Cường độ âm thanh là lượng năng lượng mà sóng âm thanh truyền trong 1 giây qua một đơn vị diện tích của môi trường. Cường độ phụ thuộc vào tần số của sóng, vào áp suất âm. Như bạn có thể thấy, nhiều khái niệm khác liên quan đến cường độ: sóng âm, tần số của nó, áp suất âm thanh, dòng năng lượng âm thanh. Để hiểu cường độ là gì, chúng tôi sẽ chia nhỏ từng thuật ngữ liên quan đến nó một cách chi tiết.
Cách âm thanh xuất hiện
Âm thanh có thể phát ra từ một cơ thể đang rung. Nó phải rung đủ nhanh để tạo ra nhiễu trong môi trường và tạo ra sóng âm. Tuy nhiên, để xảy ra hiện tượng này, một điều kiện nữa là cần thiết: môi trường phải đàn hồi. Tính đàn hồi là khả năng chống lại sự nén hoặc bất kỳ loại biến dạng nào khác (nếu chúng ta nói về chất rắn). Có, chất rắn, chất lỏng, chất khí và không khí (là hỗn hợp của các chất khí khác nhau) có tính đàn hồi, nhưng ở các mức độ khác nhau.
Giá trị co giãnxác định bởi tỷ trọng. Người ta biết rằng môi trường rắn (gỗ, kim loại, vỏ trái đất) dẫn âm thanh tốt hơn nhiều so với môi trường lỏng. Và nếu chúng ta so sánh nước và không khí, thì trong môi trường thứ hai, sóng âm thanh phân kỳ tồi tệ nhất.
Tính đàn hồi của không khí và môi trường dày đặc hơn là do những lý do khác nhau. Trong chất lỏng và chất rắn đều có lực tương tác giữa các phân tử. Chúng giữ các hạt lại với nhau trong một mạng tinh thể và rất dễ dàng cho sóng âm truyền qua các nút của nó.
Các phân tử không khí không liên kết với nhau, chúng cách nhau một khoảng cách lớn. Các hạt không tiêu tan do chuyển động liên tục và thất thường, cũng như trọng lực. Từ lâu, người ta đã nhận thấy: không khí càng hiếm (ví dụ, ở các tầng trên của khí quyển) thì cường độ, độ to của âm thanh càng giảm. Hoàn toàn im lặng trên mặt trăng, không phải vì không có gì để phát ra âm thanh, mà vì thiếu không khí.
Cách sóng âm truyền trong không khí
Mối quan tâm lớn nhất đối với chúng tôi là sự lan truyền của sóng âm thanh (âm thanh) trong không khí. Khi cơ thể lệch khỏi vị trí ban đầu, nó sẽ nén không khí gần đó về một phía của chính mình. Mặt khác, phương tiện được làm hiếm. Trở lại vị trí ban đầu, nguồn âm lệch sang bên kia và nén không khí ở đó. Điều này tiếp tục cho đến khi cơ thể ngừng chuyển động.
Các hạt hoạt động như thế nào? Một dao động được thêm vào chuyển động hỗn loạn của chúng. Ngược lại với chuyển động nhiệt không đổi của các phân tử, chuyển động dao động có một phương. Trong một lớp không khíphương vuông góc với hướng lệch của cơ thể, các hạt bắt đầu đẩy nhau. Chúng chuyển động cùng chiều với nguồn âm. Do đó, quá trình nén-hiếm khí xen kẽ được truyền từ lớp không khí này sang lớp không khí khác. Đây là sóng âm. Cường độ âm thanh là một giá trị phụ thuộc vào các đặc điểm chính của sóng - tần số và độ dài.
Tần số âm thanh
Tần số của sóng phụ thuộc vào tốc độ dao động của nguồn âm. Tất cả các cơ thể đều rung động với các tần số khác nhau, nhưng không phải tần số nào cũng có sẵn cho nhận thức của chúng ta. Sóng mà chúng ta nghe được gọi là âm thanh. Tần số của sóng âm được đo bằng hertz (1 Hz bằng 1 dao động mỗi giây).
