Äänen intensiteetti on energiamäärä, jonka äänia alto siirtää 1 sekunnissa väliaineen yksikköpinta-alan läpi. Voimakkuus riippuu aallon taajuudesta, akustisesta paineesta. Kuten näette, monet muut käsitteet liittyvät intensiteettiin: äänia alto, sen taajuus, akustinen paine, äänienergian virtaus. Ymmärtääksemme, mikä intensiteetti on, erittelemme kaikki siihen liittyvät termit yksityiskohtaisesti.
Miten ääni näkyy
Ääni voi tulla värähtelevästä kehosta. Sen on värähtelettävä tarpeeksi nopeasti aiheuttaakseen häiriön väliaineeseen ja akustisen aallon. Sen esiintymiseksi tarvitaan kuitenkin vielä yksi ehto: väliaineen on oltava joustava. Elastisuus on kykyä vastustaa puristusta tai muuta muodonmuutosta (jos puhumme kiinteistä aineista). Kyllä, kiinteillä aineilla, nesteillä, kaasuilla ja ilmalla (eri kaasujen seoksena) on elastisuutta, mutta vaihtelevassa määrin.
Elastisuusarvomääräytyy tiheyden mukaan. Tiedetään, että kiinteät materiaalit (puu, metallit, maankuori) johtavat ääntä paljon paremmin kuin nestemäiset. Ja jos vertaamme vettä ja ilmaa, niin toisessa väliaineessa äänia alto poikkeaa pahimmin.
Ilman ja tiheämmän väliaineen elastisuus johtuu eri syistä. Nesteissä ja kiinteissä aineissa on molekyylien välisiä vuorovaikutusvoimia. Ne pitävät hiukkaset yhdessä kidehilassa, ja ääniaallon on erittäin helppo levitä solmujensa läpi.
Ilmamolekyylit eivät ole yhteydessä toisiinsa, niitä erottaa suuret etäisyydet. Hiukkaset eivät hajoa jatkuvan ja epäsäännöllisen liikkeen sekä painovoiman vuoksi. Se on huomattu jo pitkään: mitä harvinaisempi ilma (esimerkiksi ilmakehän ylemmissä kerroksissa), sitä vähemmän äänen voimakkuus, voimakkuus. Kuussa vallitsee täydellinen hiljaisuus, ei siksi, ettei olisi mitään kuultavaa, vaan siksi, ettei ilmaa ole.
Kuinka äänia alto kulkee ilmassa
Meille suurin mielenkiinto on (akustisen) ääniaallon leviäminen ilmassa. Kun keho poikkeaa alkuasennostaan, se puristaa lähellä olevaa ilmaa toiselta puoleltaan. Toisa alta media on harvinainen. Palattuaan alkuperäiseen asentoonsa äänilähde poikkeaa toiselle puolelle ja puristaa siellä ilmaa. Tämä jatkuu, kunnes keho lakkaa liikkumasta.
Kuinka hiukkaset käyttäytyvät? Heidän kaoottiseen liikkeeseensä lisätään värähtelevä. Toisin kuin molekyylien jatkuvassa lämpöliikkeessä, värähtelyliikkeellä on yksi suunta. Ilmakerroksessajoka on kohtisuorassa kappaleen taipumissuuntaan nähden, hiukkaset alkavat työntää toisiaan. Ne liikkuvat äänilähteen kanssa samaan suuntaan. Siten ilman vaihtuva puristus-harvinaisuminen siirtyy ilmakerroksesta toiseen. Tämä on akustinen a alto. Äänen intensiteetti on arvo, joka riippuu aallon pääominaisuuksista - taajuudesta ja pituudesta.
Äänitaajuus
Aallon taajuus riippuu siitä, kuinka nopeasti äänilähde värisee. Kaikki kehot värähtelevät eri taajuuksilla, mutta kaikki taajuudet eivät ole havaintomme käytettävissä. Kuulemamme a altoja kutsutaan ääneksi. Akustisen aallon taajuus mitataan hertseinä (1 Hz vastaa 1 värähtelyä sekunnissa).
