Garso intensyvumas – tai energijos kiekis, kurį garso banga per 1 sekundę perduoda per vienetinį terpės plotą. Intensyvumas priklauso nuo bangos dažnio, nuo akustinio slėgio. Kaip matote, su intensyvumu siejama ir daug kitų sąvokų: garso banga, jos dažnis, akustinis slėgis, garso energijos srautas. Kad suprastume, kas yra intensyvumas, išsamiai suskirstysime kiekvieną su juo susijusį terminą.
Kaip pasirodo garsas
Garsas gali sklisti iš vibruojančio kūno. Jis turi vibruoti pakankamai greitai, kad sukeltų trikdžius terpėje ir generuotų akustinę bangą. Tačiau tam, kad jis atsirastų, būtina dar viena sąlyga: terpė turi būti elastinga. Elastingumas – tai gebėjimas atsispirti gniuždymui ar bet kokiai kitai deformacijai (jei kalbame apie kietas medžiagas). Taip, kietosios medžiagos, skysčiai, dujos ir oras (kaip skirtingų dujų mišinys) turi tamprumą, bet nevienodo laipsnio.
Elastingumo vertėnustatomas pagal tankį. Yra žinoma, kad kietos terpės (mediena, metalai, žemės pluta) garsą praleidžia daug geriau nei skystos. Ir jei palyginsime vandenį ir orą, tada antroje terpėje garso banga skiriasi blogiausiai.
Oro ir tankesnės terpės elastingumą lemia įvairios priežastys. Skysčiuose ir kietosiose medžiagose yra tarpmolekulinės sąveikos jėgos. Jie laiko daleles kartu kristalinėje gardelėje, todėl garso bangai labai lengva sklisti per jos mazgus.
Oro molekulės nesusijusios viena su kita, jas skiria dideli atstumai. Dalelės neišsisklaido dėl nuolatinio ir nepastovaus judėjimo, taip pat dėl gravitacijos. Jau seniai pastebėta: kuo retesnis oras (pavyzdžiui, viršutiniuose atmosferos sluoksniuose), tuo mažesnis garso intensyvumas, garsumas. Mėnulyje vyrauja visiška tyla ne todėl, kad nėra ko skambėti, o dėl oro trūkumo.
Kaip garso banga sklinda oru
Mums didžiausią susidomėjimą kelia garso (akustinės) bangos sklidimas ore. Kai kūnas nukrypsta nuo pradinės padėties, jis suspaudžia šalia esantį orą vienoje savo pusėje. Kita vertus, terpė yra išretėjusi. Grįžęs į pradinę padėtį, garso š altinis nukrypsta į kitą pusę ir ten suspaudžia orą. Tai tęsiasi tol, kol kūnas nustos judėti.
Kaip elgiasi dalelės? Prie jų chaotiško judėjimo pridedamas svyruojantis. Priešingai nei nuolatinis šiluminis molekulių judėjimas, vibracinis judėjimas turi vieną kryptį. Oro sluoksnyjekuri yra statmena kūno deformacijos krypčiai, dalelės pradeda stumti viena kitą. Jie juda su garso š altiniu ta pačia kryptimi. Taigi kintamasis oro suspaudimas-retėjimas perduodamas iš vieno oro sluoksnio į kitą. Tai yra akustinė banga. Garso intensyvumas yra reikšmė, kuri priklauso nuo pagrindinių bangos charakteristikų – dažnio ir ilgio.
Garso dažnis
Bangos dažnis priklauso nuo to, kaip greitai vibruoja garso š altinis. Visi kūnai vibruoja skirtingais dažniais, bet ne kiekvienas dažnis yra prieinamas mūsų suvokimui. Bangos, kurias girdime, vadinamos garsu. Akustinės bangos dažnis matuojamas hercais (1 Hz lygus 1 virpesiui per sekundę).
Suspausto ir retinto oro sluoksniai pakaitomis keičiasi. Bangos ilgis yra lygus atstumui tarp gretimų sluoksnių, kuriuose slėgis yra vienodas. Garsas nesklinda neribotai, nes banga silpsta didėjant atstumui. Kiek ji nukeliauja, priklauso nuo akustinės bangos ilgio ir dažnio. Šie dydžiai yra tiesiogiai proporcingi: aukšto dažnio bangos yra trumpesnės nei žemo dažnio. Mes kalbame apie aukšto dažnio garsus, nes aukšto ir žemo dažnio bangos sukuria žemus garsus.
Garso intensyvumo lygis tiesiogiai priklauso nuo akustinių virpesių dažnio ir bangos ilgio. Taigi, uodo girgždesys skamba 10 tūkstančių Hz dažniu, o jo bangos ilgis – tik 3,3 cm. Karvės maukimas – tai intensyvus garsas, girdimas mažiausiai iš 10 metrų. Jo dažnis yra 30 Hz.
Akustinis slėgis
Kiekviename sluoksnyjeoro, kurį pasiekė garso banga, slėgis kinta aukštyn arba žemyn. Dydis, kuriuo jis padidėja, palyginti su atmosferos slėgiu, vadinamas akustiniu (garso) slėgiu.
Mūsų ausis nepaprastai jautri. Sunku patikėti, bet jis išskiria slėgio pokytį 0,01 milijono gramo ploto vienete. Triukšmas sukuria labai mažą spaudimą, jis lygus 310-5 N/m2. Ši vertė yra 31010 kartų mažesnė už atmosferos slėgį. Pasirodo, žmogaus klausa yra tikslesnė nei cheminės svarstyklės. Fiziologai ištyrė būgnelio elastingumą ir tyliausio garso daromą spaudimą. Palyginę duomenis, jie priėjo prie išvados, kad būgninė membrana išsipūtė iki atstumo, mažesnio už atomo dydį.
