Geluidsintensiteit is de hoeveelheid energie die een geluidsgolf in 1 seconde door een oppervlakte-eenheid van het medium overbrengt. De intensiteit hangt af van de frequentie van de golf, van de akoestische druk. Zoals je kunt zien, worden veel andere concepten geassocieerd met intensiteit: een geluidsgolf, zijn frequentie, akoestische druk, de stroom van geluidsenergie. Om te begrijpen wat intensiteit is, zullen we elke term die ermee verbonden is in detail opsplitsen.
Hoe geluid verschijnt
Geluid kan komen van een trillend lichaam. Het moet snel genoeg trillen om een storing in het medium te veroorzaken en een akoestische golf te genereren. Voor het optreden ervan is echter nog een voorwaarde nodig: het medium moet elastisch zijn. Elasticiteit is het vermogen om compressie of enige andere vorm van vervorming te weerstaan (als we het hebben over vaste stoffen). Ja, vaste stoffen, vloeistoffen, gassen en lucht (als mengsel van verschillende gassen) hebben elasticiteit, maar in verschillende mate.
Elasticiteitswaardebepaald door dichtheid. Het is bekend dat vaste media (hout, metalen, aardkorst) geluid veel beter geleiden dan vloeibare. En als we water en lucht vergelijken, dan divergeert de geluidsgolf in het tweede medium het ergst.
De elasticiteit van lucht en dichtere media heeft verschillende redenen. In vloeistoffen en vaste stoffen zijn er krachten van intermoleculaire interactie. Ze houden de deeltjes bij elkaar in een kristalrooster en het is heel gemakkelijk voor een geluidsgolf om zich door zijn knopen voort te planten.
Luchtmoleculen zijn niet met elkaar verbonden, ze zijn gescheiden door grote afstanden. Deeltjes verdwijnen niet door continue en grillige beweging, evenals door zwaartekracht. Het is al lang opgemerkt: hoe ijler de lucht (bijvoorbeeld in de bovenste lagen van de atmosfeer), hoe minder intensiteit, hoe luider het geluid. Er is volledige stilte op de maan, niet omdat er niets te horen is, maar vanwege het gebrek aan lucht.
Hoe een geluidsgolf door de lucht reist
Het grootste belang voor ons is de voortplanting van een geluids(akoestische) golf in de lucht. Wanneer het lichaam afwijkt van zijn oorspronkelijke positie, comprimeert het nabijgelegen lucht aan één kant van zichzelf. Aan de andere kant is het medium ijl. Terugkerend naar zijn oorspronkelijke positie, wijkt de geluidsbron af naar de andere kant en comprimeert daar de lucht. Dit gaat door totdat het lichaam stopt met bewegen.
Hoe gedragen deeltjes zich? Een oscillerende wordt toegevoegd aan hun chaotische beweging. In tegenstelling tot de constante thermische beweging van moleculen, heeft de trillingsbeweging één richting. In een laag luchtdie loodrecht staat op de afbuigingsrichting van het lichaam, beginnen de deeltjes elkaar te duwen. Ze bewegen met de geluidsbron in dezelfde richting mee. Aldus wordt afwisselende compressie-rarefactie van lucht van de ene luchtlaag naar de andere overgebracht. Dit is de akoestische golf. Geluidsintensiteit is een waarde die afhangt van de belangrijkste kenmerken van de golf - frequentie en lengte.
Geluidsfrequentie
De frequentie van de golf hangt af van hoe snel de geluidsbron trilt. Alle lichamen trillen met verschillende frequenties, maar niet elke frequentie is beschikbaar voor onze waarneming. De golven die we horen, worden geluid genoemd. De frequentie van een akoestische golf wordt gemeten in hertz (1 Hz is gelijk aan 1 oscillatie per seconde).
Lagen van samengeperste en ijle lucht wisselen elkaar af. De golflengte is gelijk aan de afstand tussen aangrenzende lagen waarin de druk gelijk is. Geluid reist niet oneindig omdat de golf zwakker wordt naarmate de afstand groter wordt. Hoe ver het reist, hangt af van de lengte en frequentie van de akoestische golf. Deze grootheden zijn recht evenredig: hoogfrequente golven zijn korter dan laagfrequente. We praten over hoogfrequente geluiden, omdat hoge, laagfrequente golven lage geluiden genereren.
Het niveau van de geluidsintensiteit is direct afhankelijk van de frequentie van akoestische trillingen en de golflengte. Zo klinkt een piepgeluid van een mug met een frequentie van 10.000 Hz en een golflengte van slechts 3,3 cm. Het loeien van een koe is een intens geluid dat tot op 10 meter afstand te horen is. De frequentie is 30 Hz.
Akoestische druk
In elke laagde lucht die de geluidsgolf heeft bereikt, verandert de druk omhoog of omlaag. De hoeveelheid waarmee het toeneemt in vergelijking met de atmosferische druk wordt akoestische (geluids)druk genoemd.
Ons oor is ongelooflijk gevoelig. Het is moeilijk te geloven, maar het maakt onderscheid tussen een drukverandering van 0,01 miljoenste gram per oppervlakte-eenheid. Het geritsel zorgt voor heel weinig druk, het is gelijk aan 310-5 N/m2. Deze waarde is 31010 keer minder dan de atmosferische druk. Het blijkt dat het menselijk gehoor nauwkeuriger is dan chemische weegschalen. Fysiologen hebben de elasticiteit van het trommelvlies en de druk die wordt uitgeoefend door het zachtste geluid bestudeerd. Na vergelijking van de gegevens kwamen ze tot de conclusie dat het trommelvlies uitpuilt tot een afstand die kleiner is dan de grootte van een atoom.
