Bạn đã bao giờ giật mình vì tiếng sấm ở một nơi rất xa, hay nghe thấy tiếng còi xe cứu thương từ đầu kia con phố? Khả năng nghe được những âm thanh ở khoảng cách lớn không phải là phép màu. Đó là kết quả của một hành trình đầy thú vị của sóng âm, kết hợp với thiết kế cơ học và sinh học đáng kinh ngạc của đôi tai chúng ta.

Tai ngoài hứng và khuếch đại sóng âm như thế nào?

Hành trình của âm thanh bắt đầu từ tai ngoài, bộ phận mà chúng ta có thể nhìn thấy. Nó hoạt động như một chiếc phễu thu âm tự nhiên, được thiết kế hoàn hảo để thu thập và định hướng sóng âm.

• Vành tai: Phần sụn bên ngoài có hình dạng đặc biệt, uốn lượn để hứng các sóng âm từ môi trường xung quanh và gom chúng lại. Hình dạng này không chỉ giúp thu âm mà còn giúp não bộ chúng ta phân tích để xác định phương hướng của âm thanh (trước, sau, trên, dưới).
• Ống tai: Sau khi được vành tai thu thập, sóng âm sẽ đi vào ống tai. Đường ống này không chỉ dẫn âm thanh vào sâu bên trong mà còn có tác dụng cộng hưởng, giúp khuếch đại nhẹ một số tần số nhất định, đặc biệt là các tần số trong dải giọng nói của con người.

>>> Bổ sung thêm kiến thức: Vì sao có hai tai lại giúp bạn biết chính xác âm thanh phát ra từ đâu?

Chuỗi xương con trong tai giữa truyền rung động

Khi sóng âm đi hết ống tai, chúng sẽ đập vào màng nhĩ, một lớp màng mỏng và căng như mặt trống. Tại đây, năng lượng của sóng âm (khí) được chuyển thành rung động cơ học, và đây là lúc hệ thính giác thể hiện sự kỳ diệu của mình.

Phía sau màng nhĩ là tai giữa, một khoang chứa không khí với ba mẩu xương nhỏ nhất trong cơ thể, được gọi là chuỗi xương con (xương búa, xương đe, xương bàn đạp).

• Hoạt động như đòn bẩy: Chuỗi xương này hoạt động như một hệ thống đòn bẩy tí hon. Rung động từ màng nhĩ làm rung xương búa, xương búa truyền qua xương đe và cuối cùng đến xương bàn đạp.
• Khuếch đại mạnh mẽ: Hệ thống này tập trung toàn bộ năng lượng rung động từ bề mặt lớn của màng nhĩ vào bề mặt nhỏ hơn nhiều của cửa sổ bầu dục (lối vào tai trong). Quá trình này giúp khuếch đại rung động lên tới 20 lần, đủ mạnh để làm rung chất lỏng trong tai trong và cho phép chúng ta nghe được cả những âm thanh rất yếu hoặc từ rất xa.

>>> Cùng tìm hiểu: Điều kỳ diệu của thính giác: Tìm hiểu vì sao chúng ta nghe được âm thanh

Môi trường ảnh hưởng đến khả năng nghe xa ra sao?

Ngoài cấu trúc của tai, việc vì sao chúng ta có thể nghe xa còn phụ thuộc rất nhiều vào môi trường truyền âm. Các yếu tố vật lý của không khí có thể giúp hoặc cản trở hành trình của sóng âm.

• Nhiệt độ và độ ẩm: Âm thanh truyền đi nhanh và xa hơn trong không khí ấm và ẩm.
• Gió: Nếu gió thổi từ nguồn âm về phía bạn, nó sẽ "mang" sóng âm theo, giúp bạn nghe rõ hơn từ một khoảng cách xa hơn. Ngược lại, nếu gió thổi ngược chiều, nó sẽ cản trở và làm tiêu tán sóng âm.
• Ban đêm: Đây là lúc chúng ta thường có thể nghe xa nhất. Vào ban đêm, mặt đất nguội đi nhanh hơn lớp không khí bên trên. Sự đảo ngược nhiệt độ này khiến sóng âm bị "uốn cong" và dội ngược xuống mặt đất thay vì bay thẳng lên trời. Điều này cho phép âm thanh di chuyển dọc theo mặt đất đi xa hơn rất nhiều.

Tóm lại, khả năng nghe xa của chúng ta là sự kết hợp giữa thiết kế thông minh của đôi tai trong việc thu thập và khuếch đại âm thanh, cùng với các điều kiện thuận lợi của môi trường. Lần tới khi nghe một âm thanh từ xa, hãy nhớ đến hành trình đáng kinh ngạc mà nó đã đi qua để đến được với bạn.

>>> Cùng tìm hiểu: Tại sao ngáp lại lây? Sự thật bất ngờ về lý do vì sao chúng ta lại ngáp