شدت صدا مقدار انرژی است که یک موج صوتی در 1 ثانیه از واحد سطح محیط منتقل می کند. شدت به فرکانس موج، به فشار آکوستیک بستگی دارد. همانطور که می بینید، بسیاری از مفاهیم دیگر با شدت مرتبط هستند: موج صوتی، فرکانس آن، فشار آکوستیک، جریان انرژی صوتی. برای اینکه بفهمیم شدت چیست، هر اصطلاح مرتبط با آن را به تفصیل تجزیه می‌کنیم.
چگونه صدا ظاهر می شود
صدا می تواند از یک جسم ارتعاشی بیاید. باید به قدری سریع ارتعاش کند که باعث ایجاد اختلال در محیط و ایجاد موج صوتی شود. با این حال، برای وقوع آن، یک شرط دیگر لازم است: محیط باید الاستیک باشد. الاستیسیته توانایی مقاومت در برابر فشار یا هر نوع تغییر شکل دیگری است (اگر در مورد جامدات صحبت کنیم). بله، جامدات، مایعات، گازها و هوا (به عنوان مخلوطی از گازهای مختلف) خاصیت ارتجاعی دارند، اما به درجات مختلف.
مقدار کشسانیبا چگالی تعیین می شود. مشخص است که رسانه های جامد (چوب، فلزات، پوسته زمین) صدا را بسیار بهتر از مواد مایع هدایت می کنند. و اگر آب و هوا را با هم مقایسه کنیم، در محیط دوم، موج صوتی بدترین اختلاف را دارد.
کشسانی هوا و محیط های متراکم تر به دلایل متفاوتی است. در مایعات و جامدات نیروهای برهمکنش بین مولکولی وجود دارد. آنها ذرات را در یک شبکه کریستالی در کنار هم نگه می دارند و انتشار موج صوتی از طریق گره های آن بسیار آسان است.
مولکول های هوا به یکدیگر متصل نیستند، آنها با فواصل زیادی از هم جدا می شوند. ذرات در اثر حرکت مداوم و نامنظم و همچنین نیروی جاذبه متلاشی نمی شوند. مدتهاست که مورد توجه قرار گرفته است: هر چه هوا کمیاب تر باشد (مثلاً در لایه های بالایی جو)، شدت و بلندی صدا کمتر می شود. در ماه سکوت کامل است، نه به این دلیل که چیزی برای شنیدن وجود ندارد، بلکه به دلیل کمبود هوا.
چگونه موج صوتی در هوا حرکت می کند
بزرگترین علاقه برای ما انتشار یک موج صوتی (آکوستیک) در هوا است. هنگامی که بدن از موقعیت اولیه خود منحرف می شود، هوای مجاور را در یک سمت خود فشرده می کند. از سوی دیگر، رسانه کمیاب است. منبع صدا با بازگشت به موقعیت اولیه خود به سمت دیگر منحرف شده و هوا را در آنجا فشرده می کند. این کار تا زمانی ادامه می‌یابد که حرکت بدن متوقف شود.
ذرات چگونه رفتار می کنند؟ یک نوسانی به حرکت آشفته آنها اضافه می شود. برخلاف حرکت حرارتی ثابت مولکول ها، حرکت ارتعاشی یک جهت دارد. در لایه ای از هواکه عمود بر جهت انحراف جسم است، ذرات شروع به هل دادن یکدیگر می کنند. آنها با منبع صدا در یک جهت حرکت می کنند. بنابراین، فشرده سازی متناوب - کمیاب شدن هوا از یک لایه هوا به لایه دیگر منتقل می شود. این موج صوتی است. شدت صدا مقداری است که به ویژگی های اصلی موج - فرکانس و طول بستگی دارد.
فرکانس صدا
فرکانس موج به سرعت ارتعاش منبع صدا بستگی دارد. همه بدن ها با فرکانس های متفاوتی ارتعاش می کنند، اما همه فرکانس ها در دسترس ما نیست. به امواجی که می شنویم صدا می گویند. فرکانس یک موج صوتی بر حسب هرتز اندازه گیری می شود (1 هرتز برابر است با 1 نوسان در ثانیه).
