Η ένταση ήχου είναι η ποσότητα ενέργειας που μεταφέρει ένα ηχητικό κύμα σε 1 δευτερόλεπτο μέσω μιας μονάδας επιφάνειας του μέσου. Η ένταση εξαρτάται από τη συχνότητα του κύματος, από την ακουστική πίεση. Όπως μπορείτε να δείτε, πολλές άλλες έννοιες συνδέονται με την ένταση: ένα ηχητικό κύμα, η συχνότητά του, η ακουστική πίεση, η ροή της ηχητικής ενέργειας. Για να καταλάβουμε τι είναι η ένταση, θα αναλύσουμε κάθε όρο που σχετίζεται με αυτόν λεπτομερώς.
Πώς εμφανίζεται ο ήχος
Ο ήχος μπορεί να προέρχεται από ένα δονούμενο σώμα. Πρέπει να δονείται αρκετά γρήγορα για να δημιουργήσει μια διαταραχή στο μέσο και να δημιουργήσει ένα ακουστικό κύμα. Ωστόσο, για την εμφάνισή του, μια ακόμη προϋπόθεση είναι απαραίτητη: το μέσο πρέπει να είναι ελαστικό. Ελαστικότητα είναι η ικανότητα αντίστασης στη συμπίεση ή σε κάθε άλλου είδους παραμόρφωση (αν μιλάμε για στερεά). Ναι, τα στερεά, τα υγρά, τα αέρια και ο αέρας (ως μείγμα διαφορετικών αερίων) έχουν ελαστικότητα, αλλά σε διαφορετικούς βαθμούς.
Τιμή ελαστικότηταςκαθορίζεται από την πυκνότητα. Είναι γνωστό ότι τα στερεά μέσα (ξύλο, μέταλλα, φλοιός της γης) μεταφέρουν τον ήχο πολύ καλύτερα από τα υγρά. Και αν συγκρίνουμε νερό και αέρα, τότε στο δεύτερο μέσο, το ηχητικό κύμα αποκλίνει χειρότερα.
Η ελαστικότητα του αέρα και τα πυκνότερα μέσα οφείλονται σε διαφορετικούς λόγους. Στα υγρά και τα στερεά υπάρχουν δυνάμεις διαμοριακής αλληλεπίδρασης. Συγκρατούν τα σωματίδια μαζί σε ένα κρυσταλλικό πλέγμα και είναι πολύ εύκολο για ένα ηχητικό κύμα να διαδοθεί στους κόμβους του.
Τα μόρια του αέρα δεν συνδέονται μεταξύ τους, χωρίζονται από μεγάλες αποστάσεις. Τα σωματίδια δεν διαχέονται λόγω συνεχούς και ασταθούς κίνησης, καθώς και λόγω της βαρύτητας. Έχει παρατηρηθεί από καιρό: όσο πιο σπάνιος είναι ο αέρας (για παράδειγμα, στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας), τόσο μικρότερη είναι η ένταση, η ένταση του ήχου. Επικρατεί απόλυτη σιωπή στο φεγγάρι, όχι επειδή δεν υπάρχει τίποτα να ακουστεί, αλλά λόγω έλλειψης αέρα.
Πώς ένα ηχητικό κύμα ταξιδεύει στον αέρα
Το μεγαλύτερο ενδιαφέρον για εμάς είναι η διάδοση ενός ηχητικού (ακουστικού) κύματος στον αέρα. Όταν το σώμα αποκλίνει από την αρχική του θέση, συμπιέζει τον κοντινό αέρα στη μία πλευρά του. Από την άλλη, το μέσο είναι σπάνιο. Επιστρέφοντας στην αρχική της θέση, η πηγή ήχου αποκλίνει προς την άλλη πλευρά και συμπιέζει τον αέρα εκεί. Αυτό συνεχίζεται έως ότου το σώμα σταματήσει να κινείται.
