L'intensità del suono è la quantità di energia che un'onda sonora trasferisce in 1 secondo attraverso un'area unitaria del mezzo. L'intensità dipende dalla frequenza dell'onda, dalla pressione acustica. Come puoi vedere, molti altri concetti sono associati all'intensità: un'onda sonora, la sua frequenza, la pressione acustica, il flusso di energia sonora. Per capire quale sia l'intensità, analizzeremo in dettaglio ogni termine ad esso associato.
Come appare il suono
Il suono può provenire da un corpo vibrante. Deve vibrare abbastanza velocemente da creare un disturbo nel mezzo e generare un'onda acustica. Tuttavia, per il suo verificarsi, è necessaria un' altra condizione: il mezzo deve essere elastico. L'elasticità è la capacità di resistere alla compressione oa qualsiasi altro tipo di deformazione (se si parla di solidi). Sì, solidi, liquidi, gas e aria (come una miscela di diversi gas) hanno elasticità, ma in misura diversa.
Valore di elasticitàdeterminato dalla densità. È noto che i mezzi solidi (legno, metalli, crosta terrestre) conducono il suono molto meglio di quelli liquidi. E se confrontiamo l'acqua e l'aria, allora nel secondo mezzo, l'onda sonora diverge in modo peggiore.
L'elasticità dell'aria e dei fluidi più densi è dovuta a diversi motivi. Nei liquidi e nei solidi esistono forze di interazione intermolecolare. Tengono insieme le particelle in un reticolo cristallino ed è molto facile che un'onda sonora si propaghi attraverso i suoi nodi.
Le molecole d'aria non sono collegate tra loro, sono separate da grandi distanze. Le particelle non si dissipano a causa del movimento continuo e irregolare, nonché della gravità. È stato notato da tempo: più l'aria è rarefatta (ad esempio negli strati superiori dell'atmosfera), minore è l'intensità, il volume del suono. C'è un completo silenzio sulla luna, non perché non ci sia niente da suonare, ma per la mancanza di aria.
Come un'onda sonora viaggia nell'aria
Il più grande interesse per noi è la propagazione di un'onda sonora (acustica) nell'aria. Quando il corpo devia dalla sua posizione iniziale, comprime l'aria vicina su un lato di se stesso. D' altra parte, il mezzo è rarefatto. Ritornando alla sua posizione originale, la sorgente sonora devia dall' altro lato e comprime l'aria lì. Questo continua fino a quando il corpo smette di muoversi.
Come si comportano le particelle? Uno oscillatorio si aggiunge al loro movimento caotico. In contrasto con il movimento termico costante delle molecole, il movimento vibrazionale ha una direzione. In uno strato d'ariache è perpendicolare alla direzione di deflessione del corpo, le particelle iniziano a spingersi a vicenda. Si muovono con la sorgente sonora nella stessa direzione. Pertanto, l' alternanza di compressione e rarefazione dell'aria viene trasmessa da uno strato d'aria all' altro. Questa è l'onda acustica. L'intensità del suono è un valore che dipende dalle principali caratteristiche dell'onda: frequenza e lunghezza.
Frequenza del suono
La frequenza dell'onda dipende dalla velocità con cui vibra la sorgente sonora. Tutti i corpi vibrano con frequenze diverse, ma non tutte le frequenze sono disponibili alla nostra percezione. Le onde che sentiamo sono chiamate suono. La frequenza di un'onda acustica si misura in hertz (1 Hz equivale a 1 oscillazione al secondo).
Strati di aria compressa e rarefatta si alternano. La lunghezza d'onda è uguale alla distanza tra strati adiacenti in cui la pressione è la stessa. Il suono non viaggia indefinitamente perché l'onda si indebolisce all'aumentare della distanza. La distanza percorsa dipende dalla lunghezza e dalla frequenza dell'onda acustica. Queste quantità sono direttamente proporzionali: le onde ad alta frequenza sono più corte di quelle a bassa frequenza. Parliamo di suoni ad alta frequenza poiché le onde ad alta e bassa frequenza generano suoni bassi.
Il livello di intensità del suono dipende direttamente dalla frequenza delle vibrazioni acustiche e dalla lunghezza d'onda. Quindi, uno squittio di zanzara suona con una frequenza di 10 mila Hz e ha una lunghezza d'onda di soli 3,3 cm Il muggito di una mucca è un suono intenso che può essere ascoltato da almeno 10 metri. La sua frequenza è di 30 Hz.
Pressione acustica
In ogni stratol'aria che l'onda sonora ha raggiunto, la pressione cambia verso l' alto o verso il basso. La quantità di cui aumenta rispetto alla pressione atmosferica è chiamata pressione acustica (acustica).
Il nostro orecchio è incredibilmente sensibile. È difficile da credere, ma distingue tra una variazione di pressione di 0,01 milionesimo di grammo per unità di area. Il fruscio crea pochissima pressione, è pari a 310-5 N/m2. Questo valore è 31010 volte inferiore alla pressione atmosferica. Si scopre che l'udito umano è più accurato delle scale chimiche. I fisiologi hanno studiato l'elasticità della membrana timpanica e la pressione esercitata dal suono più basso. Dopo aver confrontato i dati, sono giunti alla conclusione che la membrana timpanica si gonfia a una distanza inferiore alla dimensione di un atomo.
