Ljudintensitet är mängden energi som en ljudvåg överför på 1 sekund genom en enhetsarea av mediet. Intensiteten beror på vågens frekvens, på det akustiska trycket. Som du kan se är många andra begrepp förknippade med intensitet: en ljudvåg, dess frekvens, akustiska tryck, flödet av ljudenergi. För att förstå vad intensitet är kommer vi att dela upp varje term som är kopplad till den i detalj.
Hur ljudet visas
Ljud kan komma från en vibrerande kropp. Den måste vibrera tillräckligt snabbt för att skapa en störning i mediet och generera en akustisk våg. Men för dess förekomst är ytterligare ett villkor nödvändigt: mediet måste vara elastiskt. Elasticitet är förmågan att motstå kompression eller någon annan form av deformation (om vi talar om fasta ämnen). Ja, fasta ämnen, vätskor, gaser och luft (som en blandning av olika gaser) har elasticitet, men i varierande grad.
Elasticitetsvärdebestäms av densitet. Det är känt att fasta medier (trä, metaller, jordskorpan) leder ljud mycket bättre än flytande. Och om vi jämför vatten och luft, så avviker ljudvågen värst i det andra mediet.
Elasticiteten hos luft och tätare media beror på olika orsaker. I vätskor och fasta ämnen finns krafter av intermolekylär interaktion. De håller ihop partiklarna i ett kristallgitter och det är mycket lätt för en ljudvåg att fortplanta sig genom dess noder.
Luftmolekyler är inte kopplade till varandra, de är åtskilda av stora avstånd. Partiklar försvinner inte på grund av kontinuerlig och oberäknelig rörelse, såväl som gravitation. Det har länge märkts: ju mer sällsynt luften är (till exempel i de övre lagren av atmosfären), desto mindre är intensiteten, ljudstyrkan. Det är fullständig tystnad på månen, inte för att det inte finns något att låta, utan på grund av bristen på luft.
Hur en ljudvåg färdas genom luften
Det största intresset för oss är spridningen av en ljudvåg (akustisk) i luften. När kroppen avviker från sin utgångsposition komprimerar den närliggande luft på ena sidan av sig själv. Å andra sidan är mediet sällsynt. När man återgår till sitt ursprungliga läge, avviker ljudkällan till andra sidan och komprimerar luften där. Detta fortsätter tills kroppen slutar röra sig.
Hur beter sig partiklar? En oscillerande sådan läggs till deras kaotiska rörelse. I motsats till den konstanta termiska rörelsen hos molekyler har vibrationsrörelsen en riktning. I ett lager luftsom är vinkelrät mot kroppens avböjningsriktning börjar partiklarna trycka på varandra. De rör sig med ljudkällan i samma riktning. Sålunda överförs omväxlande kompression-sällsynthet av luft från ett luftlager till ett annat. Detta är den akustiska vågen. Ljudintensitet är ett värde som beror på vågens huvudsakliga egenskaper - frekvens och längd.
Ljudfrekvens
Vågens frekvens beror på hur snabbt ljudkällan vibrerar. Alla kroppar vibrerar med olika frekvenser, men inte varje frekvens är tillgänglig för vår uppfattning. Vågorna vi hör kallas ljud. Frekvensen för en akustisk våg mäts i hertz (1 Hz är lika med 1 svängning per sekund).
Lager med komprimerad och förtärnad luft växlar. Våglängden är lika med avståndet mellan intilliggande lager där trycket är detsamma. Ljud färdas inte i det oändliga eftersom vågen blir svagare när avståndet ökar. Hur långt den färdas beror på den akustiska vågens längd och frekvens. Dessa kvantiteter är direkt proportionella: högfrekventa vågor är kortare än lågfrekventa. Vi pratar om högfrekventa ljud eftersom höga, lågfrekventa vågor genererar låga ljud.
Nivån på ljudintensiteten är direkt beroende av frekvensen av akustiska vibrationer och våglängd. Så ett mygggnissande ljud låter med en frekvens på 10 tusen Hz och har en våglängd på endast 3,3 cm. En ko mullrar är ett intensivt ljud som kan höras från minst 10 meter. Dess frekvens är 30 Hz.
Akustiskt tryck
I varje lagerluften som ljudvågen har nått ändras trycket antingen uppåt eller nedåt. Mängden med vilken det ökar jämfört med atmosfärstrycket kallas akustiskt (ljud)tryck.
Vårt öra är otroligt känsligt. Det är svårt att tro, men det skiljer på en tryckförändring på 0,01 miljondels gram per ytenhet. Rasslet skapar väldigt lite tryck, det är lika med 310-5 N/m2. Detta värde är 31010 gånger lägre än atmosfärstrycket. Det visar sig att människans hörsel är mer exakt än kemiska vågar. Fysiologer har studerat trumhinnans elasticitet och trycket som det tystaste ljudet utövar. Efter att ha jämfört data kom de fram till att trumhinnan buktar ut till ett avstånd som är mindre än en atoms storlek.
