớn thì càng to và ngược lại.

Ví dụ: Khi bạn nói to, dây thanh quản dao động mạnh (biên độ lớn), tạo âm thanh có cường độ cao.

Bước sóng (λ)

Bước sóng (λ) là khoảng cách giữa hai điểm gần nhất dao động cùng pha trên phương truyền âm. Bước sóng càng dài thì tần số càng thấp, âm càng trầm; ngược lại bước sóng ngắn cho âm bổng.

λ = v / f

Trong đó:

• v là vận tốc truyền âm (m/s)
• f là tần số (Hz)

Ví dụ: Âm trầm có bước sóng dài → lan xa hơn, dễ xuyên qua tường hoặc vật cản.

Vận tốc truyền âm (v)

Vận tốc truyền âm (v) là tốc độ lan truyền của dao động âm trong môi trường.

v = λ × f

Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào bản chất môi trường, cụ thể:

Môi trường	Vận tốc trung bình (m/s)
Không khí (20°C)	~343
Nước	~1.480
Thép	~5.000

Ví dụ: Khi bạn nhìn thấy tia sét trước rồi mới nghe tiếng sấm, đó là vì ánh sáng truyền nhanh hơn âm thanh trong không khí.

Đặc trưng sinh lý của sóng âm

Nếu đặc trưng vật lý mô tả “cách âm thanh tồn tại trong thế giới vật chất”, thì đặc trưng sinh lý lại thể hiện “cách con người cảm nhận và đánh giá âm thanh đó”.

Các đặc trưng sinh lý không thể đo trực tiếp bằng thiết bị mà được liên hệ gián tiếp qua các đại lượng vật lý:

Đặc trưng sinh lý	Tương ứng vật lý	Ý nghĩa / Cảm nhận của con người
Độ cao của âm	Tần số (f)	Quyết định âm trầm hay bổng. Âm tần số cao (như tiếng chim hót) nghe bổng, tần số thấp (như tiếng trống) nghe trầm.
Độ to của âm	Biên độ (A), Cường độ âm	Thể hiện âm mạnh hay yếu. Âm có biên độ lớn gây cảm giác to, biên độ nhỏ thì âm nhỏ.
Âm sắc	Dạng sóng, phổ tần số	Là “chất riêng” giúp phân biệt giọng nói, nhạc cụ hoặc nguồn âm khác nhau dù cùng cao độ và cường độ.

Công thức tính sóng âm

Công thức cơ bản của sóng âm:

v = λ × f

Trong đó:

• v: vận tốc truyền âm (m/s)
• λ: bước sóng (m)
• f: tần số âm (Hz)

Ví dụ:
Nếu sóng âm có tần số 1.000 Hz và tốc độ truyền trong không khí là 340 m/s, thì: 4

λ = v / f

=> λ = 340 / 1000
=> λ = 0.34 m

→ Nghĩa là bước sóng dài 34 cm. Điều đó có nghĩa là sóng âm lan truyền trong không khí với tần số 1000 Hz sẽ có các đỉnh và đáy sóng cách nhau 34 cm – giúp ta hình dung rõ hơn về tính chất vật lý của âm thanh.

Sự truyền âm

Sóng âm lan truyền trong các môi trường vật chất bằng cách làm dao động các phần tử của môi trường đó. Khi nguồn âm rung lên, nó tạo ra các vùng nén và dãn, truyền năng lượng dao động từ phần tử này sang phần tử khác cho đến khi đến tai người nghe hoặc thiết bị thu âm.

Môi trường truyền âm

Sóng âm chỉ có thể truyền trong môi trường vật chất – bao gồm chất rắn, chất lỏng và chất khí – vì nó cần các phân tử để lan truyền dao động.

• Trong chất khí (như không khí): các phân tử cách xa nhau nên năng lượng truyền chậm hơn. Đây là môi trường phổ biến nhất khi ta nghe thấy âm thanh hằng ngày.
• Trong chất lỏng (như nước): các phân tử gần nhau hơn, giúp âm truyền nhanh và xa hơn so với không khí.
• Trong chất rắn (như thép, gỗ): các phân tử liên kết chặt chẽ nên âm thanh truyền nhanh nhất.

Lưu ý: Sóng âm không truyền được trong chân không, vì nơi đó không có phân tử vật chất để dao động và lan truyền năng lượng.

Tốc độ truyền âm

Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào mật độ và độ đàn hồi của môi trường. Môi trường càng đặc, liên kết giữa các phân tử càng bền thì vận tốc truyền âm càng lớn.

Môi trường	Tốc độ truyền âm (m/s)	Đặc điểm truyền âm
Không khí (20°C)	≈ 340	Âm truyền chậm, dễ bị suy giảm
Nước	≈ 1.500	Truyền nhanh, xa, dùng trong sonar, hải dương học
Thép	≈ 5.000	Truyền rất nhanh, ứng dụng trong công nghiệp, kiểm tra vật liệu

Trong thép, các phân tử sắp xếp chặt chẽ và phản ứng nhanh với dao động, giúp sóng âm di chuyển nhanh gấp nhiều lần so với không khí. Ngược lại, trong không khí, các phân tử cách xa nhau nên âm thanh bị yếu dần theo khoảng cách.

Nhờ hiểu rõ đặc tính này, con người ứng dụng sóng âm trong nhiều lĩnh vực: siêu âm y học, đo độ sâu biển, kiểm tra kết cấu vật liệu, hay cảm biến rung công nghiệp.

Kết luận

Sóng âm là sóng dọc, lan truyền nhờ dao động của các phần tử vật chất trong môi trường. Việc hiểu rõ Sóng âm là sóng ngang hay sóng dọc, công thức và đặc trưng của sóng âm giúp con người ứng dụng hiệu quả trong âm thanh học, y học, công nghiệp và đời sống hàng ngày.