Intenzitet zvuka je količina energije koju zvučni val prenosi u 1 sekundi kroz jediničnu površinu medija. Intenzitet ovisi o frekvenciji vala, o akustičkom tlaku. Kao što možete vidjeti, mnogi drugi koncepti povezani su s intenzitetom: zvučni val, njegova frekvencija, akustični tlak, protok zvučne energije. Kako bismo razumjeli što 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 potreban je još jedan uvjet: medij mora biti elastičan. Elastičnost je sposobnost otpora na kompresiju ili bilo koju drugu vrstu deformacije (ako govorimo o čvrstim tvarima). Da, čvrste tvari, tekućine, plinovi i zrak (kao mješavina različitih plinova) imaju elastičnost, ali u različitim stupnjevima.
Vrijednost elastičnostiodređen gustoćom. Poznato je da čvrsti mediji (drvo, metali, zemljina kora) puno bolje provode zvuk od tekućih. A ako usporedimo vodu i zrak, onda se u drugom mediju zvučni val najgore razilazi.
Elastičnost zraka i gušćih medija posljedica je različitih razloga. U tekućinama i čvrstim tvarima postoje sile međumolekularne interakcije. Oni drže čestice zajedno u kristalnoj rešetki i vrlo je lako da se zvučni val širi kroz njegove čvorove.
Molekule zraka nisu međusobno povezane, razdvojene su velikim udaljenostima. Čestice se ne raspršuju zbog neprekidnog i nestalnog gibanja, kao i gravitacije. Odavno je uočeno: što je zrak razrijeđeniji (na primjer, u gornjim slojevima atmosfere), to je jačina, glasnoća zvuka manja. Na Mjesecu vlada potpuna tišina, ne zato što nema ništa za zvuk, već zbog nedostatka zraka.
Kako zvučni val putuje zrakom
Najveći interes za nas je širenje zvučnog (akustičnog) vala u zraku. 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. To se nastavlja sve dok se tijelo ne prestane kretati.
Kako se ponašaju čestice? Njihovom kaotičnom kretanju dodaje se oscilatorno. Za razliku od konstantnog toplinskog gibanja molekula, vibracijsko gibanje ima jedan smjer. U sloju zrakakoji je okomit na smjer otklona tijela, čestice se počinju međusobno gurati. Kreću se s izvorom zvuka u istom smjeru. Dakle, naizmjenična kompresija-razrjeđivanje zraka prenosi se iz jednog sloja zraka u drugi. Ovo je akustični val. Intenzitet zvuka je vrijednost koja ovisi o glavnim karakteristikama vala - frekvenciji i duljini.
Zvučna frekvencija
Frekvencija vala ovisi o tome koliko brzo izvor zvuka vibrira. Sva tijela vibriraju različitim frekvencijama, ali nije svaka frekvencija dostupna našoj percepciji. Valovi koje čujemo nazivaju se zvukom. Frekvencija akustičnog vala mjeri se u hercima (1 Hz jednak je 1 oscilaciji u sekundi).
Izmjenjuju se slojevi komprimiranog i razrijeđenog zraka. Valna duljina jednaka je udaljenosti između susjednih slojeva u kojima je tlak isti. Zvuk ne putuje beskonačno jer val postaje sve slabiji kako se udaljenost povećava. Koliko daleko putuje ovisi o duljini i frekvenciji akustičnog vala. Te su količine izravno proporcionalne: visokofrekventni valovi su kraći od niskofrekventnih. Govorimo o visokofrekventnim zvukovima jer valovi visoke i niske frekvencije stvaraju niske zvukove.
Razina intenziteta zvuka izravno ovisi o frekvenciji akustičnih vibracija i valnoj duljini. Dakle, škripa komaraca zvuči frekvencijom od 10 tisuća Hz i ima valnu duljinu od samo 3,3 cm. Mukanje krave je intenzivan zvuk koji se može čuti s najmanje 10 metara. Njegova frekvencija je 30 Hz.
Akustični pritisak
U svakom slojuzraka koji je dosegao zvučni val, tlak se mijenja ili gore ili dolje. Iznos za koji se povećava u usporedbi s atmosferskim tlakom naziva se akustični (zvučni) tlak.