Ljudintensitet och ljudtryck är direkt relaterade. När kroppen vibrerar med en låg frekvens ökar det trycket avsevärt - ljudet kommer ut starkt. Ljudets intensitet (styrkan) är proportionell mot kvadraten på akustiskt tryck.
Sonic energiflöde
Ljud av varierande frekvens och intensitet bestäms av flödet av ljudenergi. Ljudvågen fortplantar sig i alla riktningar i form av en boll. Ju längre vågen färdas, desto svagare blir den. Energin som den bär fördelar sig över en ökande yta - ljudet avtar. Kvadraten på ljudenergi är omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet till den vibrerande kroppen.
Flödet av ljudenergi är mängden kinetisk energi som bärvåg över en yta per sekund. Detta hänvisar till mediets yta, till exempel ett luftlager som är placerat i rät vinkel mot den elastiska vågens riktning. Energiflödet mäts i watt (W).
Ljudkraft
Ljudstyrkan (intensiteten) är en storhet, för att hitta vilken du behöver veta vad energiflödet är. Dess värde ska delas med ytarean vinkelrätt mot vågutbredningen (i m2).
Ljudintensiteten anges med bokstaven I. Minsta värdet för (I0) är 10-12 W/m2. Ju högre intensitet, desto starkare blir ljudet. Beroendet av styrkan hos ljud och ljudstyrka fastställdes empiriskt. Det har observerats att när intensiteten ökas med 10 gånger, ökar volymen med 10 decibel (db), när med 100 gånger - med 20 dB.
Hörbara och ohörbara ljud
Fysiologi tillåter en person att bara höra ljud inom vissa gränser. Om kroppen vibrerar med en frekvens högre än 16-20 kilohertz (kHz) och mindre än 16-20 Hz, kommer vårt öra inte att kunna uppfatta det.
Ljudets frekvens och intensitet är relaterade. Högfrekventa ljudvågor sänder mycket lite energi. Det räcker inte att ändra det akustiska trycket tillräckligt för att få vår trumhinna att vibrera. Sådana ljud sägs vara bortom hörseltröskeln.
En våg med en frekvens på mindre än 16 tusen Hz kallas ultraljud. De mest kända varelserna"prata" med ultraljud, det här är delfiner och fladdermöss. Infraljud, även om vi inte hör det, kan vid en viss intensitet (190-200 dB) leda till döden, eftersom det ökar trycket i lungalveolerna för mycket.
Intressant nog är beroendet av ljudstyrka och ljudintensitet olika vid olika frekvenser. Vid medelhöga frekvenser (cirka 1000 Hz) känner en person förändringar i intensitet med endast 0,6 dB. Att begränsa frekvensnivåer är en helt annan sak. På dem kan vi knappt urskilja en förändring i ljudintensitet med 3 enheter.
Klassificering av ljud
Ljudintensiteten mäts i W/m2, men decibel används för att jämföra ljud med varandra och med en lägsta nivå av intensitet.
Ljuden är uppdelade i:
- mycket svag (0-20 dB);
- svag (21–40 dB);
- måttlig (41–60 dB);
- högt (61–80 dB);
- mycket högt (81-100 dB);
- öronbedövande (mer än 100 dB).
Figuren visar exempel på de vanligaste ljuden med varierande intensitet.
Acceptabla priser
Konstant brus eller ett som kvarstår under lång tid kallas bakgrundsljud. För en lägenhet är 20-30 dB en normal nivå av bakgrundsljud. Det uppfattas av en person som tystnad. Ljud på 40 dB är också acceptabelt, men en volym på 60 dB är acceptabelt för kontor och institutioner. Långvarig exponering för ljud med en volym på 70 dB leder tillstörningar i centrala nervsystemet. Det är med en sådan ljudstyrka som gatan "låter", och på livliga vägar når bullret 85-90 dB. Ljud på 100 dB minskar hörseln och kan leda till fullständig hörselnedsättning.
Ljudintensitet är ett värde vars tillåtna värden är föreskrivna i sanitära regler och föreskrifter (SanPiN). Tidsperioden under vilken det är tillåtet att slå på bullriga hushållsapparater, prata högt, göra reparationer etc. bestäms av lagen om att säkerställa lugn och ro. Det tas separat för varje område. Tiden i varje region kan skilja sig åt: någonstans börjar dagtid klockan 7:00 och någonstans klockan 9:00. Till exempel, i Moskva-regionen, anses intervallet från 21:00 till 8:00 på vardagar och från 22:00 till 10:00 på helger vara tyst på natten. Dessutom är det en lugn timme från 13:00 till 15:00.
