עוצמת הקול היא כמות האנרגיה שגל קול מעביר בשנייה אחת דרך יחידת שטח של המדיום. העוצמה תלויה בתדירות הגל, בלחץ האקוסטי. כפי שאתה יכול לראות, מושגים רבים אחרים קשורים לעוצמה: גל קול, התדר שלו, לחץ אקוסטי, זרימת אנרגיית הקול. על מנת להבין מהי עוצמה, נפרק כל מונח המשויך אליו בפירוט.
איך מופיע הצליל
צליל יכול להגיע מגוף רוטט. הוא חייב לרטוט מהר מספיק כדי ליצור הפרעה במדיום וליצור גל אקוסטי. עם זאת, להתרחשותו, יש צורך בתנאי נוסף: המדיום חייב להיות אלסטי. גמישות היא היכולת להתנגד לדחיסה או כל סוג אחר של דפורמציה (אם מדברים על מוצקים). כן, למוצקים, נוזלים, גזים ואוויר (כתערובת של גזים שונים) יש גמישות, אבל בדרגות שונות.
ערך אלסטיותנקבע על פי צפיפות. ידוע שחומרים מוצקים (עץ, מתכות, קרום אדמה) מוליכים צליל הרבה יותר טוב מאשר נוזלים. ואם נשווה מים ואוויר, אז במדיום השני, גל הקול מתפצל הכי גרוע.
הגמישות של אוויר ומדיה צפופה יותר נובעת מסיבות שונות. בנוזלים ובמוצקים יש כוחות של אינטראקציה בין מולקולרית. הם מחזיקים את החלקיקים יחד בסריג קריסטל, וקל מאוד לגל קול להתפשט דרך הצמתים שלו.
מולקולות האוויר אינן מחוברות זו לזו, הן מופרדות במרחקים גדולים. חלקיקים אינם מתפוגגים עקב תנועה מתמשכת ולא יציבה, כמו גם כוח הכבידה. זה כבר מזמן שם לב: ככל שהאוויר נדיר יותר (לדוגמה, בשכבות העליונות של האטמוספירה), כך העוצמה, עוצמת הצליל פחותה. יש שקט מוחלט על הירח, לא בגלל שאין מה להשמיע, אלא בגלל המחסור באוויר.
איך גל קול עובר באוויר
העניין הגדול ביותר עבורנו הוא התפשטות גל קולי (אקוסטי) באוויר. כאשר הגוף סוטה מיקומו ההתחלתי, הוא דוחס אוויר סמוך בצד אחד של עצמו. מצד שני, המדיום הוא נדיר. חוזרים למיקומו המקורי, מקור הקול סוטה לצד השני ודוחס שם את האוויר. זה נמשך עד שהגוף מפסיק לנוע.
איך חלקיקים מתנהגים? לתנועתם הכאוטית מתווספת תנודה. בניגוד לתנועה התרמית הקבועה של מולקולות, לתנועת הרטט יש כיוון אחד. בשכבת אווירשהוא מאונך לכיוון הסטייה של הגוף, החלקיקים מתחילים לדחוף זה את זה. הם נעים עם מקור הקול באותו כיוון. לפיכך, דחיסה-נדירות לסירוגין של אוויר מועברת משכבת אוויר אחת לאחרת. זה הגל האקוסטי. עוצמת הצליל היא ערך התלוי במאפיינים העיקריים של הגל - תדירות ואורך.
תדר צליל
תדירות הגל תלויה במהירות שבה מקור הקול רוטט. כל הגופים רוטטים בתדרים שונים, אך לא כל תדר זמין לתפיסה שלנו. הגלים שאנו שומעים נקראים צליל. התדר של גל אקוסטי נמדד בהרץ (1 הרץ שווה ל-1 תנודה בשנייה).
שכבות של אוויר דחוס ונדיר מתחלפות. אורך הגל שווה למרחק בין שכבות סמוכות בהן הלחץ זהה. הקול אינו עובר ללא הגבלת זמן מכיוון שהגל הולך ונחלש ככל שהמרחק גדל. כמה רחוק הוא עובר תלוי באורך ובתדירות של הגל האקוסטי. הכמויות הללו פרופורציונליות ישירות: גלים בתדר גבוה קצרים יותר מאלה בתדר נמוך. אנחנו מדברים על צלילים בתדר גבוה מכיוון שגלים גבוהים בתדר נמוך יוצרים צלילים נמוכים.
רמת עוצמת הצליל תלויה ישירות בתדירות הרעידות האקוסטיות ובאורך הגל. אז, חריקת יתוש נשמעת בתדר של 10,000 הרץ ואורך גל של 3.3 ס מ בלבד. קריאת פרה היא צליל עז שניתן לשמוע ממרחק של לפחות 10 מטרים. התדר שלו הוא 30 הרץ.
לחץ אקוסטי
בכל שכבההאוויר שאליו הגיע גל הקול, הלחץ משתנה למעלה או למטה. הכמות שבה הוא גדל בהשוואה ללחץ האטמוספרי נקרא לחץ אקוסטי (קולי).
האוזן שלנו רגישה להפליא. קשה להאמין, אבל הוא מבחין בין שינוי לחץ של 0.01 מיליון גרם ליחידת שטח. הרשרוש יוצר מעט מאוד לחץ, הוא שווה ל-310-5 N/m2. ערך זה הוא פי 31010 פחות מהלחץ האטמוספרי. מסתבר ששמיעה אנושית מדויקת יותר מקשקשים כימיים. פיזיולוגים חקרו את גמישות הקרום התוף ואת הלחץ שמפעיל הצליל השקט ביותר. לאחר השוואת הנתונים, הם הגיעו למסקנה שהקרום התוף בולט למרחק קטן מגודלו של אטום.