L'intensità del suono e la pressione sonora sono direttamente correlate. Quando il corpo vibra a bassa frequenza, aumenta significativamente la pressione: il suono esce forte. L'intensità (forza) del suono è proporzionale al quadrato della pressione acustica.
Flusso di energia sonora
I suoni di frequenza e intensità variabili sono determinati dal flusso di energia sonora. L'onda sonora si propaga in tutte le direzioni sotto forma di una palla. Più l'onda viaggia, più diventa debole. L'energia che trasporta è distribuita su un'area crescente - il suono si attenua. Il quadrato dell'energia sonora è inversamente proporzionale al quadrato della distanza dal corpo vibrante.
Il flusso di energia sonora è la quantità di energia cinetica che trasportaonda su una superficie al secondo. Questo si riferisce alla superficie del mezzo, ad esempio uno strato d'aria situato ad angolo retto rispetto alla direzione dell'onda elastica. Il flusso di energia è misurato in watt (W).
Potenza del suono
La forza (intensità) del suono è una quantità, per trovarla devi sapere qual è il flusso di energia. Il suo valore deve essere diviso per la superficie perpendicolare alla propagazione dell'onda (in m2).
L'intensità del suono è indicata dalla lettera I. Il valore minimo di (I0) è 10-12 W/m2. Maggiore è l'intensità, più forte appare il suono. La dipendenza dalla forza del suono e dal volume è stata stabilita empiricamente. È stato osservato che quando l'intensità viene aumentata di 10 volte, il volume aumenta di 10 decibel (db), quando di 100 volte - di 20 dB.
Suoni udibili e non udibili
La fisiologia consente a una persona di ascoltare i suoni solo entro determinati limiti. Se il corpo vibra a una frequenza maggiore di 16-20 kilohertz (kHz) e inferiore a 16-20 Hz, il nostro orecchio non sarà in grado di percepirlo.
La frequenza e l'intensità del suono sono correlate. Le onde sonore ad alta frequenza trasmettono pochissima energia. Non basta modificare la pressione acustica abbastanza per far vibrare il nostro timpano. Si dice che tali suoni siano oltre la soglia dell'udito.
Un'onda con una frequenza inferiore a 16 mila Hz è chiamata ultrasuoni. Le creature più famose“parlare” con gli ultrasuoni, questi sono delfini e pipistrelli. Gli infrasuoni, anche se non li sentiamo, ad una certa intensità (190-200 dB) possono portare alla morte, perché aumentano troppo la pressione negli alveoli polmonari.
È interessante notare che a frequenze diverse, la dipendenza dal volume e dall'intensità del suono è diversa. A frequenze medie (circa 1000 Hz), una persona avverte variazioni di intensità di soli 0,6 dB. La limitazione dei livelli di frequenza è una questione completamente diversa. Su di essi, riusciamo a malapena a distinguere un cambiamento nell'intensità del suono di 3 unità.
Classificazione dei suoni
L'intensità del suono è misurata in W/m2, tuttavia, i decibel vengono utilizzati per confrontare i suoni tra loro e con un livello minimo di intensità.
I suoni sono divisi in:
- molto debole (0-20 dB);
- debole (21-40 dB);
- moderato (41-60 dB);
- forte (61-80 dB);
- molto forte (81-100 dB);
- assordante (più di 100 dB).
La figura mostra esempi dei suoni più comuni di varia intensità.
Tariffe accettabili
Il rumore costante o che persiste a lungo è chiamato rumore di fondo. Per un appartamento, 20-30 dB è un livello normale di rumore di fondo. È percepito da una persona come silenzio. Sono accettabili anche suoni di 40 dB, ma un volume di 60 dB è accettabile per uffici e istituzioni. L'esposizione prolungata a suoni con un volume di 70 dB porta adisturbi del sistema nervoso centrale. È con un tale volume che la strada "suona" e nelle strade trafficate il rumore raggiunge gli 85-90 dB. I suoni di 100 dB riducono l'udito e possono portare alla completa perdita dell'udito.
L'intensità sonora è un valore i cui valori ammessi sono prescritti dalle norme e dai regolamenti sanitari (SanPiN). Il periodo di tempo durante il quale è consentito accendere elettrodomestici rumorosi, parlare ad alta voce, effettuare riparazioni, ecc. è determinato dalla Legge per garantire la pace e la tranquillità. Viene preso separatamente per ciascuna area. L'ora in ciascuna regione può variare: da qualche parte le ore diurne iniziano alle 7:00 e da qualche parte alle 9:00. Ad esempio, nella regione di Mosca, l'intervallo dalle 21:00 alle 8:00 nei giorni feriali e dalle 22:00 alle 10:00 nei fine settimana è considerato tranquillo di notte. Inoltre, c'è un'ora tranquilla dalle 13:00 alle 15:00.