Naše uho je nevjerojatno osjetljivo. Teško je povjerovati, ali razlikuje promjenu tlaka od 0,01 milijuntog dijela grama po jedinici površine. Šuštanje stvara vrlo mali pritisak, jednako je 310-5 N/m2. Ova vrijednost je 31010 puta manja od atmosferskog tlaka. Pokazalo se da je ljudski sluh točniji od kemijskih vaga. Fiziolozi su proučavali elastičnost bubnjića i pritisak koji vrši najtiši zvuk. Nakon usporedbe podataka, došli su do zaključka da se bubna opna izboči na udaljenost manju od veličine atoma.
Intenzitet zvuka i zvučni tlak izravno su povezani. Kada tijelo vibrira na niskoj frekvenciji, značajno povećava pritisak - zvuk izlazi jak. Intenzitet (jačina) zvuka proporcionalan je kvadratu akustičnog tlaka.
Protok zvučne energije
Zvukovi različite frekvencije i intenziteta određeni su protokom zvučne energije. Zvučni val se širi u svim smjerovima u obliku lopte. Što val dalje ide, to postaje slabiji. Energija koju nosi raspoređuje se na sve veću površinu – zvuk jenjava. Kvadrat zvučne energije obrnuto je proporcionalan kvadratu udaljenosti do tijela koje vibrira.
Protok zvučne energije je količina kinetičke energije koju nosival preko površine u sekundi. To se odnosi na površinu medija, na primjer, sloj zraka koji se nalazi pod pravim kutom u odnosu na smjer elastičnog vala. Protok energije mjeri se u vatima (W).
Snaga zvuka
Jačina (intenzitet) zvuka je veličina, da biste je pronašli morate znati kakav je tok energije. Njegovu vrijednost treba podijeliti s površinom okomitom na širenje vala (u m2).
Intenzitet zvuka je označen slovom I. Minimalna vrijednost (I0) je 10-12 W/m2. Što je jači intenzitet, zvuk se čini glasnijim. Ovisnost jačine zvuka i glasnoće utvrđena je empirijski. Uočeno je da kada se intenzitet poveća za 10 puta, glasnoća se povećava za 10 decibela (db), kada za 100 puta - za 20 dB.
Čujni i nečujni zvukovi
Fiziologija dopušta 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 percipirati.
Frekvencija i intenzitet zvuka su povezani. Zvučni valovi visoke frekvencije prenose vrlo malo energije. Nije dovoljno promijeniti akustični pritisak dovoljno da bi naš bubnjić vibrirao. Za takve zvukove se kaže da su izvan praga sluha.
Val s frekvencijom manjom od 16 tisuća Hz naziva se ultrazvuk. Najpoznatija stvorenja"razgovarajte" s ultrazvukom, to su dupini i šišmiši. 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 ovisnost glasnoće i intenziteta zvuka različita. Na srednjim frekvencijama (oko 1000 Hz) osoba osjeća promjene u intenzitetu za samo 0,6 dB. Ograničavanje razine 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 usporedbu zvukova međusobno i s minimalnom razinom intenziteta.
Zvukovi se dijele na:
- vrlo slabo (0-20 dB);
- slab (21-40 dB);
- umjereno (41-60 dB);
- glasno (61-80 dB);
- vrlo glasno (81-100 dB);
- zaglušujući (više od 100 dB).
Slika prikazuje primjere najčešćih zvukova različitog intenziteta.
Prihvatljive cijene
Konstantna buka ili ona koja traje dulje vrijeme naziva se pozadinska buka. Za stan je 20-30 dB normalna razina pozadinske buke. Osoba to doživljava kao tišinu. Zvukovi od 40 dB također su prihvatljivi, ali glasnoća od 60 dB je prihvatljiva za urede i ustanove. Dugotrajno izlaganje zvukovima jačine 70 dB dovodi doporemećaji središnjeg živčanog sustava. Upravo takvom glasnoćom ulica "zvuči", a na prometnim ulicama buka doseže 85-90 dB. Zvukovi od 100 dB smanjuju sluh i mogu dovesti do potpunog gubitka sluha.
Jačina zvuka je vrijednost čije su dopuštene vrijednosti propisane sanitarnim pravilima i propisima (SanPiN). Vremensko razdoblje tijekom kojeg je dopušteno paliti bučne kućanske aparate, glasno razgovarati, vršiti popravke i sl. određeno je Zakonom o osiguravanju mira i tišine. Uzima se zasebno za svako područje. 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 danom i od 22:00 do 10:00 vikendom smatra se mirnim noću. Osim toga, postoji mirni sat od 13:00 do 15:00.
