Intenzivnost zvoka je količina energije, ki jo zvočni val prenese v 1 sekundi skozi enoto površine medija. Intenzivnost je odvisna od frekvence valovanja, od akustičnega tlaka. Kot lahko vidite, je veliko drugih konceptov povezanih z intenzivnostjo: zvočni val, njegova frekvenca, zvočni tlak, tok zvočne energije. Da bi razumeli, kaj je intenzivnost, bomo podrobno razčlenili vsak izraz, povezan z njo.
Kako se pojavi zvok
Zvok lahko prihaja iz vibrirajočega telesa. Vibrirati mora dovolj hitro, da povzroči motnjo v mediju in ustvari zvočni val. Vendar pa je za njegov nastanek potreben še en pogoj: medij mora biti elastičen. Elastičnost je sposobnost upiranja kompresiji ali kateri koli drugi deformaciji (če govorimo o trdnih snoveh). Da, trdne snovi, tekočine, plini in zrak (kot mešanica različnih plinov) imajo elastičnost, vendar v različnih stopnjah.
Vrednost elastičnostidoločeno z gostoto. Znano je, da trdni mediji (les, kovine, zemeljska skorja) prenašajo zvok veliko bolje kot tekoči. In če primerjamo vodo in zrak, potem se v drugem mediju zvočni val najslabše razhaja.
Elastičnost zraka in gostejšega medija je posledica različnih razlogov. V tekočinah in trdnih snoveh obstajajo sile medmolekularne interakcije. Delce držijo skupaj v kristalni mreži in zelo enostavno se zvočni val širi skozi svoja vozlišča.
Molekule zraka med seboj niso povezane, ločene so z velikimi razdaljami. Delci se ne razpršijo zaradi neprekinjenega in neenakomernega gibanja, pa tudi zaradi gravitacije. Že dolgo je bilo opaženo: bolj ko je zrak redčen (na primer v zgornjih plasteh atmosfere), manjša je intenzivnost, glasnost zvoka. Na luni je popolna tišina, pa ne zato, ker se ne sliši nič, ampak zaradi pomanjkanja zraka.
Kako zvočni val potuje po zraku
Največje zanimanje za nas je širjenje zvočnega (akustičnega) vala v zraku. Ko telo odstopi od začetnega položaja, stisne bližnji zrak na eni strani sebe. Po drugi strani je medij redčen. Ko se vrne v prvotni položaj, vir zvoka odstopi na drugo stran in tam stisne zrak. To se nadaljuje, dokler se telo ne ustavi.
Kako se obnašajo delci? Njihovemu kaotičnemu gibanju je dodano nihajno. V nasprotju s stalnim toplotnim gibanjem molekul ima vibracijsko gibanje eno smer. V sloju zrakaki je pravokotna na smer upogiba telesa, začnejo delci drug drugega potiskati. Z virom zvoka se premikajo v isto smer. Tako se izmenično stiskanje-redčenje zraka prenaša iz ene plasti zraka v drugo. To je akustični val. Intenzivnost zvoka je vrednost, ki je odvisna od glavnih značilnosti valovanja - frekvence in dolžine.
Zvočna frekvenca
Frekvenca valovanja je odvisna od tega, kako hitro vibrira vir zvoka. Vsa telesa vibrirajo z različnimi frekvencami, vendar ni vsaka frekvenca na voljo našemu zaznavanju. Valove, ki jih slišimo, imenujemo zvok. Frekvenca akustičnega valovanja se meri v hercih (1 Hz je enak 1 nihanju na sekundo).
Sloji stisnjenega in redkega zraka se izmenjujejo. Valovna dolžina je enaka razdalji med sosednjimi plastmi, v katerih je tlak enak. Zvok ne potuje v nedogled, ker val postaja šibkejši, ko se razdalja povečuje. Kako daleč potuje, je odvisno od dolžine in frekvence akustičnega vala. Te količine so neposredno sorazmerne: visokofrekvenčni valovi so krajši od nizkofrekvenčnih. Govorimo o visokofrekvenčnih zvokih, saj visoki, nizkofrekvenčni valovi ustvarjajo nizke zvoke.
Raven jakosti zvoka je neposredno odvisna od frekvence akustičnih vibracij in valovne dolžine. Torej, škripanje komarjev se sliši s frekvenco 10 tisoč Hz in ima valovno dolžino le 3,3 cm Mukanje krave je intenziven zvok, ki ga je mogoče slišati z najmanj 10 metrov. Njegova frekvenca je 30 Hz.
Akustični tlak
V vsakem slojuzraka, ki ga je dosegel zvočni val, se tlak spreminja navzgor ali navzdol. Količina, za katero se poveča v primerjavi z atmosferskim tlakom, se imenuje akustični (zvočni) tlak.
Naše uho je neverjetno občutljivo. Težko je verjeti, vendar razlikuje med spremembo tlaka za 0,01 milijoninke grama na enoto površine. Šumenje ustvarja zelo majhen pritisk, enako je 310-5 N/m2. Ta vrednost je 31010-krat manjša od atmosferskega tlaka. Izkazalo se je, da je človeški sluh natančnejši od kemičnih tehtnic. Fiziologi so preučevali elastičnost bobnične membrane in pritisk, ki ga izvaja najtišji zvok. Po primerjavi podatkov so prišli do zaključka, da se bobnič izboči na razdaljo, ki je manjša od velikosti atoma.
