Intensidade do som é a quantidade de energia que uma onda sonora transfere em 1 segundo através de uma unidade de área do meio. A intensidade depende da frequência da onda, da pressão acústica. Como você pode ver, muitos outros conceitos estão associados à intensidade: uma onda sonora, sua frequência, pressão acústica, o fluxo de energia sonora. Para entender o que é intensidade, detalharemos cada termo associado a ela.
Como o som aparece
O som pode vir de um corpo vibrante. Ele deve vibrar rápido o suficiente para criar uma perturbação no meio e gerar uma onda acústica. Porém, para sua ocorrência, é necessária mais uma condição: o meio deve ser elástico. Elasticidade é a capacidade de resistir à compressão ou qualquer outro tipo de deformação (se falamos de sólidos). Sim, sólidos, líquidos, gases e ar (como uma mistura de gases diferentes) têm elasticidade, mas em graus variados.
Valor da elasticidadedeterminado pela densidade. Sabe-se que os meios sólidos (madeira, metais, crosta terrestre) conduzem o som muito melhor do que os líquidos. E se compararmos água e ar, então no segundo meio, a onda sonora diverge pior.
A elasticidade do ar e dos meios mais densos deve-se a diferentes razões. Em líquidos e sólidos existem forças de interação intermolecular. Eles mantêm as partículas juntas em uma rede cristalina, e é muito fácil para uma onda sonora se propagar através de seus nós.
As moléculas de ar não estão conectadas umas às outras, elas estão separadas por grandes distâncias. As partículas não se dissipam devido ao movimento contínuo e errático, bem como à gravidade. Há muito se notou: quanto mais rarefeito o ar (por exemplo, nas camadas superiores da atmosfera), menor a intensidade, o volume do som. Há silêncio completo na lua, não porque não há nada para soar, mas por causa da f alta de ar.
Como uma onda sonora viaja pelo ar
O maior interesse para nós é a propagação de uma onda sonora (acústica) no ar. Quando o corpo se desvia de sua posição inicial, ele comprime o ar próximo de um lado de si mesmo. Por outro lado, o meio é rarefeito. Voltando à sua posição original, a fonte sonora se desvia para o outro lado e comprime o ar ali. Isso continua até que o corpo pare de se mover.
Como as partículas se comportam? Um oscilatório é adicionado ao seu movimento caótico. Em contraste com o movimento térmico constante das moléculas, o movimento vibracional tem uma direção. Em uma camada de arque é perpendicular à direção de deflexão do corpo, as partículas começam a empurrar umas às outras. Eles se movem com a fonte sonora na mesma direção. Assim, a compressão-rarefação alternada do ar é transmitida de uma camada de ar para outra. Esta é a onda acústica. A intensidade do som é um valor que depende das principais características da onda - frequência e comprimento.
Frequência do som
A frequência da onda depende de quão rápido a fonte sonora vibra. Todos os corpos vibram com frequências diferentes, mas nem todas as frequências estão disponíveis para nossa percepção. As ondas que ouvimos são chamadas de som. A frequência de uma onda acústica é medida em hertz (1 Hz equivale a 1 oscilação por segundo).
Camadas de ar comprimido e ar rarefeito se alternam. O comprimento de onda é igual à distância entre as camadas adjacentes nas quais a pressão é a mesma. O som não viaja indefinidamente porque a onda fica mais fraca à medida que a distância aumenta. A distância que ela percorre depende do comprimento e da frequência da onda acústica. Essas quantidades são diretamente proporcionais: as ondas de alta frequência são mais curtas que as de baixa frequência. Falamos sobre sons de alta frequência, pois ondas de alta e baixa frequência geram sons baixos.
O nível de intensidade do som depende diretamente da frequência das vibrações acústicas e do comprimento de onda. Assim, o chiado de um mosquito soa com frequência de 10 mil Hz e comprimento de onda de apenas 3,3 cm. O mugido de uma vaca é um som intenso que pode ser ouvido a pelo menos 10 metros. Sua frequência é 30 Hz.
Pressão acústica
Em todas as camadaso ar que a onda sonora atingiu, a pressão muda para cima ou para baixo. A quantidade pela qual ela aumenta em comparação com a pressão atmosférica é chamada de pressão acústica (som).
Nosso ouvido é incrivelmente sensível. É difícil de acreditar, mas distingue entre uma mudança de pressão de 0,01 milionésimo de grama por unidade de área. O farfalhar cria muito pouca pressão, é igual a 310-5 N/m2. Este valor é 31010 vezes menor que a pressão atmosférica. Acontece que a audição humana é mais precisa do que as balanças químicas. Os fisiologistas estudaram a elasticidade da membrana timpânica e a pressão exercida pelo som mais silencioso. Depois de comparar os dados, eles chegaram à conclusão de que a membrana timpânica se projeta a uma distância menor que o tamanho de um átomo.