Lớp khí nén và khí hiếm xen kẽ. Bước sóng bằng khoảng cách giữa các lớp kề nhau trong đó áp suất như nhau. Âm thanh không truyền đi vô định vì sóng càng yếu khi khoảng cách càng tăng. Nó truyền được bao xa phụ thuộc vào độ dài và tần số của sóng âm. Các đại lượng này tỷ lệ thuận với nhau: sóng tần số cao ngắn hơn sóng tần số thấp. Chúng ta nói về âm thanh tần số cao vì sóng tần số cao, tần số thấp tạo ra âm thanh thấp.
Mức cường độ âm thanh phụ thuộc trực tiếp vào tần số dao động âm và bước sóng. Vậy, tiếng muỗi kêu có tần số 10 nghìn Hz và có bước sóng chỉ 3,3 cm. Tiếng kêu của bò là âm có cường độ cao có thể nghe được từ ít nhất 10 mét. Tần số của nó là 30 Hz.
Áp suất âm thanh
Trong mọi lớpkhông khí mà sóng âm đã đạt được, áp suất thay đổi hoặc lên hoặc xuống. Lượng mà nó tăng lên so với áp suất khí quyển được gọi là áp suất âm (âm thanh).
Tai của chúng ta nhạy cảm đến kinh ngạc. Thật khó tin, nhưng nó phân biệt giữa sự thay đổi áp suất 0,01 phần triệu gam trên một đơn vị diện tích. Tiếng sột soạt tạo ra áp suất rất nhỏ, nó bằng 310-5N / m2. Giá trị này nhỏ hơn 31010lần so với áp suất khí quyển. Nó chỉ ra rằng thính giác của con người chính xác hơn so với cân hóa học. Các nhà sinh lý học đã nghiên cứu về độ đàn hồi của màng nhĩ và áp lực do âm thanh êm dịu nhất gây ra. Sau khi so sánh dữ liệu, họ đưa ra kết luận rằng màng nhĩ phình ra với khoảng cách nhỏ hơn kích thước của một nguyên tử.
Cường độ âm thanh và áp suất âm thanh có liên quan trực tiếp với nhau. Khi cơ thể rung động ở tần số thấp sẽ làm tăng áp suất đáng kể - âm thanh phát ra mạnh mẽ. Cường độ (cường độ) của âm thanh tỷ lệ với bình phương áp suất âm.
Dòng năng lượng âm
Âm thanh có tần số và cường độ khác nhau được xác định bởi dòng năng lượng âm thanh. Sóng âm truyền theo mọi phương dưới dạng một quả bóng. Sóng càng truyền đi càng yếu. Năng lượng mà nó mang theo được phân phối trên một khu vực ngày càng tăng - âm thanh giảm dần. Bình phương năng lượng âm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách đến vật dao động.
Dòng năng lượng âm là lượng động năng mang theosóng trên một diện tích bề mặt mỗi giây. Điều này đề cập đến bề mặt của môi trường, ví dụ, một lớp không khí nằm ở góc vuông với hướng của sóng đàn hồi. Dòng năng lượng được đo bằng watt (W).
Sức mạnh của âm thanh
Cường độ (cường độ) của âm thanh là một đại lượng, để tìm được đại lượng này bạn cần biết dòng năng lượng là gì. Giá trị của nó phải được chia cho diện tích bề mặt vuông góc với phương truyền sóng (tính bằng m2).
Cường độ âm thanh được biểu thị bằng chữ I. Giá trị nhỏ nhất của (I0)là 10-12 W / m2. Cường độ càng cao thì âm xuất hiện càng to. Sự phụ thuộc của cường độ âm thanh và độ to được thiết lập theo kinh nghiệm. Người ta đã quan sát thấy rằng khi tăng cường độ lên 10 lần, âm lượng tăng 10 decibel (db), khi tăng 100 lần - bằng 20 dB.