Intenzivnost zvoka in zvočni tlak sta neposredno povezana. Ko telo vibrira z nizko frekvenco, znatno poveča pritisk - zvok je močan. Intenzivnost (moč) zvoka je sorazmerna s kvadratom akustičnega tlaka.
Zvočni energijski tok
Zvoki različne frekvence in jakosti so določeni s pretokom zvočne energije. Zvočni val se v obliki krogle širi v vse smeri. Dlje ko val potuje, šibkejši postaja. Energija, ki jo nosi, se razporedi po vse večjem območju - zvok se umiri. Kvadrat zvočne energije je obratno sorazmeren s kvadratom razdalje do vibrirajočega telesa.
Pretok zvočne energije je količina kinetične energije, ki jo nosivalovanje po površini na sekundo. To se nanaša na površino medija, na primer plast zraka, ki se nahaja pravokotno na smer elastičnega vala. Pretok energije se meri v vatih (W).
Moč zvoka
Moč (intenzivnost) zvoka je količina, za katero morate vedeti, kakšen je tok energije. Njeno vrednost je treba deliti s površino, pravokotno na širjenje valovanja (v m2).
Intenzivnost zvoka je označena s črko I. Najmanjša vrednost (I0) je 10-12 W/m2. Višja kot je intenzivnost, glasnejši je zvok. Odvisnost jakosti zvoka in glasnosti je bila ugotovljena empirično. Ugotovljeno je bilo, da ko se intenzivnost poveča za 10-krat, se glasnost poveča za 10 decibelov (db), ko za 100-krat - za 20 dB.
Slišni in neslišni zvoki
Fiziologija človeku omogoča, da sliši zvoke le v določenih mejah. Če telo vibrira s frekvenco, večjo od 16-20 kilohertz (kHz) in manjšo od 16-20 Hz, naše uho tega ne bo moglo zaznati.
Frekvenca in intenzivnost zvoka sta povezani. Visokofrekvenčni zvočni valovi prenašajo zelo malo energije. Ni dovolj, da spremenimo akustični tlak dovolj, da bi naš bobnič vibriral. Takšni zvoki naj bi presegali prag sluha.
Val s frekvenco manj kot 16 tisoč Hz se imenuje ultrazvok. Najbolj znana bitja"pogovor" z ultrazvokom, to so delfini in netopirji. Infrazvok, čeprav ga ne slišimo, lahko pri določeni jakosti (190-200 dB) povzroči smrt, saj preveč poveča pritisk v pljučnih alveolah.
Zanimivo je, da je pri različnih frekvencah odvisnost glasnosti in jakosti zvoka različna. Pri srednjih frekvencah (približno 1000 Hz) človek občuti spremembe v intenzivnosti le za 0,6 dB. Povsem druga zadeva so omejitve frekvenc. Na njih komaj ločimo spremembo jakosti zvoka za 3 enote.
Razvrstitev zvokov
Intenzivnost zvoka se meri v W/m2, vendar se decibeli uporabljajo za primerjavo zvokov med seboj in z minimalno stopnjo intenzivnosti.
Zvoki so razdeljeni na:
- zelo šibko (0-20 dB);
- šibek (21-40 dB);
- zmerno (41-60 dB);
- glasno (61-80 dB);
- zelo glasno (81-100 dB);
- oglušno (več kot 100 dB).
Slika prikazuje primere najpogostejših zvokov različne jakosti.
Sprejemljive cene
Stalni hrup ali hrup, ki traja dlje časa, se imenuje hrup v ozadju. Za stanovanje je 20-30 dB normalna raven hrupa v ozadju. Človek ga dojema kot tišino. Sprejemljivi so tudi zvoki 40 dB, za pisarne in ustanove pa je sprejemljiva glasnost 60 dB. Dolgotrajna izpostavljenost zvokom z glasnostjo 70 dB vodi domotnje centralnega živčnega sistema. Ulica "zveni" s tako glasnostjo, na prometnih cestah pa hrup doseže 85-90 dB. Zvoki 100 dB zmanjšajo sluh in lahko povzročijo popolno izgubo sluha.
Zvočna jakost je vrednost, katere dovoljene vrednosti so predpisane v sanitarnih pravilih in predpisih (SanPiN). Časovno obdobje, v katerem je dovoljeno prižigati hrupne gospodinjske aparate, glasno govoriti, popravljati ipd., določa Zakon o zagotavljanju miru in tišine. Za vsako področje se vzame ločeno. Čas v vsaki regiji se lahko razlikuje: nekje se dnevne ure začnejo ob 7.00, nekje pa ob 9.00. Na primer, v moskovski regiji se interval od 21.00 do 8.00 ob delavnikih in od 22.00 do 10.00 ob vikendih šteje za tiho ponoči. Poleg tega je mirna ura od 13.00 do 15.00.
