Intensitatea sunetului este cantitatea de energie pe care o undă sonoră o transferă în 1 secundă printr-o unitate de suprafață a mediului. Intensitatea depinde de frecventa undei, de presiunea acustica. După cum puteți vedea, multe alte concepte sunt asociate cu intensitatea: o undă sonoră, frecvența acesteia, presiunea acustică, fluxul de energie sonoră. Pentru a înțelege ce este intensitatea, vom descompune fiecare termen asociat în detaliu.
Cum apare sunetul
Sunetul poate proveni de la un corp care vibra. Trebuie să vibreze suficient de repede pentru a crea o perturbare în mediu și a genera o undă acustică. Cu toate acestea, pentru apariția sa, este necesară încă o condiție: mediul trebuie să fie elastic. Elasticitatea este capacitatea de a rezista la compresiune sau orice alt fel de deformare (dacă vorbim de solide). Da, solidele, lichidele, gazele și aerul (ca un amestec de gaze diferite) au elasticitate, dar în grade diferite.
Valoarea elasticitățiideterminat de densitate. Se știe că mediile solide (lemn, metale, scoarță terestră) conduc sunetul mult mai bine decât cele lichide. Și dacă comparăm apa și aerul, atunci în al doilea mediu, unda sonoră diverge cel mai rău.
Elasticitatea aerului și a mediilor mai dense se datorează unor motive diferite. În lichide și solide există forțe de interacțiune intermoleculară. Ele țin particulele împreună într-o rețea cristalină și este foarte ușor pentru o undă sonoră să se propage prin nodurile sale.
Moleculele de aer nu sunt conectate între ele, ele sunt separate prin distanțe mari. Particulele nu se disipă din cauza mișcării continue și neregulate, precum și a gravitației. S-a observat de mult: cu cât aerul este mai rarefiat (de exemplu, în straturile superioare ale atmosferei), cu atât este mai mică intensitatea, zgomotul sunetului. Este liniște deplină pe Lună, nu pentru că nu există nimic de sunat, ci din cauza lipsei de aer.
Cum se deplasează o undă sonoră prin aer
Cel mai mare interes pentru noi este propagarea unei unde sonore (acustice) în aer. Când corpul se abate de la poziția inițială, comprimă aerul din apropiere pe o parte a lui. Pe de altă parte, mediul este rarefiat. Revenind la poziția inițială, sursa de sunet deviază în ceal altă parte și comprimă aerul de acolo. Aceasta continuă până când corpul nu se mai mișcă.
Cum se comportă particulele? Mișcării lor haotice i se adaugă una oscilativă. Spre deosebire de mișcarea termică constantă a moleculelor, mișcarea vibrațională are o singură direcție. Într-un strat de aercare este perpendiculară pe direcția de deviere a corpului, particulele încep să se împingă unele pe altele. Se mișcă cu sursa de sunet în aceeași direcție. Astfel, compresia-rarefacția alternantă a aerului este transmisă de la un strat de aer la altul. Aceasta este unda acustică. Intensitatea sunetului este o valoare care depinde de principalele caracteristici ale undei - frecvența și lungimea.
Frecvența sunetului
Frecvența undei depinde de cât de repede vibrează sursa de sunet. Toate corpurile vibrează cu frecvențe diferite, dar nu fiecare frecvență este disponibilă pentru percepția noastră. Undele pe care le auzim se numesc sunet. Frecvența unei unde acustice este măsurată în herți (1 Hz echivalează cu 1 oscilație pe secundă).
Alternează straturi de aer comprimat și rarefiat. Lungimea de undă este egală cu distanța dintre straturile adiacente în care presiunea este aceeași. Sunetul nu călătorește la infinit, deoarece unda devine mai slabă pe măsură ce distanța crește. Cât de departe parcurge depinde de lungimea și frecvența undei acustice. Aceste cantități sunt direct proporționale: undele de în altă frecvență sunt mai scurte decât cele de joasă frecvență. Vorbim despre sunete de în altă frecvență deoarece undele de în altă și joasă frecvență generează sunete joase.
Nivelul de intensitate a sunetului depinde direct de frecvența vibrațiilor acustice și de lungimea de undă. Deci, un scârțâit de țânțar sună cu o frecvență de 10 mii Hz și are o lungime de undă de numai 3,3 cm. Mâhâitul unei vaci este un sunet intens care se aude de la cel puțin 10 metri. Frecvența sa este de 30 Hz.
Presiune acustică
În fiecare strataerul la care a atins unda sonoră, presiunea se schimbă fie în sus, fie în jos. Cantitatea cu care crește în comparație cu presiunea atmosferică se numește presiune acustică (sunet).
Urechea noastră este uimitor de sensibilă. Este greu de crezut, dar face distincția între o schimbare de presiune de 0,01 milione dintr-un gram pe unitate de suprafață. Foșnetul creează foarte puțină presiune, este egal cu 310-5 N/m2. Această valoare este de 31010 ori mai mică decât presiunea atmosferică. Se pare că auzul uman este mai precis decât cântarele chimice. Fiziologii au studiat elasticitatea membranei timpanice și presiunea exercitată de cel mai liniștit sunet. După compararea datelor, ei au ajuns la concluzia că membrana timpanică se umflă la o distanță mai mică decât dimensiunea unui atom.