لایه‌های هوای فشرده و کمیاب به طور متناوب. طول موج برابر است با فاصله بین لایه های مجاور که در آنها فشار یکسان است. صدا به طور نامحدود حرکت نمی کند زیرا موج با افزایش فاصله ضعیف تر می شود. اینکه چقدر مسافت طی می کند به طول و فرکانس موج صوتی بستگی دارد. این مقادیر مستقیماً متناسب هستند: امواج با فرکانس بالا کوتاه تر از امواج فرکانس پایین هستند. ما در مورد صداهای با فرکانس بالا صحبت می کنیم زیرا امواج فرکانس بالا و پایین صداهای پایین تولید می کنند.
سطح شدت صدا مستقیماً به فرکانس ارتعاشات صوتی و طول موج بستگی دارد. پس صدای جیر جیر پشه با فرکانس 10 هزار هرتز به صدا در می آید و طول موج آن تنها 3.3 سانتی متر است، غوغای گاو صدای شدیدی است که حداقل از فاصله 10 متری شنیده می شود. فرکانس آن 30 هرتز است.
فشار آکوستیک
در هر لایههوایی که موج صوتی به آن رسیده است، فشار به بالا یا پایین تغییر می کند. مقداری که در مقایسه با فشار اتمسفر افزایش می یابد، فشار آکوستیک (صوتی) نامیده می شود.
گوش ما به طرز شگفت انگیزی حساس است. باورش سخت است، اما بین تغییر فشار 0.01 میلیونیم گرم در واحد سطح تمایز قائل می شود. خش خش فشار بسیار کمی ایجاد می کند، برابر است با 310-5 N/m2. این مقدار 31010 برابر کمتر از فشار اتمسفر است. معلوم شد که شنوایی انسان از مقیاس های شیمیایی دقیق تر است. فیزیولوژیست ها خاصیت ارتجاعی غشای تمپان و فشار وارد شده توسط کم صداترین صدا را مطالعه کرده اند. پس از مقایسه داده ها، آنها به این نتیجه رسیدند که غشای تمپان به فاصله ای کمتر از اندازه یک اتم برآمده می شود.
شدت صدا و فشار صوت ارتباط مستقیمی با هم دارند. هنگامی که بدن با فرکانس پایین می لرزد، فشار را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد - صدا قوی بیرون می آید. شدت (قدرت) صدا با مجذور فشار آکوستیک متناسب است.
جریان انرژی صوتی
صداهایی با فرکانس و شدت متفاوت توسط جریان انرژی صوتی تعیین می شوند. موج صوتی به شکل یک توپ در همه جهات منتشر می شود. هر چه موج بیشتر حرکت کند ضعیف تر می شود. انرژی که حمل می کند در یک منطقه رو به افزایش توزیع می شود - صدا فروکش می کند. مجذور انرژی صوت با مجذور فاصله جسم در حال ارتعاش نسبت معکوس دارد.
جریان انرژی صوتی مقدار انرژی جنبشی است که حمل می کندموج در یک سطح در ثانیه این به سطح محیط اشاره دارد، به عنوان مثال، یک لایه از هوا که در زاویه قائم به جهت موج الاستیک قرار دارد. جریان انرژی بر حسب وات (W) اندازه گیری می شود.
قدرت صدا
قدرت (شدت) صدا کمیتی است که برای یافتن آن باید بدانید جریان انرژی چیست. مقدار آن باید بر مساحت سطح عمود بر انتشار موج (به m2) تقسیم شود.
شدت صدا با حرف I نشان داده می شود. حداقل مقدار (I0) 10-12 W/m2 است.. هر چه شدت بیشتر باشد، صدا بلندتر ظاهر می شود. وابستگی قدرت صدا و بلندی به صورت تجربی ثابت شد. مشاهده شده است که وقتی شدت 10 برابر افزایش می یابد، صدا 10 دسی بل (دسی بل) و زمانی که 100 برابر - 20 دسی بل افزایش می یابد.
