Tiếng vọng là âm thanh của chính ta dội lại từ một bề mặt lớn, cứng và đủ xa, như vách núi, thành giếng hay vách hang. Ta nghe thành một tiếng "nói lại" tách biệt khi âm phản xạ về chậm hơn tiếng gốc khoảng một phần mười giây trở lên, tức là bề mặt phản xạ phải cách ta chừng 17 mét trở lên. Gần hơn, tiếng dội hoà vào tiếng gốc thành tiếng vang ồm ồm chứ không thành tiếng vọng.
Thấy ở đâu, lúc nào
Ở Việt Nam, nơi dễ nghe tiếng vọng nhất là vùng núi đá vôi: thung lũng lòng chảo giữa các vách dựng đứng ở Ninh Bình, Lạng Sơn, Cao Bằng, Tuyên Quang, các hẻm sông chảy giữa vách đá. Đứng giữa thung lũng gọi to một tiếng, vài giây sau vách bên kia gọi lại. Những nơi khác cũng có:
- Giếng sâu: nói vào miệng giếng làng nghe tiếng mình dội lên từ mặt nước, kèm âm ù trầm.
- Hang động lớn: mỗi bước chân, mỗi giọt nước rơi đều kéo theo một chuỗi tiếng dội.
- Hồ thuỷ lợi, đập nước: vỗ tay trước một bức tường bê tông lớn cách vài chục mét.
- Thành phố: vỗ tay giữa hai dãy nhà cao tầng song song, hay trước bức tường khối của sân vận động.
Tiếng vọng nghe rõ nhất khi trời lặng gió, xung quanh yên tĩnh và tiếng phát ra ngắn, gọn: một tiếng vỗ tay, một tiếng "ơi", một tiếng gõ hai thanh gỗ.
Cơ chế: âm dội như quả bóng nảy
Sóng âm gặp một bề mặt cứng, nhẵn, lớn hơn nhiều so với bước sóng của nó thì phần lớn năng lượng bị dội ngược lại, giống quả bóng nảy khỏi tường: góc tới bằng góc phản xạ. Vách đá vôi, tường bê tông, mặt nước đều là những "tấm gương âm" rất tốt.
Âm thanh trong không khí đi khoảng 340 m/s ở nhiệt độ thường. Nếu vách núi cách ta 170 mét, âm phải đi 170 mét tới vách và 170 mét quay về, tổng 340 mét, mất đúng một giây. Vì thế có một cách đo khoảng cách rất gọn:
Khoảng cách tới vách ≈ 340 × (thời gian chờ tiếng vọng) ÷ 2
Nói bằng lời: đếm xem bao nhiêu giây thì tiếng quay lại, nhân với 170 là ra số mét. Tiếng vọng về sau 2 giây thì vách cách chừng 340 mét.
Vì sao phải đủ xa
Tai và não ta gộp những âm đến cách nhau quá ngắn thành một âm duy nhất. Ngưỡng thường được nêu trong sách giáo khoa là khoảng 1/10 giây, tuy thực tế còn tuỳ loại âm: tiếng vỗ tay ngắn, sắc thì tách được sớm hơn, tiếng nói kéo dài thì cần trễ lâu hơn. Với 1/10 giây, âm đi được 34 mét, tức vách phải cách ít nhất khoảng 17 mét. Trong phòng ngủ vài mét, âm dội về gần như ngay lập tức, ta không nghe thấy tiếng vọng mà chỉ thấy phòng "vang" hay "tắt" tiếng.
Vì sao tiếng vọng nhỏ và "méo"
Âm toả ra mọi hướng nên càng đi xa càng yếu. Vách núi lại không phẳng như gương, một phần âm tán ra các phía, một phần bị đá xốp, cây cỏ hút mất. Âm cao bị hút và tán nhiều hơn âm trầm, nên tiếng vọng thường trầm và tròn hơn tiếng gốc. Một tiếng "ơi" sắc gọn quay về thành tiếng "ơi" mềm và xa xăm.
