Schallintensität ist die Energiemenge, die eine Schallwelle in 1 Sekunde durch eine Flächeneinheit des Mediums überträgt. Die Intensität hängt von der Frequenz der Welle, vom Schalldruck ab. Wie Sie sehen können, sind viele andere Konzepte mit Intensität verbunden: eine Schallwelle, ihre Frequenz, der Schalldruck, der Fluss der Schallenergie. Um zu verstehen, was Intensität ist, werden wir jeden damit verbundenen Begriff im Detail aufschlüsseln.
Wie Ton erscheint
Schall kann von einem vibrierenden Körper kommen. Es muss schnell genug schwingen, um eine Störung im Medium zu erzeugen und eine akustische Welle zu erzeugen. Für sein Auftreten ist jedoch eine weitere Bedingung erforderlich: Das Medium muss elastisch sein. Elastizität ist die Fähigkeit, Kompression oder jeder anderen Art von Verformung zu widerstehen (wenn wir von Festkörpern sprechen). Ja, Feststoffe, Flüssigkeiten, Gase und Luft (als Mischung verschiedener Gase) haben Elastizität, aber in unterschiedlichem Maße.
Elastizitätswertdurch die Dichte bestimmt. Es ist bekannt, dass feste Medien (Holz, Metalle, Erdkruste) Schall wesentlich besser leiten als flüssige. Und wenn wir Wasser und Luft vergleichen, dann divergiert die Schallwelle im zweiten Medium am stärksten.
Die Elastizität von Luft und dichteren Medien hat verschiedene Gründe. In Flüssigkeiten und Festkörpern gibt es zwischenmolekulare Wechselwirkungskräfte. Sie h alten die Teilchen in einem Kristallgitter zusammen, und eine Schallwelle kann sich sehr leicht durch ihre Knoten ausbreiten.
Luftmoleküle sind nicht miteinander verbunden, sie sind durch große Entfernungen getrennt. Partikel lösen sich nicht aufgrund kontinuierlicher und unregelmäßiger Bewegung sowie der Schwerkraft auf. Es ist seit langem bekannt: Je verdünnter die Luft ist (z. B. in den oberen Schichten der Atmosphäre), desto geringer ist die Intensität, die Lautstärke des Schalls. Auf dem Mond herrscht völlige Stille, nicht weil nichts zu hören wäre, sondern weil die Luft fehlt.
Wie sich eine Schallwelle durch die Luft ausbreitet
Das größte Interesse für uns ist die Ausbreitung einer Schallwelle in der Luft. Wenn der Körper von seiner Ausgangsposition abweicht, komprimiert er nahe Luft auf einer Seite von sich. Andererseits wird das Medium verdünnt. Bei der Rückkehr in ihre ursprüngliche Position weicht die Schallquelle auf die andere Seite aus und komprimiert dort die Luft. Dies setzt sich fort, bis der Körper aufhört, sich zu bewegen.
Wie verh alten sich Teilchen? Zu ihrer chaotischen Bewegung kommt eine oszillierende hinzu. Im Gegensatz zur konstanten thermischen Bewegung von Molekülen hat die Schwingungsbewegung eine Richtung. In einer Luftschichtdie senkrecht zur Auslenkungsrichtung des Körpers steht, beginnen die Teilchen sich gegenseitig zu schieben. Sie bewegen sich mit der Schallquelle in die gleiche Richtung. Somit wird eine abwechselnde Verdichtungsverdünnung von Luft von einer Luftschicht auf eine andere übertragen. Das ist die Schallwelle. Die Schallintensität ist ein Wert, der von den Haupteigenschaften der Welle abhängt - Frequenz und Länge.
Tonfrequenz
Die Frequenz der Welle hängt davon ab, wie schnell die Schallquelle vibriert. Alle Körper schwingen mit unterschiedlichen Frequenzen, aber nicht jede Frequenz steht unserer Wahrnehmung zur Verfügung. Die Wellen, die wir hören, werden Schall genannt. Die Frequenz einer Schallwelle wird in Hertz gemessen (1 Hz entspricht 1 Schwingung pro Sekunde).
