A hangintenzitás az az energiamennyiség, amelyet egy hanghullám 1 másodperc alatt átad a közeg egységnyi területén. Az intenzitás függ a hullám frekvenciájától, az akusztikus nyomástól. Mint látható, sok más fogalom is kapcsolódik az intenzitáshoz: hanghullám, frekvenciája, akusztikus nyomása, hangenergia áramlása. Annak érdekében, hogy megértsük, mi az intenzitás, részletesen lebontjuk a hozzá tartozó kifejezéseket.
Hogyan jelenik meg a hang
A hang rezgő testből származhat. Elég gyorsan kell rezegnie ahhoz, hogy zavart keltsen a közegben és akusztikus hullámot generáljon. Ennek előfordulásához azonban még egy feltétel szükséges: a közegnek rugalmasnak kell lennie. A rugalmasság az a képesség, hogy ellenálljon a nyomásnak vagy bármilyen más alakváltozásnak (ha szilárd anyagokról beszélünk). Igen, a szilárd anyagok, a folyadékok, a gázok és a levegő (különböző gázok keverékeként) rugalmasak, de eltérő mértékben.
Rugalmassági értéksűrűség határozza meg. Ismeretes, hogy a szilárd közegek (fa, fémek, földkéreg) sokkal jobban vezetik a hangot, mint a folyékonyak. És ha összehasonlítjuk a vizet és a levegőt, akkor a második közegben a hanghullám tér el a legrosszabbul.
A levegő és a sűrűbb közeg rugalmassága különböző okokból adódik. Folyadékokban és szilárd anyagokban intermolekuláris kölcsönhatások lépnek fel. Egy kristályrácsban tartják össze a részecskéket, és nagyon könnyen átterjed a hanghullám csomópontjain.
A levegőmolekulák nem kapcsolódnak egymáshoz, nagy távolságok választják el őket egymástól. A részecskék nem oszlanak szét a folyamatos és szabálytalan mozgás, valamint a gravitáció miatt. Régóta megfigyelték: minél ritkább a levegő (például a légkör felső rétegeiben), annál kisebb a hang intenzitása, hangossága. Teljes csend van a Holdon, nem azért, mert nincs mit megszól altatni, hanem a levegő hiánya miatt.
Hogyan terjed a hanghullám a levegőben
Számunkra a legnagyobb érdeklődés a hang(akusztikus) hullám terjedése a levegőben. Amikor a test eltér a kiindulási helyzetétől, összenyomja a közeli levegőt az egyik oldalán. Másrészt a közeg megritkult. Eredeti helyzetébe visszatérve a hangforrás a másik oldalra tér át és ott összenyomja a levegőt. Ez addig folytatódik, amíg a test mozgása meg nem áll.
Hogyan viselkednek a részecskék? Kaotikus mozgásukhoz egy oszcilláló is hozzáadódik. A molekulák állandó hőmozgásával ellentétben a rezgésmozgásnak egy iránya van. Egy légrétegbenamely merőleges a test elhajlási irányára, a részecskék lökni kezdik egymást. A hangforrással egy irányba mozognak. Így a levegő váltakozó kompressziós-ritkítása egyik levegőrétegből a másikba kerül. Ez az akusztikus hullám. A hangintenzitás egy olyan érték, amely a hullám fő jellemzőitől – frekvenciától és hosszától – függ.
Hangfrekvencia
A hullám frekvenciája attól függ, hogy milyen gyorsan rezeg a hangforrás. Minden test más-más frekvencián rezeg, de nem minden frekvencia érhető el érzékelésünk számára. Az általunk hallott hullámokat hangnak nevezzük. Az akusztikus hullám frekvenciáját hertzben mérik (1 Hz egyenlő 1 oszcilláció másodpercenként).
Sűrített és ritkított levegő rétegei váltják egymást. A hullámhossz egyenlő a szomszédos rétegek közötti távolsággal, amelyekben a nyomás azonos. A hang nem terjed a végtelenségig, mert a hullám a távolság növekedésével gyengül. Az, hogy milyen messzire halad, az akusztikus hullám hosszától és frekvenciájától függ. Ezek a mennyiségek egyenesen arányosak: a magas frekvenciájú hullámok rövidebbek, mint az alacsony frekvenciák. Magas frekvenciájú hangokról beszélünk, mivel a magas és alacsony frekvenciájú hullámok alacsony hangokat generálnak.
A hangintenzitás szintje közvetlenül függ az akusztikus rezgések frekvenciájától és a hullámhossztól. Tehát a szúnyogcsikorgás 10 ezer Hz-es frekvenciával és mindössze 3,3 cm-es hullámhosszal szólal meg. A tehén nyávogása intenzív hang, amely legalább 10 méterről hallható. Frekvenciája 30 Hz.
Akusztikus nyomás
Minden rétegbena levegő, amelyet a hanghullám elért, a nyomás felfelé vagy lefelé változik. Azt a mértéket, amellyel a légköri nyomáshoz képest megnövekszik, akusztikus (hang)nyomásnak nevezzük.
