Intenzita zvuku je množstvo energie, ktorú zvuková vlna prenesie za 1 sekundu cez jednotku plochy média. Intenzita závisí od frekvencie vlnenia, od akustického tlaku. Ako vidíte, s intenzitou sa spája mnoho ďalších pojmov: zvuková vlna, jej frekvencia, akustický tlak, tok zvukovej energie. Aby sme pochopili, čo je intenzita, podrobne rozoberieme každý s ňou spojený výraz.
Ako vyzerá zvuk
Zvuk môže vychádzať z vibrujúceho tela. Musí vibrovať dostatočne rýchlo, aby vytvorilo rušenie v médiu a vytvorilo akustickú vlnu. Pre jeho výskyt je však potrebná ešte jedna podmienka: médium musí byť elastické. Elasticita je schopnosť odolávať stlačeniu alebo akémukoľvek inému druhu deformácie (ak hovoríme o pevných látkach). Áno, pevné látky, kvapaliny, plyny a vzduch (ako zmes rôznych plynov) majú elasticitu, ale v rôznej miere.
Hodnota elasticityurčená hustotou. Je známe, že pevné médiá (drevo, kovy, zemská kôra) vedú zvuk oveľa lepšie ako tekuté. A ak porovnáme vodu a vzduch, tak v druhom médiu sa zvuková vlna rozchádza najhoršie.
Pružnosť vzduchu a hustejšieho média je spôsobená rôznymi dôvodmi. V kvapalinách a pevných látkach existujú sily medzimolekulovej interakcie. Držia častice pohromade v kryštálovej mriežke a zvuková vlna sa veľmi ľahko šíri cez jej uzly.
Molekuly vzduchu nie sú navzájom spojené, sú oddelené veľkými vzdialenosťami. Častice sa nerozptyľujú v dôsledku nepretržitého a nepravidelného pohybu, ako aj gravitácie. Dávno sa to všimlo: čím je vzduch redší (napríklad v horných vrstvách atmosféry), tým menšia je intenzita, hlasitosť zvuku. Na Mesiaci je úplné ticho, nie preto, že by nebolo čo počuť, ale pre nedostatok vzduchu.
Ako sa zvuková vlna šíri vzduchom
Najviac nás zaujíma šírenie zvukovej (akustickej) vlny vo vzduchu. Keď sa telo odchýli zo svojej pôvodnej polohy, stlačí blízky vzduch na jednej strane seba. Na druhej strane je médium redšie. Po návrate do pôvodnej polohy sa zdroj zvuku odchýli na druhú stranu a tam stlačí vzduch. Toto pokračuje, kým sa telo neprestane hýbať.
Ako sa správajú častice? K ich chaotickému pohybu sa pridáva ešte jeden oscilačný. Na rozdiel od konštantného tepelného pohybu molekúl má vibračný pohyb jeden smer. Vo vrstve vzduchuktorá je kolmá na smer vychýlenia telesa, častice sa začnú navzájom tlačiť. Pohybujú sa so zdrojom zvuku rovnakým smerom. Takto sa striedavé stláčanie-zriedkavosť vzduchu prenáša z jednej vrstvy vzduchu do druhej. Toto je akustická vlna. Intenzita zvuku je hodnota, ktorá závisí od hlavných charakteristík vlny – frekvencie a dĺžky.
Frekvencia zvuku
Frekvencia vĺn závisí od toho, ako rýchlo zdroj zvuku vibruje. Všetky telá vibrujú rôznymi frekvenciami, no nie každá frekvencia je dostupná nášmu vnímaniu. Vlny, ktoré počujeme, sa nazývajú zvuk. Frekvencia akustickej vlny sa meria v hertzoch (1 Hz sa rovná 1 oscilácii za sekundu).
Striedajú sa vrstvy stlačeného a riedeného vzduchu. Vlnová dĺžka sa rovná vzdialenosti medzi susednými vrstvami, v ktorých je rovnaký tlak. Zvuk sa nešíri donekonečna, pretože so zväčšujúcou sa vzdialenosťou je vlna slabšia. Ako ďaleko sa dostane, závisí od dĺžky a frekvencie akustickej vlny. Tieto veličiny sú priamo úmerné: vysokofrekvenčné vlny sú kratšie ako nízkofrekvenčné. Hovoríme o vysokofrekvenčných zvukoch, keďže vysoko, nízkofrekvenčné vlny generujú nízke zvuky.
Úroveň intenzity zvuku je priamo závislá od frekvencie akustických vibrácií a vlnovej dĺžky. Takže škrekot komára znie s frekvenciou 10 000 Hz a má vlnovú dĺžku len 3,3 cm. Bučanie kravy je intenzívny zvuk, ktorý je počuť aspoň na 10 metrov. Jeho frekvencia je 30 Hz.
Akustický tlak
V každej vrstvevzduchu, ktorý zvuková vlna dosiahla, sa tlak mení buď nahor alebo nadol. Množstvo, o ktoré sa zvýši v porovnaní s atmosférickým tlakom, sa nazýva akustický (akustický) tlak.
Naše ucho je úžasne citlivé. Je ťažké uveriť, ale rozlišuje medzi zmenou tlaku 0,01 milióntiny gramu na jednotku plochy. Šuchot vytvára veľmi malý tlak, rovná sa 310-5 N/m2. Táto hodnota je 31010 krát menšia ako atmosférický tlak. Ukazuje sa, že ľudský sluch je presnejší ako chemické váhy. Fyziológovia študovali elasticitu tympanickej membrány a tlak vyvíjaný najtichším zvukom. Po porovnaní údajov dospeli k záveru, že tympanická membrána sa vydúva do vzdialenosti, ktorá je menšia ako veľkosť atómu.