Schichten aus komprimierter und verdünnter Luft wechseln sich ab. Die Wellenlänge ist gleich dem Abstand zwischen benachbarten Schichten, in denen der Druck gleich ist. Schall breitet sich nicht unbegrenzt aus, da die Welle mit zunehmender Entfernung schwächer wird. Wie weit sie reist, hängt von der Länge und Frequenz der akustischen Welle ab. Diese Größen sind direkt proportional: Hochfrequente Wellen sind kürzer als niederfrequente. Wir sprechen von hochfrequenten Tönen, da hohe, niederfrequente Wellen tiefe Töne erzeugen.
Die Höhe der Schallintensität hängt direkt von der Frequenz der akustischen Schwingungen und der Wellenlänge ab. Ein Mückenquietschen ertönt also mit einer Frequenz von 10.000 Hz und hat eine Wellenlänge von nur 3,3 cm. Das Muhen einer Kuh ist ein intensives Geräusch, das aus mindestens 10 Metern Entfernung zu hören ist. Seine Frequenz beträgt 30 Hz.
Schalldruck
In jeder Schichtder Luft, die die Schallwelle erreicht hat, ändert sich der Druck entweder nach oben oder nach unten. Der Betrag, um den er gegenüber dem atmosphärischen Druck ansteigt, wird als akustischer (Schall-)Druck bezeichnet.
Unser Ohr ist unglaublich empfindlich. Kaum zu glauben, aber es unterscheidet eine Druckänderung von 0,01 Millionstel Gramm pro Flächeneinheit. Das Rascheln erzeugt sehr wenig Druck, es entspricht 310-5 N/m2. Dieser Wert ist 31010 mal kleiner als der atmosphärische Druck. Es stellt sich heraus, dass das menschliche Gehör genauer ist als chemische Waagen. Physiologen haben die Elastizität des Trommelfells und den Druck untersucht, den der leiseste Ton ausübt. Nach Vergleich der Daten kamen sie zu dem Schluss, dass sich das Trommelfell auf weniger als die Größe eines Atoms vorwölbt.
Schallintensität und Schalldruck stehen in direktem Zusammenhang. Wenn der Körper mit niedriger Frequenz vibriert, erhöht sich der Druck erheblich – der Ton kommt stark heraus. Die Intensität (Stärke) des Schalls ist proportional zum Quadrat des Schalldrucks.
Schallenergiefluss
Töne unterschiedlicher Frequenz und Intensität werden durch den Fluss der Schallenergie bestimmt. Die Schallwelle breitet sich in Form einer Kugel in alle Richtungen aus. Je weiter die Welle wandert, desto schwächer wird sie. Die Energie, die er trägt, verteilt sich auf eine immer größer werdende Fläche – der Schall lässt nach. Das Quadrat der Schallenergie ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung zum schwingenden Körper.
Der Schallenergiefluss ist die Menge an kinetischer Energie, die transportiert wirdWelle pro Sekunde über eine Fläche. Darunter versteht man die Oberfläche des Mediums, beispielsweise eine quer zur Richtung der elastischen Welle liegende Luftschicht. Der Energiefluss wird in Watt (W) gemessen.
Schallleistung
Die Stärke (Intensität) des Schalls ist eine Größe, um die Sie finden müssen, müssen Sie wissen, wie der Energiefluss ist. Ihr Wert ist durch die Fläche senkrecht zur Wellenausbreitung zu dividieren (in m2).
Die Schallintensität wird durch den Buchstaben I gekennzeichnet. Der Mindestwert von (I0) beträgt 10-12 W/m2. Je höher die Intensität, desto lauter erscheint der Ton. Die Abhängigkeit von Schallstärke und Lautstärke wurde empirisch ermittelt. Es wurde beobachtet, dass bei einer 10-fachen Erhöhung der Intensität die Lautstärke um 10 Dezibel (db) zunimmt, bei einer 100-fachen um 20 dB.
