Intenzitet zvuka je količina energije koju zvučni talas prenosi u 1 sekundi kroz jediničnu površinu medija. Intenzitet zavisi od frekvencije talasa, od akustičkog pritiska. Kao što vidite, mnogi drugi koncepti su povezani sa intenzitetom: zvučni val, njegova frekvencija, akustični pritisak, tok zvučne energije. Da bismo razumjeli šta je intenzitet, detaljno ćemo raščlaniti svaki pojam povezan s njim.
Kako se pojavljuje zvuk
Zvuk može doći iz tijela koje vibrira. Mora vibrirati dovoljno brzo da stvori poremećaj u mediju i generira akustični val. Međutim, za njegovu pojavu neophodan je još jedan uvjet: medij mora biti elastičan. Elastičnost je sposobnost da se odupre kompresiji ili bilo kojoj drugoj vrsti deformacije (ako govorimo o čvrstim materijama). Da, čvrste materije, tečnosti, gasovi i vazduh (kao mešavina različitih gasova) imaju elastičnost, ali u različitom stepenu.
Vrijednost elastičnostiodređena gustinom. Poznato je da čvrsti mediji (drvo, metali, zemljina kora) provode zvuk mnogo bolje od tekućih. A ako uporedimo vodu i vazduh, onda u drugom mediju, zvučni talas se najgore razilazi.
Elastičnost zraka i gušćih medija nastaje iz različitih razloga. U tečnostima i čvrstim materijama postoje sile međumolekularne interakcije. Oni drže čestice zajedno u kristalnoj rešetki i vrlo je lako da se zvučni talas širi kroz svoje čvorove.
Molekuli vazduha nisu međusobno povezani, oni su razdvojeni velikim razdaljinama. Čestice se ne raspršuju zbog neprekidnog i nestalnog kretanja, kao i gravitacije. Odavno je primijećeno: što je zrak razrijeđeniji (na primjer, u gornjim slojevima atmosfere), to je manji intenzitet, jačina zvuka. Na Mesecu vlada potpuna tišina, ne zato što nema šta da zvuči, već zbog nedostatka vazduha.
Kako zvučni talas putuje kroz vazduh
Najveći interes za nas je širenje zvučnog (akustičnog) talasa u vazduhu. Kada tijelo odstupi od svog početnog položaja, ono komprimira obližnji zrak s jedne strane sebe. S druge strane, medij je razrijeđen. Vraćajući se u prvobitni položaj, izvor zvuka skreće na drugu stranu i tamo komprimira zrak. Ovo se nastavlja sve dok tijelo ne prestane da se kreće.
Kako se ponašaju čestice? Njihovom haotičnom kretanju dodaje se oscilatorni. Za razliku od konstantnog termičkog kretanja molekula, vibracijsko kretanje ima jedan smjer. U sloju vazduhakoja je okomita na pravac otklona tijela, čestice počinju gurati jedna drugu. Kreću se sa izvorom zvuka u istom smjeru. Dakle, naizmjenična kompresija-razrjeđivanje zraka prenosi se iz jednog sloja zraka u drugi. Ovo je akustični talas. Intenzitet zvuka je vrijednost koja zavisi od glavnih karakteristika talasa - frekvencije i dužine.
Frekvencija zvuka
Frekvencija talasa zavisi od toga koliko brzo vibrira izvor zvuka. Sva tijela vibriraju različitim frekvencijama, ali nije svaka frekvencija dostupna našoj percepciji. Talasi koje čujemo nazivaju se zvukom. Frekvencija akustičnog talasa se meri u hercima (1 Hz je jednaka 1 oscilaciji u sekundi).
Slojevi komprimovanog i razrijeđenog zraka se izmjenjuju. Talasna dužina jednaka je udaljenosti između susjednih slojeva u kojima je pritisak isti. Zvuk ne putuje beskonačno jer val postaje slabiji kako se udaljenost povećava. Koliko daleko putuje zavisi od dužine i frekvencije akustičnog talasa. Ove količine su direktno proporcionalne: visokofrekventni talasi su kraći od niskofrekventnih. Govorimo o visokofrekventnim zvucima jer valovi visoke, niske frekvencije stvaraju niske zvukove.
Nivo intenziteta zvuka direktno zavisi od frekvencije akustičnih vibracija i talasne dužine. Dakle, škripa komaraca zvuči frekvencijom od 10 hiljada Hz i ima talasnu dužinu od samo 3,3 cm. Mukanje krave je intenzivan zvuk koji se može čuti sa najmanje 10 metara. Njegova frekvencija je 30 Hz.
Akustični pritisak
U svakom slojuvazduha koji je dosegao zvučni talas, pritisak se menja ili gore ili dole. Iznos za koji se povećava u poređenju sa atmosferskim pritiskom naziva se akustični (zvučni) pritisak.
Naše uho je neverovatno osetljivo. Teško je povjerovati, ali razlikuje se između promjene pritiska od 0,01 milionitog dijela grama po jedinici površine. Šuštanje stvara vrlo mali pritisak, jednako je 310-5 N/m2. Ova vrijednost je 31010 puta manja od atmosferskog pritiska. Ispostavilo se da je ljudski sluh tačniji od hemijskih vaga. Fiziolozi su proučavali elastičnost bubne opne i pritisak koji vrši najtiši zvuk. Nakon upoređivanja podataka, došli su do zaključka da bubna opna izboči na udaljenosti koja je manja od veličine atoma.