Intenzita zvuku a akustický tlak spolu priamo súvisia. Keď telo vibruje na nízkej frekvencii, výrazne zvyšuje tlak - zvuk je silný. Intenzita (sila) zvuku je úmerná druhej mocnine akustického tlaku.
Tok zvukovej energie
Zvuky s rôznou frekvenciou a intenzitou sú určené tokom zvukovej energie. Zvuková vlna sa šíri všetkými smermi vo forme gule. Čím ďalej vlna postupuje, tým je slabšia. Energia, ktorú nesie, sa rozdeľuje na zväčšujúcu sa plochu – zvuk ustupuje. Druhá mocnina zvukovej energie je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti od vibrujúceho tela.
Tok zvukovej energie je množstvo kinetickej energie, ktorú prenášavlny na ploche za sekundu. Vzťahuje sa to na povrch média, napríklad vrstvu vzduchu umiestnenú v pravom uhle k smeru elastickej vlny. Tok energie sa meria vo wattoch (W).
Sila zvuku
Sila (intenzita) zvuku je veličina, na jej nájdenie potrebujete vedieť, čo je tok energie. Jeho hodnota by mala byť vydelená plochou povrchu kolmou na šírenie vlny (v m2).
Intenzita zvuku je označená písmenom I. Minimálna hodnota (I0) je 10-12 W/m2. Čím vyššia je intenzita, tým je zvuk hlasnejší. Závislosť sily zvuku a hlasitosti bola stanovená empiricky. Bolo pozorované, že keď sa intenzita zvýši 10-krát, hlasitosť sa zvýši o 10 decibelov (db), keď 100-krát - o 20 dB.
Počuteľné a nepočuteľné zvuky
Fyziológia umožňuje človeku počuť zvuky len v rámci určitých limitov. Ak telo vibruje na frekvencii vyššej ako 16-20 kilohertz (kHz) a nižšej ako 16-20 Hz, naše ucho to nebude schopné vnímať.
Frekvencia a intenzita zvuku spolu súvisia. Vysokofrekvenčné zvukové vlny prenášajú veľmi málo energie. Nestačí zmeniť akustický tlak natoľko, aby nám rozvibroval ušný bubienok. O takýchto zvukoch sa hovorí, že sú za hranicou počuteľnosti.
Vlna s frekvenciou menšou ako 16 tisíc Hz sa nazýva ultrazvuk. Najznámejšie stvorenia„hovorte“s ultrazvukom, to sú delfíny a netopiere. Infrazvuk, hoci ho nepočujeme, pri určitej intenzite (190-200 dB) môže viesť k smrti, pretože príliš zvyšuje tlak v pľúcnych alveolách.
Zaujímavé je, že pri rôznych frekvenciách je závislosť hlasitosti a intenzity zvuku rôzna. Pri stredných frekvenciách (asi 1000 Hz) človek pociťuje zmeny intenzity len o 0,6 dB. Obmedzenie úrovní frekvencie je úplne iná záležitosť. Na nich sotva rozlíšime zmenu intenzity zvuku o 3 jednotky.
Klasifikácia zvukov
Intenzita zvuku sa meria vo W/m2, avšak na porovnanie zvukov medzi sebou a s minimálnou úrovňou intenzity sa používajú decibely.
Zvuky sa delia na:
- veľmi slabé (0-20 dB);
- slabé (21-40 dB);
- mierne (41-60 dB);
- hlasný (61-80 dB);
- veľmi hlasno (81 – 100 dB);
- ohlušujúce (viac ako 100 dB).
Na obrázku sú príklady najbežnejších zvukov rôznej intenzity.
Prijateľné sadzby
Konštantný šum alebo taký, ktorý pretrváva dlhú dobu, sa nazýva hluk pozadia. Pre byt je 20-30 dB normálna hladina hluku pozadia. Človek to vníma ako ticho. Prijateľné sú aj zvuky 40 dB, ale pre kancelárie a inštitúcie je prijateľná aj hlasitosť 60 dB. Dlhodobé vystavenie zvukom s hlasitosťou 70 dB vedie kporuchy centrálneho nervového systému. Práve s takou hlasitosťou ulica „znie“a na rušných uliciach hluk dosahuje 85-90 dB. Zvuky s intenzitou 100 dB znižujú sluch a môžu viesť k úplnej strate sluchu.
Intenzita zvuku je hodnota, ktorej prípustné hodnoty sú predpísané v hygienických predpisoch a nariadeniach (SanPiN). Dobu, počas ktorej je dovolené zapínať hlučné domáce spotrebiče, nahlas rozprávať, vykonávať opravy a pod., určuje zákon o zabezpečení pokoja a ticha. Berie sa osobitne pre každú oblasť. Čas v každom regióne sa môže líšiť: niekde sa denné hodiny začínajú o 7:00 a niekde o 9:00. Napríklad v moskovskom regióne sa za nočný pokoj považuje interval od 21:00 do 8:00 počas pracovných dní a od 22:00 do 10:00 cez víkend. Okrem toho je od 13:00 do 15:00 hodina pokoja.
