شدة الصوت هي كمية الطاقة التي تنقلها الموجة الصوتية في ثانية واحدة عبر مساحة وحدة من الوسط. تعتمد الشدة على تردد الموجة ، على الضغط الصوتي. كما ترى ، ترتبط العديد من المفاهيم الأخرى بالحدة: الموجة الصوتية ، وترددها ، والضغط الصوتي ، وتدفق الطاقة الصوتية. من أجل فهم ما هي الشدة ، سنقوم بتفصيل كل مصطلح مرتبط بها بالتفصيل.
كيف يظهر الصوت
يمكن أن يأتي الصوت من جسم مهتز. يجب أن يهتز بسرعة كافية لإحداث اضطراب في الوسط وتوليد موجة صوتية. ومع ذلك ، من أجل حدوثه ، هناك شرط آخر ضروري: يجب أن يكون الوسط مرنًا. المرونة هي القدرة على مقاومة الضغط أو أي نوع آخر من التشوه (إذا تحدثنا عن المواد الصلبة). نعم ، المواد الصلبة والسوائل والغازات والهواء (كمزيج من غازات مختلفة) لها مرونة ، ولكن بدرجات متفاوتة.
قيمة المرونةتحددها الكثافة. من المعروف أن الوسائط الصلبة (الخشب ، المعادن ، قشرة الأرض) توصل الصوت بشكل أفضل بكثير من الوسائط السائلة. وإذا قارنا الماء والهواء ، ففي الوسط الثاني تتباعد الموجة الصوتية بشكل أسوأ.
ترجع مرونة الهواء والوسائط الأكثر كثافة إلى أسباب مختلفة. توجد قوى التفاعل بين الجزيئات في السوائل والمواد الصلبة. إنهم يربطون الجسيمات ببعضها البعض في شبكة بلورية ، ومن السهل جدًا أن تنتشر الموجة الصوتية عبر عقدها.
جزيئات الهواء غير متصلة ببعضها البعض ، وتفصل بينها مسافات كبيرة. لا تتبدد الجسيمات بسبب الحركة المستمرة وغير المنتظمة ، وكذلك بسبب الجاذبية. لقد لوحظ منذ فترة طويلة: كلما زاد تخلخل الهواء (على سبيل المثال ، في الطبقات العليا من الغلاف الجوي) ، قلت شدة الصوت وارتفاعه. هناك صمت تام على سطح القمر ، ليس بسبب عدم وجود صوت ، بل لقلة الهواء.
كيف تنتقل الموجة الصوتية عبر الهواء
الاهتمام الأكبر بالنسبة لنا هو انتشار موجة صوتية (صوتية) في الهواء. عندما ينحرف الجسم عن موضعه الأولي ، فإنه يضغط الهواء القريب على جانب واحد من نفسه. من ناحية أخرى ، الوسيط مخلخل. بالعودة إلى موضعه الأصلي ، ينحرف مصدر الصوت إلى الجانب الآخر ويضغط الهواء هناك. يستمر هذا حتى يتوقف الجسم عن الحركة.
كيف تتصرف الجسيمات؟ يضاف التذبذب إلى حركتهم الفوضوية. على عكس الحركة الحرارية الثابتة للجزيئات ، فإن الحركة الاهتزازية لها اتجاه واحد. في طبقة من الهواءالتي تكون عمودية على اتجاه انحراف الجسم ، تبدأ الجسيمات في دفع بعضها البعض. يتحركون مع مصدر الصوت في نفس الاتجاه. وهكذا ، فإن تناوب الضغط والخلخلة للهواء ينتقل من طبقة من الهواء إلى طبقة أخرى. هذه هي الموجة الصوتية. شدة الصوت هي قيمة تعتمد على الخصائص الرئيسية للموجة - التردد والطول.
تردد الصوت
يعتمد تردد الموجة على مدى سرعة اهتزاز مصدر الصوت. تهتز جميع الأجسام بترددات مختلفة ، ولكن ليس كل تردد متاحًا لإدراكنا. الموجات التي نسمعها تسمى صوت. يُقاس تردد الموجة الصوتية بالهرتز (1 هرتز يساوي تذبذبًا واحدًا في الثانية).