A fülünk elképesztően érzékeny. Nehéz elhinni, de különbséget tesz a 0,01 milliomod gramm per egységnyi nyomásváltozás között. A susogás nagyon kis nyomást hoz létre, ez egyenlő 310-5 N/m2. Ez az érték 31010-szor kisebb, mint a légköri nyomás. Kiderült, hogy az emberi hallás pontosabb, mint a kémiai mérleg. A fiziológusok a dobhártya rugalmasságát és a leghalkabb hang által kifejtett nyomást vizsgálták. Az adatok összehasonlítása után arra a következtetésre jutottak, hogy a dobhártya olyan távolságra domborodik ki, amely kisebb, mint egy atom mérete.
A hangintenzitás és a hangnyomás közvetlenül összefügg. Ha a test alacsony frekvencián rezeg, az jelentősen megnöveli a nyomást - a hang erősen jön ki. A hang intenzitása (erőssége) arányos az akusztikus nyomás négyzetével.
Sonic energiaáramlás
A változó frekvenciájú és intenzitású hangokat a hangenergia áramlása határozza meg. A hanghullám minden irányban labda formájában terjed. Minél tovább halad a hullám, annál gyengébb lesz. Az általa szállított energia egyre nagyobb területen oszlik el – a hang elhallgat. A hangenergia négyzete fordítottan arányos a rezgő test távolságának négyzetével.
A hangenergia áramlása a hordozott mozgási energia mennyiségehullám egy felületen másodpercenként. Ez a közeg felületére vonatkozik, például egy levegőrétegre, amely merőleges a rugalmas hullám irányára. Az energiaáramlás mértéke wattban (W).
A hang ereje
A hang ereje (intenzitása) egy mennyiség, amelynek megtalálásához tudnod kell, mi az energiaáramlás. Értékét el kell osztani a hullámterjedésre merőleges felülettel (m2).
A hangintenzitást az I betű jelzi. Az (I0) minimális értéke 10-12 W/m2. Minél nagyobb az intenzitás, annál hangosabb a hang. A hangerő és a hangerő függőségét empirikusan állapították meg. Megfigyelték, hogy ha az intenzitást 10-szeresére növeljük, a hangerő 10 decibellel (db), míg 100-szorosára - 20 dB-lel nő.
Hallható és nem hallható hangok
Az élettan lehetővé teszi, hogy az ember csak bizonyos határokon belül halljon hangokat. Ha a test 16-20 kilohertznél (kHz) nagyobb és 16-20 Hz-nél kisebb frekvencián rezeg, a fülünk nem fogja tudni érzékelni.
A hang frekvenciája és intenzitása összefügg. A magas frekvenciájú hanghullámok nagyon kevés energiát továbbítanak. Nem elég az akusztikus nyomást kellőképpen megváltoztatni ahhoz, hogy a dobhártyánk rezegjen. Az ilyen hangokról azt mondják, hogy túllépik a hallásküszöböt.
A 16 ezer Hz-nél kisebb frekvenciájú hullámot ultrahangnak nevezzük. A leghíresebb lények„beszéljen” ultrahanggal, ezek a delfinek és a denevérek. Az infrahang, bár nem halljuk, bizonyos intenzitáson (190-200 dB) halálhoz vezethet, mert túlságosan megnöveli a nyomást a tüdő alveolusaiban.
Érdekes módon a különböző frekvenciákon a hangerő és a hangerősség függése eltérő. Közepes frekvenciákon (körülbelül 1000 Hz) az ember csak 0,6 dB intenzitásváltozást érez. A frekvenciaszintek korlátozása teljesen más kérdés. Rajtuk alig tudjuk megkülönböztetni a hangintenzitás 3 egységnyi változását.
Hangok osztályozása
A hangintenzitás mérése W/m-ben történik.
A hangok a következőkre oszlanak:
- nagyon gyenge (0-20 dB);
- gyenge (21-40 dB);
- mérsékelt (41-60 dB);
- hangos (61-80 dB);
- nagyon hangos (81-100 dB);
- süketítő (több mint 100 dB).
Az ábra példákat mutat be a leggyakoribb, változó intenzitású hangokra.
Elfogadható árak
Állandó vagy hosszú ideig fennálló zajt háttérzajnak nevezzük. Egy lakásnál 20-30 dB a normál háttérzaj szint. Ezt az ember csendnek fogja fel. A 40 dB-es hangok is elfogadhatók, de irodákban, intézményekben a 60 dB-es hangerő is elfogadható. A 70 dB hangerősségű hangoknak való hosszan tartó expozíció aa központi idegrendszer rendellenességei. Ilyen hangerővel "szól az utca", a forgalmas utakon a zaj eléri a 85-90 dB-t. A 100 dB-es hangok csökkentik a hallást, és teljes hallásvesztéshez vezethetnek.
A hangintenzitás egy olyan érték, amelynek megengedett értékeit az egészségügyi szabályok és előírások (SanPiN) írják elő. Azt az időtartamot, ameddig megengedett a zajos háztartási készülékek bekapcsolása, hangos beszéd, javítás stb., a béke és csend biztosításáról szóló törvény határozza meg. Területenként külön kell venni. Az idő az egyes régiókban eltérő lehet: valahol a nappali órák reggel 7 órakor, valahol 9 órakor kezdődnek. Például a moszkvai régióban a hétköznapokon 21:00 és 8:00 óra között, hétvégén pedig a 22:00 és 10:00 óra közötti intervallum éjszaka csendes. Ezen kívül 13:00 és 15:00 óra között csendes óra van.