Tiếng vọng, tiếng vang và tiếng dội lặp
| Hiện tượng | Khi nào xảy ra | Ta nghe thấy gì | Ví dụ |
|---|---|---|---|
| Tiếng vọng | Một bề mặt lớn, cách từ khoảng 17 m trở lên | Một tiếng nhại lại tách rời, trễ rõ | Gọi giữa thung lũng núi đá |
| Tiếng vọng nhiều lần | Nhiều vách ở khoảng cách khác nhau | Một chuỗi tiếng nhại nối nhau, nhỏ dần | Hẻm núi, lòng chảo nhiều vách |
| Tiếng vang (âm dư) | Phòng kín, bề mặt cứng, gần | Âm kéo dài, nhoè, không tách ra được | Nhà thờ lớn, hang động, phòng tắm |
| Tiếng dội lặp (flutter echo) | Hai mặt phẳng song song đối diện | Tiếng "rè rè" hay "lạch tạch" rất nhanh sau tiếng vỗ tay | Hành lang hẹp, giữa hai bức tường |
| Âm ù trong giếng | Ống dài khép một đầu bằng mặt nước | Tiếng dội kèm âm trầm ngân | Giếng làng, ống cống |
Giếng và hang: vì sao chúng "nói lại" khác núi
Giếng
Giếng là một ống tròn, thành nhẵn, đáy là mặt nước phẳng. Tiếng nói ở miệng giếng đi xuống, dội lên từ mặt nước. Nếu giếng sâu 10 mét, âm đi 20 mét mất khoảng 0,06 giây, chưa đủ để tách thành tiếng vọng rõ, nên ta nghe thấy tiếng mình bị "nhân đôi" ồm ồm. Giếng càng sâu, tiếng nhại càng tách bạch. Ngoài ra cột không khí trong giếng tự cộng hưởng ở vài tần số trầm, giống như thổi vào miệng chai, nên mọi tiếng nói vào giếng đều nhuốm một âm ù đặc trưng. Thành giếng tròn còn dẫn âm dọc theo nó như một cái ống nghe khổng lồ, nên tiếng ít bị toả mất hơn ngoài trời.
Hang động
Trong hang, âm dội qua lại giữa vô số vách ở mọi khoảng cách. Thay vì một tiếng vọng gọn, ta nghe một dòng âm kéo dài, tắt dần chậm. Hang càng lớn và vách càng ít bị phủ đất, rêu thì tiếng vang càng dài. Đó là lý do tiếng nước nhỏ giọt trong hang nghe như tiếng chuông. Trong những hang có ngách dài, ta có khi nghe được cả tiếng vọng từ một khoang xa sau một quãng trễ rõ.
Những biến thể thú vị
Bức tường thì thầm
Một số công trình có tường cong hình tròn, như hành lang tròn chạy quanh bên trong mái vòm nhà thờ St Paul ở London hay Hồi Âm Bích ở Thiên Đàn, Bắc Kinh, nổi tiếng vì nói thầm sát tường bên này thì người ở phía đối diện nghe được. Âm thanh bám theo mặt tường cong, phản xạ liên tiếp ở góc rất xiên, ít bị toả ra ngoài nên đi được rất xa mà ít yếu đi. Đây không phải tiếng vọng nhại lại mình, mà là âm được dẫn đi.
Định vị bằng tiếng vọng
Dơi và cá heo phát ra những tiếng kêu ngắn, thường ở tần số rất cao, rồi nghe tiếng dội để biết chỗ con mồi, vách đá, chướng ngại. Tàu thuyền dùng máy đo sâu hồi âm theo cùng nguyên lý: phát xung âm xuống đáy biển, đo thời gian dội về. Một số người khiếm thị luyện được cách tặc lưỡi rồi nghe tiếng dội để nhận ra tường, cột, cửa mở ở gần.
Vì sao tiếng vọng đôi khi lệch hướng
Tiếng vọng đến từ phía vách phản xạ, không phải từ phía ta hướng mặt. Ở thung lũng nhiều vách, ta có thể gọi về phía trước mà nghe tiếng trả lời từ bên trái, rồi bên phải. Người xưa ở nhiều nền văn hoá gán cho tiếng vọng một linh hồn sống trong núi. Thần thoại Hy Lạp có nàng tiên Echo chỉ còn biết nhại lại lời người khác, và chữ "echo" trong tiếng Anh bắt nguồn từ tên nàng.
Những hiểu lầm thường gặp
- "Phòng trống nào cũng có tiếng vọng." Phòng trống vang hơn phòng có đồ, nhưng nếu nhỏ hơn vài chục mét thì đó là tiếng vang, không phải tiếng vọng tách biệt.