Πώς συμπεριφέρονται τα σωματίδια; Στη χαοτική κίνησή τους προστίθεται μια ταλαντευτική. Σε αντίθεση με τη σταθερή θερμική κίνηση των μορίων, η δονητική κίνηση έχει μία κατεύθυνση. Σε ένα στρώμα αέραπου είναι κάθετη προς την κατεύθυνση εκτροπής του σώματος, τα σωματίδια αρχίζουν να σπρώχνουν το ένα το άλλο. Κινούνται με την πηγή ήχου προς την ίδια κατεύθυνση. Έτσι, η εναλλασσόμενη συμπίεση-σπανίωση του αέρα μεταδίδεται από το ένα στρώμα αέρα στο άλλο. Αυτό είναι το ακουστικό κύμα. Η ένταση του ήχου είναι μια τιμή που εξαρτάται από τα κύρια χαρακτηριστικά του κύματος - συχνότητα και μήκος.
Συχνότητα ήχου
Η συχνότητα του κύματος εξαρτάται από το πόσο γρήγορα δονείται η πηγή ήχου. Όλα τα σώματα δονούνται με διαφορετικές συχνότητες, αλλά δεν είναι διαθέσιμη κάθε συχνότητα στην αντίληψή μας. Τα κύματα που ακούμε ονομάζονται ήχος. Η συχνότητα ενός ακουστικού κύματος μετριέται σε hertz (1 Hz ισούται με 1 ταλάντωση ανά δευτερόλεπτο).
Στρώματα πεπιεσμένου και αραιωμένου αέρα εναλλάσσονται. Το μήκος κύματος είναι ίσο με την απόσταση μεταξύ γειτονικών στρωμάτων στα οποία η πίεση είναι ίδια. Ο ήχος δεν ταξιδεύει επ' αόριστον επειδή το κύμα εξασθενεί όσο αυξάνεται η απόσταση. Το πόσο μακριά θα διανύσει εξαρτάται από το μήκος και τη συχνότητα του ακουστικού κύματος. Αυτές οι ποσότητες είναι ευθέως ανάλογες: τα κύματα υψηλής συχνότητας είναι μικρότερα από τα κύματα χαμηλής συχνότητας. Μιλάμε για ήχους υψηλής συχνότητας καθώς τα κύματα υψηλής και χαμηλής συχνότητας παράγουν χαμηλούς ήχους.
Το επίπεδο της έντασης του ήχου εξαρτάται άμεσα από τη συχνότητα των ακουστικών δονήσεων και το μήκος κύματος. Ακούγεται λοιπόν ένα τρίξιμο κουνουπιού με συχνότητα 10 χιλιάδων Hz και έχει μήκος κύματος μόλις 3,3 εκ. Το μουγκρητό μιας αγελάδας είναι ένας έντονος ήχος που ακούγεται από τουλάχιστον 10 μέτρα. Η συχνότητά του είναι 30 Hz.
Ακουστική πίεση
Σε κάθε στρώματον αέρα που έχει φτάσει το ηχητικό κύμα, η πίεση αλλάζει είτε προς τα πάνω είτε προς τα κάτω. Η ποσότητα κατά την οποία αυξάνεται σε σύγκριση με την ατμοσφαιρική πίεση ονομάζεται ακουστική (ηχητική) πίεση.
Το αυτί μας είναι εκπληκτικά ευαίσθητο. Είναι δύσκολο να το πιστέψει κανείς, αλλά κάνει διάκριση μεταξύ μιας αλλαγής πίεσης κατά 0,01 εκατομμυριοστό του γραμμαρίου ανά μονάδα επιφάνειας. Το θρόισμα δημιουργεί πολύ μικρή πίεση, ισούται με 310-5 N/m2. Αυτή η τιμή είναι 31010 φορές μικρότερη από την ατμοσφαιρική πίεση. Αποδεικνύεται ότι η ανθρώπινη ακοή είναι πιο ακριβής από τις χημικές κλίμακες. Οι φυσιολόγοι έχουν μελετήσει την ελαστικότητα της τυμπανικής μεμβράνης και την πίεση που ασκεί ο πιο ήσυχος ήχος. Αφού συνέκριναν τα δεδομένα, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η τυμπανική μεμβράνη διογκώνεται σε απόσταση μικρότερη από το μέγεθος ενός ατόμου.