Intenzitet zvuka i zvučni pritisak su direktno povezani. Kada tijelo vibrira na niskoj frekvenciji, to značajno povećava pritisak - zvuk izlazi jak. Intenzitet (jačina) zvuka je proporcionalan kvadratu akustičnog pritiska.
Protok zvučne energije
Zvukovi različite frekvencije i intenziteta određeni su protokom zvučne energije. Zvučni val se širi u svim smjerovima u obliku lopte. Što se talas dalje kreće, to postaje slabiji. Energija koju nosi raspoređuje se na sve veću površinu - zvuk jenjava. Kvadrat zvučne energije je obrnuto proporcionalan kvadratu udaljenosti do tijela koje vibrira.
Protok zvučne energije je količina kinetičke energije koju nositalasa preko površine u sekundi. To se odnosi na površinu medija, na primjer, sloj zraka koji se nalazi pod pravim uglom u odnosu na smjer elastičnog vala. Protok energije se mjeri u vatima (W).
Snaga zvuka
Jačina (intenzitet) zvuka je veličina, da biste je pronašli morate znati kakav je tok energije. Njegovu vrijednost treba podijeliti sa površinom okomitom na prostiranje talasa (u m2).
Intenzitet zvuka je označen slovom I. Minimalna vrijednost (I0) je 10-12 W/m2. Što je jači intenzitet, zvuk je glasniji. Empirijski je utvrđena zavisnost jačine zvuka i glasnoće. Uočeno je da kada se intenzitet poveća za 10 puta, jačina se povećava za 10 decibela (db), kada za 100 puta - za 20 dB.
Čujni i nečujni zvuci
Fiziologija dozvoljava osobi da čuje zvukove samo u određenim granicama. Ako tijelo vibrira na frekvenciji većoj od 16-20 kiloherca (kHz) i manjoj od 16-20 Hz, naše uho to neće moći primijetiti.
Frekvencija i intenzitet zvuka su povezani. Zvučni talasi visoke frekvencije prenose vrlo malo energije. Nije dovoljno promijeniti akustični pritisak dovoljno da bi naša bubna opna vibrirala. Za takve zvukove se kaže da su izvan praga čujnosti.
Talas sa frekvencijom manjom od 16 hiljada Hz naziva se ultrazvuk. Najpoznatija stvorenja"razgovarajte" sa ultrazvukom, to su delfini i slepi miševi. Infrazvuk, iako ga ne čujemo, pri određenom intenzitetu (190-200 dB) može dovesti do smrti, jer previše povećava pritisak u plućnim alveolama.
Zanimljivo je da je pri različitim frekvencijama zavisnost glasnoće i intenziteta zvuka različita. Na srednjim frekvencijama (oko 1000 Hz) osoba osjeća promjenu intenziteta za samo 0,6 dB. Ograničavanje nivoa frekvencije je sasvim druga stvar. Na njima jedva možemo razlikovati promjenu intenziteta zvuka za 3 jedinice.
Klasifikacija zvukova
Intenzitet zvuka se mjeri u W/m2, međutim, decibeli se koriste za poređenje zvukova međusobno i sa minimalnim nivoom intenziteta.
Zvukovi su podijeljeni na:
- veoma slabo (0-20 dB);
- slab (21-40 dB);
- umjereno (41-60 dB);
- glasno (61-80 dB);
- veoma glasno (81-100 dB);
- zaglušujući (više od 100 dB).
Slika prikazuje primjere najčešćih zvukova različitog intenziteta.
Prihvatljive cijene
Konstantna buka ili ona koja traje dugo vremena naziva se pozadinska buka. Za stan, 20-30 dB je normalan nivo pozadinske buke. Osoba to doživljava kao tišinu. Zvuci od 40 dB su takođe prihvatljivi, ali jačina od 60 dB je prihvatljiva za kancelarije i institucije. Produžena izloženost zvukovima jačine od 70 dB dovodi doporemećaji centralnog nervnog sistema. Sa takvom glasnoćom ulica "zvuči", a na prometnim ulicama buka dostiže 85-90 dB. Zvukovi od 100 dB smanjuju sluh i mogu dovesti do potpunog gubitka sluha.
Intenzitet zvuka je vrijednost čije su dozvoljene vrijednosti propisane sanitarnim pravilima i propisima (SanPiN). Vremenski period tokom kojeg je dozvoljeno paliti bučne kućne aparate, glasno razgovarati, vršiti popravke i sl. određeno je Zakonom o obezbjeđivanju mira i tišine. Uzima se posebno za svaku oblast. Vrijeme u svakoj regiji može se razlikovati: negdje dnevni sati počinju u 7:00, a negdje u 9:00. Na primjer, u moskovskoj regiji, interval od 21:00 do 8:00 radnim danima i od 22:00 do 10:00 vikendom se smatra mirnim noću. Osim toga, postoji mirni sat od 13:00 do 15:00.