- "Hét càng to tiếng vọng càng xa." Hét to giúp tiếng vọng to hơn, nhưng thời gian chờ chỉ phụ thuộc khoảng cách tới vách. Một tiếng vỗ tay ngắn thường cho tiếng vọng dễ nghe hơn một tiếng hét dài, vì tiếng hét dài đè lên chính tiếng vọng của nó.
- "Tiếng vọng chỉ có ở núi." Bất cứ bề mặt lớn và cứng nào cũng tạo được: toà nhà, đập nước, bờ kè bê tông, rìa rừng dày.
- "Không nghe tiếng vọng nghĩa là không có phản xạ." Âm luôn phản xạ một phần, chỉ là có khi quá yếu, quá gần hoặc bị nền ồn che mất.
Tự quan sát / tự thử an toàn
Đo khoảng cách bằng tiếng vỗ tay
- Tìm một bức tường lớn, phẳng ở chỗ thoáng, ví dụ tường bên của nhà thi đấu, bờ đập ở chỗ dành cho khách, cách bạn khoảng 50 đến 100 mét. Đứng ở nơi an toàn, không có xe qua lại.
- Vỗ tay một tiếng thật gọn và nghe tiếng dội. Với khoảng cách này, tiếng vọng về sau 0,3 đến 0,6 giây.
- Bây giờ vỗ tay đều tay sao cho mỗi tiếng vỗ mới trùng đúng lúc tiếng vọng của tiếng trước vừa về. Nhờ một bạn bấm giờ 20 lần vỗ.
- Lấy thời gian chia 20 là thời gian khứ hồi của âm. Nhân với 170 ra khoảng cách tới tường. So với khoảng cách đo bằng bước chân hoặc bản đồ trên điện thoại.
Đây chính là cách đo tốc độ âm thanh kinh điển trong nhiều sách thí nghiệm vật lý phổ thông. Sai số vài chục phần trăm là bình thường, đừng nản.
Nghe tiếng dội lặp
Đứng giữa một hành lang hẹp có hai bức tường song song, vỗ tay một tiếng. Bạn sẽ nghe đuôi tiếng vỗ rung "rrrr" rất nhanh, đó là âm chạy qua chạy lại giữa hai tường.
Lưu ý an toàn
- Không cúi người qua thành giếng, không thả đá hay đồ vật xuống giếng để nghe: giếng là nguồn nước của người khác, và ngã giếng rất nguy hiểm. Chỉ nói vào miệng giếng có thành cao, nắp chắc, khi có người lớn bên cạnh.
- Không tự vào hang lạ, hang chưa khai thác du lịch. Chỉ thử trong hang đã có lối đi, đèn và hướng dẫn viên.
- Không đứng mép vực, mép đập, bờ kè trơn để gọi tiếng vọng. Chọn chỗ đứng bằng phẳng, có lan can.
- Không hét sát tai người khác.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao gọi to giữa núi lại có tiếng vọng lại?
Âm thanh gặp vách núi cứng thì bị dội ngược lại như quả bóng nảy. Nếu vách cách xa từ khoảng 17 mét trở lên, tiếng dội về trễ đủ lâu để tai nghe thành một tiếng nhại tách biệt.
Phải đứng cách bao xa mới nghe được tiếng vọng?
Tai người thường cần âm dội về trễ khoảng 1/10 giây trở lên mới tách ra được. Âm đi khoảng 340 m/s nên bề mặt phản xạ phải cách ít nhất khoảng 17 mét. Gần hơn thì chỉ nghe thấy tiếng vang.
Tiếng vọng và tiếng vang khác nhau thế nào?
Tiếng vọng là một tiếng dội tách rời, nghe rõ là tiếng nhại lại. Tiếng vang là vô số tiếng dội đến quá sát nhau, hoà vào tiếng gốc làm âm kéo dài và nhoè, thường gặp trong phòng kín, nhà thờ, hang động.
Làm sao biết vách núi cách bao xa nhờ tiếng vọng?
Đếm số giây từ lúc phát tiếng tới lúc nghe tiếng vọng, rồi nhân với 170. Ví dụ chờ 2 giây thì vách cách khoảng 340 mét, vì âm phải đi cả lượt đi lẫn lượt về.
Vì sao nói vào giếng nghe tiếng ồm ồm?
Âm dội lên từ mặt nước dưới đáy giếng với độ trễ ngắn, chồng lên tiếng gốc. Cột không khí trong giếng lại cộng hưởng ở vài tần số trầm, nên mọi tiếng nói vào giếng đều nhuốm âm ù đặc trưng.