طبقات من الهواء المضغوط والمخلخل بالتناوب. الطول الموجي يساوي المسافة بين الطبقات المتجاورة التي يكون فيها الضغط متساويًا. لا ينتقل الصوت إلى ما لا نهاية لأن الموجة تضعف مع زيادة المسافة. تعتمد المسافة التي تقطعها على طول وتكرار الموجة الصوتية. هذه الكميات متناسبة بشكل مباشر: الموجات عالية التردد أقصر من الموجات منخفضة التردد. نتحدث عن الأصوات عالية التردد لأن الموجات عالية ومنخفضة التردد تولد أصواتًا منخفضة.
مستوى شدة الصوت يعتمد بشكل مباشر على تردد الاهتزازات الصوتية وطول الموجة. لذا ، فإن صوت صرير البعوض يبلغ تردده 10 آلاف هرتز ويبلغ طوله الموجي 3.3 سم فقط. ترددها 30 هرتز
ضغط صوتي
في كل طبقةالهواء الذي وصلت إليه الموجة الصوتية ، يتغير الضغط إما لأعلى أو لأسفل. المقدار الذي يزداد به مقارنة بالضغط الجوي يسمى الضغط الصوتي.
اذننا حساسة بشكل مذهل. من الصعب تصديق ذلك ، لكنه يميز بين تغيير ضغط قدره 0.01 من مليون جرام لكل وحدة مساحة. الحفيف يخلق ضغطًا ضئيلًا جدًا ، فهو يساوي 310-5N / m2. هذه القيمة هي 31010مرات أقل من الضغط الجوي. اتضح أن سمع الإنسان أكثر دقة من المقاييس الكيميائية. درس علماء الفسيولوجيا مرونة الغشاء الطبلي والضغط الذي يمارسه الصوت الأكثر هدوءًا. بعد مقارنة البيانات ، توصلوا إلى استنتاج مفاده أن الغشاء الطبلي ينتفخ لمسافة أقل من حجم الذرة.
ترتبط شدة الصوت وضغط الصوت ارتباطًا مباشرًا. عندما يهتز الجسم بتردد منخفض ، فإنه يزيد الضغط بشكل كبير - يخرج الصوت بقوة. شدة (قوة) الصوت تتناسب مع مربع الضغط الصوتي.
تدفق الطاقة الصوتية
يتم تحديد الأصوات ذات التردد المتفاوت والشدة من خلال تدفق الطاقة الصوتية. تنتشر الموجة الصوتية في جميع الاتجاهات على شكل كرة. كلما زادت مسافات الموجة ، كلما أصبحت أضعف. يتم توزيع الطاقة التي تحملها على مساحة متزايدة - ينحسر الصوت. يتناسب مربع الطاقة الصوتية عكسياً مع مربع المسافة من الجسم المهتز.
تدفق الطاقة الصوتية هو مقدار الطاقة الحركية التي تحملهاموجة عبر مساحة سطح في الثانية. يشير هذا إلى سطح الوسط ، على سبيل المثال ، طبقة من الهواء تقع بزاوية قائمة في اتجاه الموجة المرنة. يقاس تدفق الطاقة بالواط (W).
قوة الصوت
قوة (شدة) الصوت هي كمية ، لتجد ما تحتاج إلى معرفة ما هو تدفق الطاقة. يجب أن تقسم قيمتها على مساحة السطح المتعامدة مع انتشار الموجة (في م2).
يشار إلى شدة الصوت بالحرف الأول. الحد الأدنى لقيمة (I0)هو 10-12 W / m2. كلما زادت شدة الصوت ، ظهر صوت أعلى. تم تأسيس اعتماد قوة الصوت والجهارة بشكل تجريبي. لقد لوحظ أنه عندما تزداد الكثافة بمقدار 10 مرات ، يزداد الحجم بمقدار 10 ديسيبل (ديسيبل) ، بينما بمقدار 100 مرة - بمقدار 20 ديسيبل.