Geluidsintensiteit en geluidsdruk zijn direct gerelateerd. Wanneer het lichaam met een lage frequentie trilt, verhoogt het de druk aanzienlijk - het geluid komt er sterk uit. De intensiteit (sterkte) van geluid is evenredig met het kwadraat van de akoestische druk.
Sonische energiestroom
Geluiden met verschillende frequentie en intensiteit worden bepaald door de stroom van geluidsenergie. De geluidsgolf plant zich in alle richtingen voort in de vorm van een bal. Hoe verder de golf reist, hoe zwakker hij wordt. De energie die het draagt, wordt over een steeds groter gebied verdeeld - het geluid neemt af. Het kwadraat van geluidsenergie is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tot het trillende lichaam.
De stroom van geluidsenergie is de hoeveelheid kinetische energie die draagtgolf over een oppervlakte per seconde. Dit verwijst naar het oppervlak van het medium, bijvoorbeeld een luchtlaag die haaks op de richting van de elastische golf staat. Energiestroom wordt gemeten in watt (W).
Kracht van geluid
De sterkte (intensiteit) van geluid is een grootheid die je nodig hebt om te weten wat de stroom van energie is. De waarde moet worden gedeeld door het oppervlak loodrecht op de golfvoortplanting (in m2).
Geluidsintensiteit wordt aangegeven met de letter I. De minimumwaarde van (I0) is 10-12 W/m2. Hoe hoger de intensiteit, hoe harder het geluid klinkt. De afhankelijkheid van de sterkte van geluid en luidheid werd empirisch vastgesteld. Er is waargenomen dat wanneer de intensiteit met 10 keer wordt verhoogd, het volume met 10 decibel (db) toeneemt, wanneer met 100 keer - met 20 dB.
Hoorbare en onhoorbare geluiden
Fysiologie stelt een persoon in staat om geluiden alleen binnen bepaalde limieten te horen. Als het lichaam trilt met een frequentie hoger dan 16-20 kilohertz (kHz) en lager dan 16-20 Hz, zal ons oor het niet kunnen waarnemen.
De frequentie en intensiteit van geluid zijn gerelateerd. Hoogfrequente geluidsgolven zenden heel weinig energie uit. Het is niet genoeg om de akoestische druk voldoende te veranderen om ons trommelvlies te laten trillen. Van dergelijke geluiden wordt gezegd dat ze de gehoordrempel overschrijden.
Een golf met een frequentie van minder dan 16.000 Hz wordt ultrageluid genoemd. De beroemdste wezens"praten" met echografie, dit zijn dolfijnen en vleermuizen. Infrageluid, hoewel we het niet horen, kan bij een bepaalde intensiteit (190-200 dB) tot de dood leiden, omdat het de druk in de longblaasjes te veel verhoogt.
Interessant is dat bij verschillende frequenties de afhankelijkheid van luidheid en geluidsintensiteit anders is. Bij gemiddelde frequenties (ongeveer 1000 Hz) voelt een persoon veranderingen in intensiteit met slechts 0,6 dB. Het beperken van frequentieniveaus is een heel andere zaak. Op hen kunnen we nauwelijks een verandering in geluidsintensiteit onderscheiden met 3 eenheden.
Classificatie van geluiden
Geluidsintensiteit wordt gemeten in W/m2, maar decibels worden gebruikt om geluiden met elkaar te vergelijken en met een minimale intensiteit.
Geluiden zijn onderverdeeld in:
- zeer zwak (0-20 dB);
- zwak (21-40 dB);
- matig (41-60 dB);
- luid (61-80 dB);
- zeer luid (81-100 dB);
- oorverdovend (meer dan 100 dB).
De afbeelding toont voorbeelden van de meest voorkomende geluiden met verschillende intensiteit.
Aanvaardbare tarieven
Constant geluid of een geluid dat lang aanhoudt, wordt achtergrondgeluid genoemd. Voor een appartement is 20-30 dB een normaal niveau van achtergrondgeluid. Het wordt door een persoon als stilte ervaren. Geluiden van 40 dB zijn ook acceptabel, maar een volume van 60 dB is acceptabel voor kantoren en instellingen. Langdurige blootstelling aan geluiden met een volume van 70 dB leidt totaandoeningen van het centrale zenuwstelsel. Het is met zo'n luidheid dat de straat "klinkt", en op drukke lanen bereikt het geluid 85-90 dB. Geluiden van 100 dB verminderen het gehoor en kunnen leiden tot volledig gehoorverlies.
Geluidsintensiteit is een waarde waarvan de toegestane waarden zijn voorgeschreven in sanitaire regels en voorschriften (SanPiN). De periode waarin het is toegestaan om luidruchtige huishoudelijke apparaten aan te zetten, luid te praten, reparaties uit te voeren, enz., wordt bepaald door de Wet op het waarborgen van rust en stilte. Het wordt voor elk gebied afzonderlijk genomen. De tijd in elke regio kan verschillen: ergens beginnen de daguren om 7.00 uur en ergens om 9.00 uur. In de regio Moskou wordt het interval van 21:00 tot 8:00 op weekdagen en van 22:00 tot 10:00 in het weekend bijvoorbeeld als 's nachts als stil beschouwd. Daarnaast is er een rustig uur van 13:00 tot 15:00 uur.