Paine- ja harvinaisilmakerrokset vuorottelevat. Aallonpituus on yhtä suuri kuin vierekkäisten kerrosten välinen etäisyys, joissa paine on sama. Ääni ei kulje loputtomasti, koska a alto heikkenee etäisyyden kasvaessa. Se, kuinka pitkä matka se kulkee, riippuu akustisen aallon pituudesta ja taajuudesta. Nämä suuret ovat suoraan verrannollisia: korkeataajuiset aallot ovat lyhyempiä kuin matalataajuiset. Puhumme korkeataajuisista äänistä, koska korkeat ja matalataajuiset aallot tuottavat matalia ääniä.
Äänen voimakkuuden taso riippuu suoraan akustisten värähtelyjen taajuudesta ja aallonpituudesta. Joten hyttysen vinkuminen kuuluu taajuudella 10 tuhatta Hz ja sen aallonpituus on vain 3,3 cm. Lehmän moukuminen on voimakasta ääntä, joka kuuluu vähintään 10 metrin päästä. Sen taajuus on 30 Hz.
Akustinen paine
Jokaisessa kerroksessaIlman, jonka äänia alto on saavuttanut, paine muuttuu joko ylös tai alas. Määrää, jolla se kasvaa verrattuna ilmanpaineeseen, kutsutaan akustiseksi (ääni)paineeksi.
Korvamme on hämmästyttävän herkkä. On vaikea uskoa, mutta se erottaa paineen muutoksen 0,01 miljoonasosa gramman pinta-alayksikköä kohti. Kahina synnyttää hyvin vähän painetta, se on yhtä suuri kuin 310-5 N/m2. Tämä arvo on 31010 kertaa pienempi kuin ilmanpaine. Osoittautuu, että ihmisen kuulo on tarkempi kuin kemialliset vaa'at. Fysiologit ovat tutkineet tärykalvon elastisuutta ja hiljaisimman äänen aiheuttamaa painetta. Verrattuaan tietoja he tulivat siihen tulokseen, että tärykalvo pullistuu etäisyydelle, joka on pienempi kuin atomin koko.
Äänen voimakkuus ja äänenpaine liittyvät suoraan toisiinsa. Kun keho värähtelee alhaisella taajuudella, se lisää painetta merkittävästi - ääni tulee voimakkaasta. Äänen intensiteetti (voimakkuus) on verrannollinen akustisen paineen neliöön.
Äänienergian virtaus
Vaihtelevataajuiset ja -voimaiset äänet määräytyvät äänienergian virtauksen mukaan. Äänia alto etenee kaikkiin suuntiin pallon muodossa. Mitä pidemmälle a alto kulkee, sitä heikommaksi se muuttuu. Sen kuljettama energia jakautuu kasvavalle alueelle - ääni vaimenee. Äänienergian neliö on kääntäen verrannollinen värähtelevän kappaleen etäisyyden neliöön.
Äänienergian virtaus on kineettisen energian määrä, joka kuljettaaa alto pinta-alalla sekunnissa. Tällä tarkoitetaan väliaineen pintaa, esimerkiksi ilmakerrosta, joka sijaitsee suorassa kulmassa elastisen aallon suuntaan nähden. Energiavirta mitataan watteina (W).
Äänen voima
Äänen voimakkuus (intensiteetti) on määrä, jonka löytämiseksi sinun on tiedettävä, mikä energiavirta on. Sen arvo tulee jakaa pinta-alalla, joka on kohtisuorassa aallon etenemiseen nähden (m2).