Η ένταση του ήχου και η ηχητική πίεση σχετίζονται άμεσα. Όταν το σώμα δονείται σε χαμηλή συχνότητα, αυξάνει σημαντικά την πίεση - ο ήχος βγαίνει δυνατός. Η ένταση (ισχύς) του ήχου είναι ανάλογη με το τετράγωνο της ακουστικής πίεσης.
Ηχητική ροή ενέργειας
Οι ήχοι ποικίλης συχνότητας και έντασης καθορίζονται από τη ροή της ηχητικής ενέργειας. Το ηχητικό κύμα διαδίδεται προς όλες τις κατευθύνσεις με τη μορφή μπάλας. Όσο περισσότερο ταξιδεύει το κύμα, τόσο πιο αδύναμο γίνεται. Η ενέργεια που μεταφέρει κατανέμεται σε μια αυξανόμενη περιοχή - ο ήχος υποχωρεί. Το τετράγωνο της ηχητικής ενέργειας είναι αντιστρόφως ανάλογο με το τετράγωνο της απόστασης από το δονούμενο σώμα.
Η ροή της ηχητικής ενέργειας είναι η ποσότητα της κινητικής ενέργειας που μεταφέρεικύμα σε μια επιφάνεια ανά δευτερόλεπτο. Αυτό αναφέρεται στην επιφάνεια του μέσου, για παράδειγμα, ένα στρώμα αέρα που βρίσκεται σε ορθή γωνία προς την κατεύθυνση του ελαστικού κύματος. Η ροή ενέργειας μετριέται σε watt (W).
Δύναμη του ήχου
Η ισχύς (ένταση) του ήχου είναι μια ποσότητα, για να βρείτε την οποία πρέπει να ξέρετε ποια είναι η ροή της ενέργειας. Η τιμή του πρέπει να διαιρεθεί με το εμβαδόν επιφανείας κάθετα στη διάδοση του κύματος (σε m2).
Η ένταση ήχου υποδεικνύεται με το γράμμα I. Η ελάχιστη τιμή του (I0) είναι 10-12 W/m2. Όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση, τόσο πιο δυνατός εμφανίζεται ο ήχος. Η εξάρτηση της ισχύος του ήχου και της έντασης καθιερώθηκε εμπειρικά. Έχει παρατηρηθεί ότι όταν η ένταση αυξάνεται κατά 10 φορές, η ένταση αυξάνεται κατά 10 ντεσιμπέλ (db), όταν κατά 100 φορές - κατά 20 dB.
Ακούγονται και μη ακούγονται ήχοι
Η φυσιολογία επιτρέπει σε ένα άτομο να ακούει ήχους μόνο εντός ορισμένων ορίων. Εάν το σώμα δονείται σε συχνότητα μεγαλύτερη από 16-20 kilohertz (kHz) και μικρότερη από 16-20 Hz, το αυτί μας δεν θα μπορεί να το αντιληφθεί.
Η συχνότητα και η ένταση του ήχου σχετίζονται. Τα ηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας μεταδίδουν πολύ λίγη ενέργεια. Δεν αρκεί να αλλάξουμε αρκετά την ακουστική πίεση για να δονείται το τύμπανο του αυτιού μας. Τέτοιοι ήχοι λέγεται ότι είναι πέρα από το κατώφλι της ακοής.
