Intenzita zvuku je množství energie, kterou zvuková vlna přenese za 1 sekundu přes jednotku plochy média. Intenzita závisí na frekvenci vlny, na akustickém tlaku. Jak vidíte, s intenzitou je spojeno mnoho dalších pojmů: zvuková vlna, její frekvence, akustický tlak, tok zvukové energie. Abychom pochopili, co je intenzita, podrobně rozebereme každý termín s ní spojený.
Jak vypadá zvuk
Zvuk může vycházet z vibrujícího těla. Musí vibrovat dostatečně rychle, aby vytvořilo rušení v médiu a vytvořilo akustickou vlnu. Pro jeho výskyt je však nutná ještě jedna podmínka: médium musí být elastické. Elasticita je schopnost odolávat stlačení nebo jinému druhu deformace (pokud mluvíme o pevných látkách). Ano, pevné látky, kapaliny, plyny a vzduch (jako směs různých plynů) mají elasticitu, ale v různé míře.
Hodnota elasticityurčeno hustotou. Je známo, že pevná média (dřevo, kovy, zemská kůra) vedou zvuk mnohem lépe než kapalná. A pokud porovnáme vodu a vzduch, pak ve druhém médiu se zvuková vlna nejhůře rozchází.
Elasticita vzduchu a hustšího média je způsobena různými důvody. V kapalinách a pevných látkách existují síly mezimolekulární interakce. Drží částice pohromadě v krystalové mřížce a zvuková vlna se velmi snadno šíří jejími uzly.
Molekuly vzduchu nejsou vzájemně propojeny, jsou odděleny velkými vzdálenostmi. Částice se nerozptylují v důsledku nepřetržitého a nepravidelného pohybu, stejně jako gravitace. Již dlouho bylo zaznamenáno: čím je vzduch řidší (například v horních vrstvách atmosféry), tím menší je intenzita, hlasitost zvuku. Na Měsíci je úplné ticho, ne proto, že by nebylo co znít, ale kvůli nedostatku vzduchu.
Jak se zvuková vlna šíří vzduchem
Největší zájem je pro nás šíření zvukové (akustické) vlny vzduchem. Když se tělo odchýlí ze své výchozí polohy, stlačí blízký vzduch na jedné straně sebe sama. Na druhou stranu je médium vzácné. Po návratu do původní polohy se zdroj zvuku odchýlí na druhou stranu a stlačí tam vzduch. Toto pokračuje, dokud se tělo nepřestane pohybovat.
Jak se částice chovají? K jejich chaotickému pohybu se přidává ještě jeden oscilační. Na rozdíl od konstantního tepelného pohybu molekul má vibrační pohyb jeden směr. Ve vrstvě vzduchukterá je kolmá ke směru vychýlení tělesa, se částice začnou vzájemně tlačit. Pohybují se se zdrojem zvuku stejným směrem. Střídavá komprese-reakce vzduchu se tedy přenáší z jedné vrstvy vzduchu do druhé. Toto je akustická vlna. Intenzita zvuku je hodnota, která závisí na hlavních charakteristikách vlny – frekvenci a délce.
Frekvence zvuku
Frekvence vlny závisí na tom, jak rychle zdroj zvuku vibruje. Všechna těla vibrují různými frekvencemi, ale ne každá frekvence je pro naše vnímání dostupná. Vlny, které slyšíme, se nazývají zvuk. Frekvence akustické vlny se měří v hertzech (1 Hz se rovná 1 oscilaci za sekundu).
Vrstvy stlačeného a zředěného vzduchu se střídají. Vlnová délka je rovna vzdálenosti mezi sousedními vrstvami, ve kterých je stejný tlak. Zvuk se nešíří donekonečna, protože vlna s rostoucí vzdáleností slábne. Jak daleko se pohybuje, závisí na délce a frekvenci akustické vlny. Tyto veličiny jsou přímo úměrné: vysokofrekvenční vlny jsou kratší než nízkofrekvenční. O vysokofrekvenčních zvucích mluvíme, protože vysokofrekvenční vlny generují nízké zvuky.
Úroveň intenzity zvuku je přímo závislá na frekvenci akustických vibrací a vlnové délce. Takže komáří pištění zní s frekvencí 10 tisíc Hz a má vlnovou délku jen 3,3 cm. Bučení krávy je intenzivní zvuk, který je slyšet minimálně na 10 metrů. Jeho frekvence je 30 Hz.
Akustický tlak
V každé vrstvěvzduchu, který zvuková vlna dosáhla, se tlak mění buď nahoru nebo dolů. Množství, o které se zvýší ve srovnání s atmosférickým tlakem, se nazývá akustický (akustický) tlak.
Naše ucho je úžasně citlivé. Je těžké tomu uvěřit, ale rozlišuje změnu tlaku o 0,01 miliontiny gramu na jednotku plochy. Šumění vytváří velmi malý tlak, rovná se 310-5 N/m2. Tato hodnota je 31010 krát menší než atmosférický tlak. Ukazuje se, že lidský sluch je přesnější než chemické váhy. Fyziologové studovali elasticitu bubínku a tlak vyvíjený tím nejtišším zvukem. Po porovnání dat došli k závěru, že bubínek se vyboulí do vzdálenosti menší než je velikost atomu.