Äänen voimakkuus ilmaistaan kirjaimella I. (I0):n vähimmäisarvo on 10-12 W/m2. Mitä korkeampi intensiteetti, sitä kovemm alta ääni näyttää. Äänen voimakkuuden ja äänenvoimakkuuden riippuvuus todettiin empiirisesti. On havaittu, että kun intensiteettiä nostetaan 10 kertaa, äänenvoimakkuus kasvaa 10 desibeliä (db), kun taas 100 kertaa - 20 dB.
Kuultuvat ja kuulumattomat äänet
Fysiologia sallii ihmisen kuulla ääniä vain tietyissä rajoissa. Jos keho värähtelee taajuudella, joka on suurempi kuin 16-20 kilohertsiä (kHz) ja alle 16-20 Hz, korvamme ei pysty havaitsemaan sitä.
Äänen taajuus ja intensiteetti liittyvät toisiinsa. Korkeataajuuksiset ääniaallot välittävät hyvin vähän energiaa. Ei riitä, että akustista painetta muutetaan tarpeeksi saadakseen tärykalvomme värisemään. Tällaisten äänien sanotaan olevan kuulokynnyksen ulkopuolella.
A altoa, jonka taajuus on alle 16 tuhatta Hz, kutsutaan ultraääneksi. Tunnetuimmat olennot"puhu" ultraäänellä, nämä ovat delfiinejä ja lepakoita. Infraääni, vaikka emme kuule sitä, voi tietyllä voimakkuudella (190-200 dB) johtaa kuolemaan, koska se lisää painetta keuhkorakkuloissa liikaa.
Mielenkiintoista kyllä, eri taajuuksilla äänenvoimakkuuden ja äänenvoimakkuuden riippuvuus on erilainen. Keskitaajuuksilla (noin 1000 Hz) ihminen tuntee intensiteetin muutoksia vain 0,6 dB. Taajuustason rajoittaminen on täysin eri asia. Niistä voimme tuskin erottaa äänenvoimakkuuden muutosta 3 yksiköllä.
Äänien luokitus
Äänivoimakkuus mitataan W/m2, mutta desibeleitä käytetään äänien vertailuun keskenään ja vähimmäisvoimakkuustasolla.
Äänet on jaettu:
- erittäin heikko (0-20 dB);
- heikko (21-40 dB);
- kohtalainen (41-60 dB);
- äänellä (61-80 dB);
- erittäin kova (81-100 dB);
- kuuroa (yli 100 dB).
Kuvassa on esimerkkejä yleisimmistä vaihtelevan voimakkuuden äänistä.
Hyväksyttävät hinnat
Jatkuvaa tai pitkään jatkuvaa kohinaa kutsutaan taustameluksi. Asunnossa 20-30 dB on normaali taustamelutaso. Ihminen näkee sen hiljaisuutena. Myös 40 dB:n äänet ovat hyväksyttäviä, mutta 60 dB:n äänenvoimakkuus on hyväksyttävä toimistoissa ja laitoksissa. Pitkäaikainen altistuminen äänille, joiden äänenvoimakkuus on 70 dB, johtaakeskushermoston häiriöt. Juuri sellaisella äänekkyydellä katu "kuulostaa", ja vilkkailla kaduilla melu saavuttaa 85-90 dB. 100 dB:n äänet heikentävät kuuloa ja voivat johtaa täydelliseen kuulon menetykseen.
Äänivoimakkuus on arvo, jonka sallitut arvot on määrätty terveyssäännöissä ja määräyksissä (SanPiN). Ajanjakso, jonka aikana saa kytkeä äänekkäitä kodinkoneita päälle, puhua äänekkäästi, tehdä korjauksia jne., määräytyy rauhan ja hiljaisuuden turvaamisesta annetussa laissa. Se otetaan erikseen jokaiselta alueelta. Aika voi vaihdella alueittain: jossain päivätunnit alkavat klo 7.00 ja jossain klo 9.00. Esimerkiksi Moskovan alueella arkisin klo 21-8 ja viikonloppuisin klo 22-10 pidetään hiljaisena yöllä. Lisäksi on hiljainen tunti klo 13.00-15.00.