Garso intensyvumas ir garso slėgis yra tiesiogiai susiję. Kai kūnas vibruoja žemu dažniu, tai žymiai padidina slėgį – garsas išeina stiprus. Garso intensyvumas (stiprumas) yra proporcingas akustinio slėgio kvadratui.
Garso energijos srautas
Įvairaus dažnio ir intensyvumo garsus lemia garso energijos srautas. Garso banga rutulio pavidalu sklinda visomis kryptimis. Kuo toliau banga sklinda, tuo ji silpnėja. Energija, kurią ji neša, pasiskirsto vis didesniame plote – garsas nutyla. Garso energijos kvadratas yra atvirkščiai proporcingas atstumo iki vibruojančio kūno kvadratui.
Garso energijos srautas yra kinetinės energijos kiekis, kurį nešabanga per visą paviršiaus plotą per sekundę. Tai reiškia terpės paviršių, pavyzdžiui, oro sluoksnį, esantį stačiu kampu elastinės bangos krypčiai. Energijos srautas matuojamas vatais (W).
Garso galia
Garso stiprumas (intensyvumas) yra dydis, kurį norint rasti reikia žinoti, kas yra energijos srautas. Jo vertė turėtų būti padalinta iš paviršiaus ploto, statmeno bangos sklidimui (m2).
Garso intensyvumas žymimas raide I. Mažiausia (I0) reikšmė yra 10-12 W/m2. Kuo didesnis intensyvumas, tuo garsesnis pasirodo. Empiriškai nustatyta garso stiprumo ir garsumo priklausomybė. Pastebėta, kad padidinus intensyvumą 10 kartų garsumas padidėja 10 decibelų (db), kai 100 kartų - 20 dB.
Girdimi ir negirdimi garsai
Fiziologija leidžia žmogui girdėti garsus tik tam tikrose ribose. Jei kūnas vibruoja didesniu nei 16–20 kilohercų (kHz) ir mažesniu nei 16–20 Hz dažniu, mūsų ausis nesugebės to suvokti.
Garso dažnis ir intensyvumas yra susiję. Aukšto dažnio garso bangos perduoda labai mažai energijos. Nepakanka pakankamai pakeisti akustinį slėgį, kad mūsų ausies būgnelis vibruotų. Teigiama, kad tokie garsai yra už klausos slenksčio.
Banga, kurios dažnis mažesnis nei 16 tūkst. Hz, vadinama ultragarsu. Garsiausios būtybės"kalbėk" su ultragarsu, tai yra delfinai ir šikšnosparniai. Infragarsas, nors ir negirdime, tam tikru intensyvumu (190-200 dB) gali baigtis mirtimi, nes per daug padidina spaudimą plaučių alveolėse.
Įdomu, kad esant skirtingiems dažniams, skiriasi garsumo ir garso intensyvumo priklausomybė. Esant vidutiniams dažniams (apie 1000 Hz), žmogus jaučia tik 0,6 dB intensyvumo pokyčius. Dažnio lygių ribojimas yra visiškai kitas dalykas. Ant jų vos galime atskirti garso intensyvumo pokytį 3 vienetais.
Garsų klasifikacija
Garso intensyvumas matuojamas W/m2, tačiau decibelai naudojami garsams palyginti tarpusavyje ir su minimaliu intensyvumo lygiu.
Garsai skirstomi į:
- labai silpnas (0–20 dB);
- silpnas (21–40 dB);
- vidutinis (41–60 dB);
- garsiai (61–80 dB);
- labai garsiai (81–100 dB);
- kurtina (daugiau nei 100 dB).
Paveikslėlyje pateikti įvairaus intensyvumo dažniausiai pasitaikančių garsų pavyzdžiai.
Priimtini įkainiai
Nuolatinis triukšmas arba toks, kuris išlieka ilgą laiką, vadinamas foniniu triukšmu. Butui 20-30 dB yra normalus foninio triukšmo lygis. Tai žmogus suvokia kaip tylą. Taip pat priimtinas 40 dB garsas, tačiau biurams ir įstaigoms priimtinas 60 dB garsas. Ilgalaikis 70 dB garsų poveikis sukeliacentrinės nervų sistemos sutrikimai. Būtent su tokiu garsumu gatvė „skamba“, o judriuose prospektuose triukšmas siekia 85-90 dB. 100 dB garsai mažina klausą ir gali visiškai prarasti klausą.
Garso intensyvumas yra reikšmė, kurios leistinos vertės nurodytos sanitarinėse taisyklėse ir taisyklėse (SanPiN). Laikas, per kurį leidžiama įjungti triukšmingą buitinę techniką, garsiai kalbėti, daryti remontą ir pan., nustato Ramybės ir tylos užtikrinimo įstatymas. Jis paimamas atskirai kiekvienai sričiai. Laikas kiekviename regione gali skirtis: kai kur dienos valandos prasideda 7:00, o kai kur 9:00. Pavyzdžiui, Maskvos srityje intervalas nuo 21:00 iki 8:00 darbo dienomis ir nuo 22:00 iki 10:00 savaitgaliais laikomas nakties ramybe. Be to, nuo 13:00 iki 15:00 yra ramybės valanda.