עוצמת הקול ולחץ הקול קשורים קשר ישיר. כשהגוף רוטט בתדר נמוך זה מגביר את הלחץ בצורה משמעותית - הסאונד יוצא חזק. עוצמת הקול (חוזק) פרופורציונלית לריבוע הלחץ האקוסטי.
זרימת אנרגיה קולית
צלילים בתדירות ובעוצמה משתנים נקבעים על ידי זרימת אנרגיית הקול. גל הקול מתפשט לכל הכיוונים בצורה של כדור. ככל שהגל מתרחק, כך הוא נחלש. האנרגיה שהיא נושאת מפוזרת על פני שטח הולך וגדל - הצליל שוכך. ריבוע אנרגיית הקול עומד ביחס הפוך לריבוע המרחק לגוף הרוטט.
זרימת אנרגיית הקול היא כמות האנרגיה הקינטית הנושאתגל על פני שטח בשנייה. הכוונה היא לפני השטח של המדיום, למשל, שכבת אוויר הממוקמת בזווית ישרה לכיוון הגל האלסטי. זרימת האנרגיה נמדדת בוואט (W).
כוח הסאונד
העוצמה (העוצמה) של הצליל היא כמות, כדי למצוא אותה אתה צריך לדעת מהי זרימת האנרגיה. יש לחלק את ערכו בשטח הפנים המאונך להתפשטות הגל (ב-m2).
עוצמת הצליל מסומנת באות I. הערך המינימלי של (I0) הוא 10-12 W/m2. ככל שהעוצמה גבוהה יותר, כך הצליל מופיע חזק יותר. התלות בעוצמת הצליל והעוצמה התבססה באופן אמפירי. נצפה שכאשר העוצמה מוגברת פי 10, הווליום גדל ב-10 דציבלים (db), כאשר פי 100 - ב-20 dB.
צלילים נשמעים ולא נשמעים
הפיזיולוגיה מאפשרת לאדם לשמוע צלילים רק בגבולות מסוימים. אם הגוף רוטט בתדר גדול מ-16-20 קילו-הרץ (kHz) ופחות מ-16-20 הרץ, האוזן שלנו לא תוכל לקלוט זאת.
התדר ועוצמת הצליל קשורים זה לזה. גלי קול בתדר גבוה מעבירים מעט מאוד אנרגיה. זה לא מספיק לשנות את הלחץ האקוסטי מספיק כדי לגרום לעור התוף שלנו לרטוט. אומרים שצלילים כאלה הם מעבר לסף השמיעה.
גל עם תדר של פחות מ-16 אלף הרץ נקרא אולטרסאונד. היצורים המפורסמים ביותר"לדבר" עם אולטרסאונד, אלה דולפינים ועטלפים. אינפרסאונד, למרות שאיננו שומעים אותו, בעוצמה מסוימת (190-200 dB) עלול להוביל למוות, מכיוון שהוא מגביר מדי את הלחץ במככיות הריאתיות.
מעניין, בתדרים שונים, התלות בעוצמה ובעוצמת הצליל שונה. בתדרים בינוניים (כ-1000 הרץ), אדם מרגיש שינויים בעוצמה של 0.6 דציבל בלבד. הגבלת רמות התדר היא עניין אחר לגמרי. עליהם, אנחנו בקושי יכולים להבחין בשינוי בעוצמת הצליל ב-3 יחידות.
סיווג צלילים
עוצמת הצליל נמדדת ב-W/m2, עם זאת, נעשה שימוש בדציבלים להשוואת צלילים זה עם זה וברמת עוצמה מינימלית.
צלילים מחולקים ל:
- חלש מאוד (0-20 dB);
- חלש (21-40 dB);
- בינוני (41-60 dB);
- loud (61-80 dB);
- רועש מאוד (81-100 dB);
- חריש אוזניים (יותר מ-100 dB).
האיור מציג דוגמאות לצלילים הנפוצים ביותר בעוצמה משתנה.
תעריפים מקובלים
רעש קבוע או כזה שנמשך לאורך זמן נקרא רעשי רקע. עבור דירה, 20-30 dB היא רמה נורמלית של רעשי רקע. זה נתפס בעיני אדם כשקט. גם צלילים של 40 dB מקובלים, אבל עוצמת קול של 60 dB מקובלת למשרדים ומוסדות. חשיפה ממושכת לצלילים בעוצמה של 70 dB מובילה להפרעות במערכת העצבים המרכזית. בעוצמה כזו הרחוב "נשמע", ובשדרות סואנות הרעש מגיע ל-85-90 dB. צלילים של 100 dB מפחיתים את השמיעה ועלולים להוביל לאובדן שמיעה מוחלט.
עוצמת הקול היא ערך שהערכים המותרים שלו נקבעים בכללים ובתקנות סניטריים (SanPiN). פרק הזמן בו מותר להפעיל מכשירי חשמל ביתיים רועשים, לדבר בקול רם, לבצע תיקונים וכדומה, נקבע בחוק הבטחת שקט ושלווה. זה נלקח בנפרד עבור כל אזור. השעה בכל אזור עשויה להיות שונה: איפשהו שעות היום מתחילות ב-7:00 בבוקר, ואיפשהו ב-9:00. לדוגמה, באזור מוסקבה, המרווח מ-21:00 עד 8:00 בימי חול ומ-22:00 עד 10:00 בסופי שבוע נחשב לשקט בלילה. בנוסף, ישנה שעה שקטה בין השעות 13:00-15:00.