Ένα κύμα με συχνότητα μικρότερη από 16 χιλιάδες Hz ονομάζεται υπερηχογράφημα. Τα πιο διάσημα πλάσματα«Συζήτηση» με υπερήχους, αυτά είναι δελφίνια και νυχτερίδες. Ο υπέρηχος, αν και δεν τον ακούμε, σε μια ορισμένη ένταση (190-200 dB) μπορεί να οδηγήσει σε θάνατο, επειδή αυξάνει υπερβολικά την πίεση στις πνευμονικές κυψελίδες.
Είναι ενδιαφέρον ότι σε διαφορετικές συχνότητες, η εξάρτηση της έντασης του ήχου και της έντασης του ήχου είναι διαφορετική. Σε μεσαίες συχνότητες (περίπου 1000 Hz), ένα άτομο αισθάνεται αλλαγές στην ένταση μόνο κατά 0,6 dB. Ο περιορισμός των επιπέδων συχνότητας είναι εντελώς διαφορετικό θέμα. Σε αυτά, μετά βίας μπορούμε να διακρίνουμε μια αλλαγή στην ένταση του ήχου κατά 3 μονάδες.
Ταξινόμηση ήχων
Η ένταση ήχου μετριέται σε W/m2, ωστόσο, τα ντεσιμπέλ χρησιμοποιούνται για τη σύγκριση των ήχων μεταξύ τους και με ένα ελάχιστο επίπεδο έντασης.
Οι ήχοι χωρίζονται σε:
- πολύ αδύναμο (0-20 dB);
- ασθενές (21-40 dB);
- μέτρια (41-60 dB);
- δυνατά (61-80 dB);
- πολύ δυνατά (81-100 dB);
- κωφητικό (πάνω από 100 dB).
Η εικόνα δείχνει παραδείγματα των πιο συνηθισμένων ήχων ποικίλης έντασης.
Αποδεκτές τιμές
Ο σταθερός ή αυτός που παραμένει για μεγάλο χρονικό διάστημα ονομάζεται θόρυβος παρασκηνίου. Για ένα διαμέρισμα, τα 20-30 dB είναι ένα κανονικό επίπεδο θορύβου περιβάλλοντος. Εκλαμβάνεται από ένα άτομο ως σιωπή. Οι ήχοι των 40 dB είναι επίσης αποδεκτοί, αλλά η ένταση των 60 dB είναι αποδεκτή για γραφεία και ιδρύματα. Η παρατεταμένη έκθεση σε ήχους με ένταση 70 dB οδηγεί σεδιαταραχές του κεντρικού νευρικού συστήματος. Είναι με τέτοια ένταση που «ακούγεται» ο δρόμος και σε πολυσύχναστες λεωφόρους ο θόρυβος φτάνει τα 85-90 dB. Οι ήχοι των 100 dB μειώνουν την ακοή και μπορεί να οδηγήσουν σε πλήρη απώλεια ακοής.
Η ένταση ήχου είναι μια τιμή της οποίας οι επιτρεπόμενες τιμές καθορίζονται στους υγειονομικούς κανόνες και κανονισμούς (SanPiN). Η χρονική περίοδος κατά την οποία επιτρέπεται η ενεργοποίηση των θορυβωδών οικιακών συσκευών, η θορυβώδης ομιλία, η πραγματοποίηση επισκευών κ.λπ. καθορίζεται από τον Νόμο για την εξασφάλιση της ειρήνης και της ησυχίας. Λαμβάνεται ξεχωριστά για κάθε περιοχή. Η ώρα σε κάθε περιοχή μπορεί να διαφέρει: κάπου οι ώρες της ημέρας ξεκινούν στις 7:00 π.μ. και κάπου στις 9:00. Για παράδειγμα, στην περιοχή της Μόσχας, το διάστημα από τις 21:00 έως τις 8:00 τις καθημερινές και από τις 22:00 έως τις 10:00 τα σαββατοκύριακα θεωρείται ότι είναι ήσυχο τη νύχτα. Επιπλέον, υπάρχει μια ώρα ησυχίας από τις 13:00 έως τις 15:00.