Intensitatea sunetului și presiunea sonoră sunt direct legate. Când corpul vibrează la o frecvență joasă, crește semnificativ presiunea - sunetul iese puternic. Intensitatea (puterea) sunetului este proporțională cu pătratul presiunii acustice.
Flux de energie sonică
Sunetele cu frecvență și intensitate diferite sunt determinate de fluxul de energie sonoră. Unda sonoră se propagă în toate direcțiile sub forma unei mingi. Cu cât valul se deplasează mai departe, cu atât devine mai slab. Energia pe care o transportă este distribuită pe o zonă în creștere - sunetul se diminuează. Pătratul energiei sonore este invers proporțional cu pătratul distanței până la corpul care vibra.
Fluxul de energie sonoră este cantitatea de energie cinetică pe care o transportăval pe o suprafață pe secundă. Aceasta se referă la suprafața mediului, de exemplu, un strat de aer situat în unghi drept cu direcția undei elastice. Fluxul de energie este măsurat în wați (W).
Puterea sunetului
Puterea (intensitatea) sunetului este o cantitate, pentru a afla care trebuie să știți care este fluxul de energie. Valoarea sa trebuie împărțită la suprafața perpendiculară pe propagarea undei (în m2).
Intensitatea sunetului este indicată de litera I. Valoarea minimă a (I0) este 10-12 W/m2. Cu cât este mai mare intensitatea, cu atât sunetul este mai puternic. Dependența puterii sunetului și a sonorității a fost stabilită empiric. S-a observat că atunci când intensitatea este crescută de 10 ori, volumul crește cu 10 decibeli (db), când de 100 de ori - cu 20 dB.
Sunete audibile și inaudibile
Fiziologia permite unei persoane să audă sunete numai în anumite limite. Dacă corpul vibrează la o frecvență mai mare de 16-20 kiloherți (kHz) și mai mică de 16-20 Hz, urechea noastră nu o va putea percepe.
Frecvența și intensitatea sunetului sunt legate. Undele sonore de în altă frecvență transmit foarte puțină energie. Nu este suficient să schimbăm presiunea acustică suficient pentru a ne face să vibreze timpanul. Se spune că astfel de sunete depășesc pragul de auz.
O undă cu o frecvență mai mică de 16 mii Hz se numește ultrasunete. Cele mai faimoase creaturi„vorbește” cu ultrasunete, aceștia sunt delfini și lilieci. Infrasunetele, deși nu îl auzim, la o anumită intensitate (190-200 dB) pot duce la moarte, deoarece crește prea mult presiunea în alveolele pulmonare.
Interesant, la diferite frecvențe, dependența de zgomot și intensitatea sunetului este diferită. La frecvențe medii (aproximativ 1000 Hz), o persoană simte modificări de intensitate cu doar 0,6 dB. Limitarea nivelurilor de frecvență este o chestiune complet diferită. Pe ele, abia dacă putem distinge o modificare a intensității sunetului cu 3 unități.
Clasificarea sunetelor
Intensitatea sunetului este măsurată în W/m2, totuși, decibelii sunt utilizați pentru a compara sunetele între ele și cu un nivel minim de intensitate.
Sunetele sunt împărțite în:
- foarte slab (0-20 dB);
- slab (21-40 dB);
- moderat (41-60 dB);
- tare (61-80 dB);
- foarte tare (81-100 dB);
- asurzitor (mai mult de 100 dB).
Figura prezintă exemple ale celor mai comune sunete de diferite intensități.
Tarife acceptabile
Zgomotul constant sau unul care persistă mult timp se numește zgomot de fundal. Pentru un apartament, 20-30 dB este un nivel normal de zgomot de fundal. Este perceput de o persoană ca tăcere. Sunetele de 40 dB sunt, de asemenea, acceptabile, dar un volum de 60 dB este acceptabil pentru birouri și instituții. Expunerea prelungită la sunete cu un volum de 70 dB duce latulburări ale sistemului nervos central. Cu o astfel de zgomot strada „sună”, iar pe străzile aglomerate zgomotul ajunge la 85-90 dB. Sunetele de 100 dB reduc auzul și pot duce la pierderea completă a auzului.
Intensitatea sunetului este o valoare ale cărei valori admisibile sunt prescrise în normele și reglementările sanitare (SanPiN). Perioada de timp în care este permisă pornirea aparatelor electrocasnice zgomotoase, vorbirea tare, efectuarea reparațiilor etc. este determinată de Legea asigurării liniștii și liniștii. Se ia separat pentru fiecare zonă. Ora din fiecare regiune poate diferi: undeva, orele de zi încep la 7:00 am, iar undeva la 9:00. De exemplu, în regiunea Moscovei, intervalul de la 21:00 la 8:00 în timpul săptămânii și de la 22:00 la 10:00 în weekend este considerat a fi liniștit noaptea. În plus, există o oră liniștită de la 13:00 la 15:00.