صداهای شنیدنی و نامفهوم
فیزیولوژی به فرد اجازه می دهد صداها را فقط در محدوده خاصی بشنود. اگر بدن با فرکانس بیشتر از 16-20 کیلوهرتز (کیلوهرتز) و کمتر از 16-20 هرتز ارتعاش کند، گوش ما قادر به درک آن نخواهد بود.
فرکانس و شدت صدا با هم مرتبط هستند. امواج صوتی با فرکانس بالا انرژی بسیار کمی را منتقل می کنند. تغییر فشار آکوستیک به اندازه کافی برای ایجاد لرزش پرده گوش کافی نیست. گفته می شود که چنین صداهایی فراتر از آستانه شنوایی هستند.
موجی با فرکانس کمتر از 16 هزار هرتز سونوگرافی نامیده می شود. معروف ترین موجودات"صحبت" با اولتراسوند، اینها دلفین ها و خفاش ها هستند. امواج فروصوت، اگرچه ما آن را نمی شنویم، اما با شدت خاصی (190-200 دسی بل) می تواند منجر به مرگ شود، زیرا فشار را در آلوئول های ریوی بیش از حد افزایش می دهد.
جالب اینجاست که در فرکانس های مختلف، وابستگی بلندی و شدت صدا متفاوت است. در فرکانس‌های متوسط (حدود 1000 هرتز)، فرد تنها 0.6 دسی‌بل تغییراتی در شدت احساس می‌کند. محدود کردن سطوح فرکانس موضوعی کاملاً متفاوت است. در آنها، ما به سختی می توانیم تغییر در شدت صدا را 3 واحد تشخیص دهیم.
طبقه بندی صداها
شدت صدا بر حسب W/m2 اندازه گیری می شود، با این حال، دسی بل برای مقایسه صداها با یکدیگر و با حداقل سطح شدت استفاده می شود.
صداها به:
تقسیم می شوند
- بسیار ضعیف (0-20 dB);
- ضعیف (21-40 dB);
- متوسط (41-60 دسی بل);
- بلند (61-80 dB);
- خیلی بلند (81-100 dB);
- ناشنوایی (بیش از 100 دسی بل).
شکل نمونه هایی از رایج ترین صداها را با شدت های مختلف نشان می دهد.
نرخ های قابل قبول
صدای ثابت یا صدایی که برای مدت طولانی باقی می ماند، نویز پس زمینه نامیده می شود. برای یک آپارتمان، 20-30 دسی بل سطح طبیعی صدای پس زمینه است. توسط شخص به عنوان سکوت درک می شود. صداهای 40 دسی بل نیز قابل قبول است اما صدای 60 دسی بل برای ادارات و موسسات قابل قبول است. قرار گرفتن طولانی مدت در معرض صداهای با حجم 70 دسی بل منجر بهاختلالات سیستم عصبی مرکزی. با چنین بلندی است که خیابان "صدا" می کند و در خیابان های شلوغ سر و صدا به 85-90 دسی بل می رسد. صداهای 100 دسی بل باعث کاهش شنوایی می شود و می تواند منجر به از دست دادن کامل شنوایی شود.
شدت صدا مقداری است که مقادیر مجاز آن در قوانین و مقررات بهداشتی (SanPiN) تجویز شده است. مدت زمانی که مجاز به روشن کردن لوازم خانگی پر سر و صدا، صحبت با صدای بلند، انجام تعمیرات و غیره است توسط قانون تضمین آرامش و سکوت تعیین می شود. برای هر منطقه جداگانه گرفته می شود. زمان در هر منطقه ممکن است متفاوت باشد: در جایی ساعات روز از ساعت 7:00 صبح شروع می شود و جایی در ساعت 9:00. به عنوان مثال، در منطقه مسکو، فاصله بین 21:00 تا 8:00 در روزهای هفته و از ساعت 22:00 تا 10:00 در تعطیلات آخر هفته، شب ها آرام در نظر گرفته می شود. علاوه بر این، یک ساعت آرام از ساعت 13:00 تا 15:00 وجود دارد.