أصوات مسموعة وغير مسموعة
يسمح علم وظائف الأعضاء للشخص بسماع الأصوات ضمن حدود معينة فقط. إذا اهتز الجسم بتردد أكبر من 16-20 كيلوهرتز وأقل من 16-20 هرتز ، فلن تتمكن أذننا من إدراكه.
يرتبط تردد الصوت وشدته. تنقل الموجات الصوتية عالية التردد القليل جدًا من الطاقة. لا يكفي تغيير الضغط الصوتي بما يكفي لجعل طبلة الأذن تهتز. يقال أن مثل هذه الأصوات تتجاوز عتبة السمع.
الموجة التي يقل ترددها عن 16 ألف هرتز تسمى الموجات فوق الصوتية. أشهر المخلوقات"تحدث" بالموجات فوق الصوتية ، هذه دلافين وخفافيش. الأشعة تحت الصوتية ، بالرغم من أننا لا نسمعها ، إلا أن شدة معينة (190-200 ديسيبل) يمكن أن تؤدي إلى الوفاة ، لأنها تزيد الضغط في الحويصلات الرئوية أكثر من اللازم.
ومن المثير للاهتمام ، أنه عند الترددات المختلفة ، يختلف اعتماد جهارة الصوت وشدة الصوت. عند الترددات المتوسطة (حوالي 1000 هرتز) ، يشعر الشخص بتغييرات في الشدة بمقدار 0.6 ديسيبل فقط. يعد تحديد مستويات التردد مسألة مختلفة تمامًا. عليها ، بالكاد يمكننا التمييز بين التغيير في شدة الصوت بمقدار 3 وحدات.
تصنيف الأصوات
يتم قياس شدة الصوت بوحدة W / m2، ومع ذلك ، يتم استخدام الديسيبل لمقارنة الأصوات مع بعضها البعض وبأقل مستوى من الشدة.
الأصوات مقسمة إلى:
- ضعيف جدا (0-20 ديسيبل) ؛
- ضعيف (21-40 ديسيبل) ؛
- معتدل (41-60 ديسيبل) ؛
- بصوت عال (61-80 ديسيبل) ؛
- عالي جدًا (81-100 ديسيبل) ؛
- يصم الآذان (أكثر من 100 ديسيبل).
يوضح الشكل أمثلة على الأصوات الأكثر شيوعًا ذات الشدة المتفاوتة.
أسعار مقبولة
ضوضاء ثابتة أو ضوضاء تستمر لفترة طويلة تسمى ضوضاء الخلفية. بالنسبة للشقة ، 20-30 ديسيبل هو المستوى الطبيعي لضوضاء الخلفية. ينظر إليه الشخص على أنه صمت. الأصوات التي تبلغ 40 ديسيبل مقبولة أيضًا ، ولكن الحجم 60 ديسيبل مقبول للمكاتب والمؤسسات. يؤدي التعرض المطول للأصوات بحجم 70 ديسيبل إلىاضطرابات الجهاز العصبي المركزي. وبهذه الجهارة العالية "يصدر صوت" الشارع ، وفي الطرق المزدحمة تصل الضوضاء إلى 85-90 ديسيبل. الأصوات التي تبلغ 100 ديسيبل تقلل السمع ويمكن أن تؤدي إلى فقدان السمع الكامل.
شدة الصوت هي قيمة يتم تحديد قيمها المسموح بها في القواعد واللوائح الصحية (SanPiN). يحدد قانون ضمان السلام والهدوء الفترة الزمنية التي يُسمح خلالها بتشغيل الأجهزة المنزلية المزعجة والتحدث بصوت عالٍ وإجراء الإصلاحات وما إلى ذلك. يتم أخذها بشكل منفصل لكل منطقة. قد يختلف الوقت في كل منطقة: في مكان ما ، تبدأ ساعات النهار في الساعة 7:00 صباحًا ، وفي مكان ما في الساعة 9:00. على سبيل المثال ، في منطقة موسكو ، يُعتبر الفاصل الزمني من 21:00 إلى 8:00 في أيام الأسبوع ومن 22:00 إلى 10:00 في عطلات نهاية الأسبوع هادئًا في الليل. بالإضافة إلى ذلك ، هناك ساعة هادئة من 13:00 إلى 15:00.