Âm thanh nghe được và không nghe được
Sinh lý học cho phép một người chỉ nghe được âm thanh trong giới hạn nhất định. Nếu cơ thể rung ở tần số lớn hơn 16-20 kilohertz (kHz) và nhỏ hơn 16-20 Hz, tai của chúng ta sẽ không thể cảm nhận được.
Tần số và cường độ của âm thanh có liên quan với nhau. Sóng âm tần số cao truyền rất ít năng lượng. Nó không đủ để thay đổi áp suất âm thanh đủ để làm cho màng nhĩ của chúng ta rung động. Những âm thanh như vậy được cho là vượt quá ngưỡng nghe.
Sóng có tần số nhỏ hơn 16 nghìn Hz được gọi là sóng siêu âm. Những sinh vật nổi tiếng nhất"Nói chuyện" với sóng siêu âm, đây là cá heo và dơi. Siêu âm hồng ngoại, mặc dù chúng ta không nghe thấy nó, ở một cường độ nhất định (190-200 dB) có thể dẫn đến tử vong, vì nó làm tăng áp lực trong phế nang phổi quá nhiều.
Điều thú vị là ở các tần số khác nhau, sự phụ thuộc của độ lớn và cường độ âm thanh là khác nhau. Ở tần số trung bình (khoảng 1000 Hz), một người cảm thấy cường độ thay đổi chỉ 0,6 dB. Giới hạn mức tần số là một vấn đề hoàn toàn khác. Trên chúng, chúng ta hầu như không thể phân biệt được sự thay đổi cường độ âm thanh 3 đơn vị.
Phân loại âm thanh
Cường độ âm thanh được đo bằng W / m2, tuy nhiên, decibel được sử dụng để so sánh các âm thanh với nhau và với mức cường độ tối thiểu.
Âm thanh được chia thành:
- rất yếu (0-20 dB);
- yếu (21-40 dB);
- vừa phải (41-60 dB);
- to (61-80 dB);
- rất lớn (81-100 dB);
- chói tai (hơn 100 dB).
Hình minh họa các ví dụ về các âm thanh phổ biến nhất có cường độ khác nhau.
Mức giá chấp nhận được
Tiếng ồn liên tục hoặc tồn tại trong một thời gian dài được gọi là tiếng ồn xung quanh. Đối với một căn hộ, 20-30 dB là mức ồn nền bình thường. Nó được một người coi là sự im lặng. Âm thanh 40 dB cũng được chấp nhận, nhưng âm lượng 60 dB có thể chấp nhận được đối với các văn phòng và cơ quan. Tiếp xúc lâu dài với âm thanh có âm lượng 70 dB dẫn đếnrối loạn của hệ thống thần kinh trung ương. Với độ ồn lớn đến mức đường phố "phát ra âm thanh", và trên các đại lộ đông đúc, tiếng ồn lên tới 85-90 dB. Âm thanh 100 dB làm giảm thính lực và có thể dẫn đến mất thính lực hoàn toàn.
Cường độ âm thanh là một giá trị có giá trị cho phép được quy định trong các quy tắc và quy định về vệ sinh (SanPiN). Khoảng thời gian được phép bật các thiết bị gia dụng ồn ào, nói chuyện ồn ào, sửa chữa, v.v. được xác định theo Luật Bảo đảm Hòa bình và Yên tĩnh. Nó được lấy riêng cho từng khu vực. Thời gian ở mỗi khu vực có thể khác nhau: một nơi nào đó giờ ban ngày bắt đầu lúc 7:00 sáng và một nơi nào đó lúc 9:00. Ví dụ, ở khu vực Mátxcơva, khoảng thời gian từ 21 giờ đến 8 giờ các ngày trong tuần và từ 22 giờ đến 10 giờ ngày cuối tuần được coi là yên tĩnh vào ban đêm. Ngoài ra, có một giờ yên tĩnh từ 13:00 đến 15:00.