Hörbare und nicht hörbare Geräusche
Die Physiologie erlaubt es einem Menschen, Geräusche nur innerhalb bestimmter Grenzen zu hören. Wenn der Körper mit einer Frequenz von mehr als 16-20 Kilohertz (kHz) und weniger als 16-20 Hz vibriert, kann unser Ohr dies nicht wahrnehmen.
Die Frequenz und Intensität des Schalls hängen zusammen. Hochfrequente Schallwellen übertragen sehr wenig Energie. Es reicht nicht aus, den Schalldruck ausreichend zu verändern, um unser Trommelfell zum Schwingen zu bringen. Man sagt, dass solche Geräusche jenseits der Hörschwelle liegen.
Eine Welle mit einer Frequenz von weniger als 16.000 Hz wird als Ultraschall bezeichnet. Die berühmtesten Kreaturenmit Ultraschall „sprechen“, das sind Delfine und Fledermäuse. Infraschall, obwohl wir ihn nicht hören, kann ab einer bestimmten Intensität (190-200 dB) zum Tod führen, weil er den Druck in den Lungenbläschen zu stark erhöht.
Interessanterweise ist bei verschiedenen Frequenzen die Abhängigkeit von Lautstärke und Schallintensität unterschiedlich. Bei mittleren Frequenzen (ca. 1000 Hz) spürt eine Person Intensitätsänderungen nur um 0,6 dB. Grenzfrequenzpegel sind eine ganz andere Sache. Auf ihnen können wir kaum eine Änderung der Schallintensität um 3 Einheiten erkennen.
Klassifizierung von Geräuschen
Schallintensität wird in W/m2 gemessen, jedoch werden Dezibel verwendet, um Geräusche miteinander und mit einer Mindestintensität zu vergleichen.
Sounds werden unterteilt in:
- sehr schwach (0-20 dB);
- schwach (21-40 dB);
- mittel (41-60 dB);
- laut (61-80 dB);
- sehr laut (81-100 dB);
- ohrenbetäubend (mehr als 100 dB).
Die Abbildung zeigt beispielhaft die häufigsten Geräusche unterschiedlicher Intensität.
Akzeptable Preise
Konstante oder lang andauernde Geräusche werden als Hintergrundgeräusche bezeichnet. Für eine Wohnung sind 20-30 dB ein normaler Hintergrundgeräuschpegel. Es wird von einer Person als Stille wahrgenommen. Geräusche von 40 dB sind ebenfalls akzeptabel, aber eine Lautstärke von 60 dB ist für Büros und Institutionen akzeptabel. Längere Exposition gegenüber Geräuschen mit einer Lautstärke von 70 dB führt zuStörungen des zentralen Nervensystems. Mit einer solchen Lautstärke "klingt" die Straße, und auf belebten Alleen erreicht der Lärm 85-90 dB. Geräusche von 100 dB reduzieren das Hörvermögen und können zu einem vollständigen Hörverlust führen.
Schallintensität ist ein Wert, dessen zulässige Werte in Hygienevorschriften (SanPiN) vorgeschrieben sind. Der Zeitraum, in dem laute Haush altsgeräte eingesch altet, laut gesprochen, Reparaturen usw. durchgeführt werden dürfen, wird durch das Gesetz zur Gewährleistung von Ruhe und Frieden festgelegt. Es wird für jeden Bereich separat erhoben. Die Zeit in jeder Region kann unterschiedlich sein: Irgendwo beginnen die Tagesstunden um 7:00 Uhr und irgendwo um 9:00 Uhr. Beispielsweise gilt in der Region Moskau der Zeitraum von 21:00 bis 8:00 Uhr an Wochentagen und von 22:00 bis 10:00 Uhr an Wochenenden als nachts ruhig. Zusätzlich gibt es eine ruhige Stunde von 13:00 bis 15:00 Uhr.