Intensidade sonora e pressão sonora estão diretamente relacionadas. Quando o corpo vibra em baixa frequência, aumenta significativamente a pressão - o som sai forte. A intensidade (força) do som é proporcional ao quadrado da pressão acústica.
Fluxo de energia sônica
Sons de frequência e intensidade variáveis são determinados pelo fluxo de energia sonora. A onda sonora se propaga em todas as direções na forma de uma bola. Quanto mais a onda viaja, mais fraca ela se torna. A energia que ele carrega é distribuída por uma área crescente - o som diminui. O quadrado da energia sonora é inversamente proporcional ao quadrado da distância até o corpo vibratório.
O fluxo de energia sonora é a quantidade de energia cinética que transportaonda através de uma área de superfície por segundo. Isso se refere à superfície do meio, por exemplo, uma camada de ar localizada em ângulo reto com a direção da onda elástica. O fluxo de energia é medido em watts (W).
Potência do som
A força (intensidade) do som é uma quantidade, para descobrir qual você precisa saber qual é o fluxo de energia. Seu valor deve ser dividido pela área da superfície perpendicular à propagação da onda (em m2).
A intensidade do som é indicada pela letra I. O valor mínimo de (I0) é 10-12 W/m2. Quanto maior a intensidade, mais alto o som aparece. A dependência da força do som e do volume foi estabelecida empiricamente. Observou-se que quando a intensidade é aumentada em 10 vezes, o volume aumenta em 10 decibéis (db), quando em 100 vezes - em 20 dB.
Sons audíveis e inaudíveis
A fisiologia permite que uma pessoa ouça sons apenas dentro de certos limites. Se o corpo vibrar em uma frequência maior que 16-20 kilohertz (kHz) e menor que 16-20 Hz, nosso ouvido não será capaz de perceber.
A frequência e a intensidade do som estão relacionadas. As ondas sonoras de alta frequência transmitem muito pouca energia. Não basta alterar a pressão acústica o suficiente para fazer nosso tímpano vibrar. Diz-se que esses sons estão além do limiar da audição.
Uma onda com frequência inferior a 16 mil Hz é chamada de ultrassom. As criaturas mais famosas“conversam” com ultrassom, são golfinhos e morcegos. O infra-som, embora não o ouçamos, em certa intensidade (190-200 dB) pode levar à morte, pois aumenta demais a pressão nos alvéolos pulmonares.
Curiosamente, em diferentes frequências, a dependência do volume e da intensidade do som é diferente. Nas frequências médias (cerca de 1000 Hz), uma pessoa sente mudanças de intensidade em apenas 0,6 dB. Limitar os níveis de frequência é uma questão completamente diferente. Neles, mal podemos distinguir uma mudança na intensidade do som em 3 unidades.
Classificação dos sons
A intensidade do som é medida em W/m2, no entanto, os decibéis são usados para comparar sons entre si e com um nível mínimo de intensidade.
Os sons são divididos em:
- muito fraco (0-20 dB);
- fraco (21-40 dB);
- moderado (41-60 dB);
- alto (61-80 dB);
- muito alto (81-100 dB);
- ensurdecedor (mais de 100 dB).
A figura mostra exemplos dos sons mais comuns de intensidade variável.
Taxas aceitáveis
Ruído constante ou que persiste por muito tempo é chamado de ruído de fundo. Para um apartamento, 20-30 dB é um nível normal de ruído de fundo. É percebido por uma pessoa como silêncio. Sons de 40 dB também são aceitáveis, mas um volume de 60 dB é aceitável para escritórios e instituições. A exposição prolongada a sons com volume de 70 dB leva adistúrbios do sistema nervoso central. É com tamanha intensidade que a rua "soa", e em avenidas movimentadas o ruído chega a 85-90 dB. Sons de 100 dB reduzem a audição e podem levar à perda total da audição.
Intensidade sonora é um valor cujos valores permitidos são prescritos em normas e regulamentos sanitários (SanPiN). O período de tempo durante o qual é permitido ligar aparelhos domésticos barulhentos, falar alto, fazer reparos, etc. é determinado pela Lei sobre Garantia de Paz e Sossego. É tomado separadamente para cada área. O horário em cada região pode ser diferente: em algum lugar as horas do dia começam às 7h e em algum lugar às 9h. Por exemplo, na região de Moscou, o intervalo das 21h às 8h durante a semana e das 22h às 10h nos finais de semana é considerado tranquilo à noite. Além disso, há uma hora tranquila das 13:00 às 15:00.