Intenzita zvuku a akustický tlak spolu přímo souvisí. Když tělo vibruje na nízké frekvenci, výrazně zvýší tlak - zvuk je silný. Intenzita (síla) zvuku je úměrná druhé mocnině akustického tlaku.
Tok zvukové energie
Zvuky různé frekvence a intenzity jsou určeny tokem zvukové energie. Zvuková vlna se šíří všemi směry ve formě koule. Čím dále vlna postupuje, tím je slabší. Energie, kterou nese, se rozkládá na stále větší ploše – zvuk ustupuje. Druhá mocnina zvukové energie je nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti od vibrujícího těla.
Tok zvukové energie je množství kinetické energie, kterou nesevlna na ploše za sekundu. To se týká povrchu média, například vrstvy vzduchu umístěné v pravém úhlu ke směru elastické vlny. Tok energie se měří ve wattech (W).
Síla zvuku
Síla (intenzita) zvuku je veličina, k jejímuž nalezení potřebujete vědět, co je tok energie. Jeho hodnota by měla být vydělena plochou povrchu kolmou k šíření vlny (v m2).
Intenzita zvuku je označena písmenem I. Minimální hodnota (I0) je 10-12 W/m2. Čím vyšší je intenzita, tím hlasitější je zvuk. Závislost síly zvuku a hlasitosti byla stanovena empiricky. Bylo pozorováno, že když se intenzita zvýší 10krát, hlasitost se zvýší o 10 decibelů (db), když 100krát - o 20 dB.
Slyšitelné a neslyšitelné zvuky
Fyziologie umožňuje člověku slyšet zvuky pouze v určitých mezích. Pokud tělo vibruje na frekvenci větší než 16-20 kilohertz (kHz) a nižší než 16-20 Hz, naše ucho to nebude schopno vnímat.
Frekvence a intenzita zvuku spolu souvisí. Vysokofrekvenční zvukové vlny přenášejí velmi málo energie. Nestačí změnit akustický tlak natolik, aby se náš bubínek rozvibroval. Říká se, že takové zvuky jsou za hranicí slyšitelnosti.
Vlna s frekvencí nižší než 16 tisíc Hz se nazývá ultrazvuk. Nejznámější stvoření„mluvte“s ultrazvukem, to jsou delfíni a netopýři. Infrazvuk, i když jej neslyšíme, může při určité intenzitě (190-200 dB) vést ke smrti, protože příliš zvyšuje tlak v plicních alveolech.
Zajímavé je, že na různých frekvencích je závislost hlasitosti a intenzity zvuku různá. Na středních frekvencích (asi 1000 Hz) člověk pociťuje změny intenzity jen o 0,6 dB. Úplně jinou záležitostí jsou limitní úrovně frekvence. Na nich sotva rozeznáme změnu intenzity zvuku o 3 jednotky.
Klasifikace zvuků
Intenzita zvuku se měří ve W/m2, nicméně k porovnání zvuků mezi sebou as minimální úrovní intenzity se používají decibely.
Zvuky se dělí na:
- velmi slabé (0–20 dB);
- slabé (21–40 dB);
- střední (41–60 dB);
- hlasitý (61–80 dB);
- velmi hlasité (81–100 dB);
- ohlušující (více než 100 dB).
Na obrázku jsou příklady nejběžnějších zvuků různé intenzity.
Přijatelné sazby
Stálý šum nebo šum, který přetrvává po dlouhou dobu, se nazývá šum na pozadí. Pro byt je 20-30 dB běžná hladina hluku na pozadí. Člověk to vnímá jako ticho. Přijatelné jsou i zvuky 40 dB, ale pro kanceláře a instituce je přijatelná hlasitost 60 dB. Dlouhodobé vystavení zvukům o hlasitosti 70 dB vede kporuchy centrálního nervového systému. S takovou hlasitostí se ulice „ozývá“a na rušných ulicích dosahuje hluk 85–90 dB. Zvuky o 100 dB snižují sluch a mohou vést k úplné ztrátě sluchu.
Intenzita zvuku je hodnota, jejíž přípustné hodnoty jsou předepsány v hygienických pravidlech a předpisech (SanPiN). Dobu, po kterou je dovoleno zapínat hlučné domácí spotřebiče, hlasitě mluvit, provádět opravy apod., určuje zákon o zajištění klidu a míru. Pro každou oblast se bere zvlášť. Čas v jednotlivých regionech se může lišit: někde denní hodiny začínají v 7:00 a někde v 9:00. Například v Moskevské oblasti je za noční klid považován interval od 21:00 do 8:00 ve všední dny a od 22:00 do 10:00 o víkendu. Kromě toho je od 13:00 do 15:00 hodin klid.
