Skaņas intensitāte ir enerģijas daudzums, ko skaņas vilnis 1 sekundē pārnes caur vides laukuma vienību. Intensitāte ir atkarīga no viļņa frekvences, no akustiskā spiediena. Kā redzat, ar intensitāti ir saistīti daudzi citi jēdzieni: skaņas vilnis, tā frekvence, akustiskais spiediens, skaņas enerģijas plūsma. Lai saprastu, kas ir intensitāte, mēs detalizēti sadalīsim katru ar to saistīto terminu.
Kā parādās skaņa
Skaņa var nākt no vibrējoša ķermeņa. Tam ir jāvibrē pietiekami ātri, lai radītu traucējumus vidē un radītu akustisku vilni. Tomēr, lai tā notiktu, ir nepieciešams vēl viens nosacījums: videi jābūt elastīgai. Elastība ir spēja pretoties saspiešanai vai jebkura cita veida deformācijai (ja mēs runājam par cietām vielām). Jā, cietām vielām, šķidrumiem, gāzēm un gaisam (kā dažādu gāzu maisījumam) ir elastība, taču tā ir dažāda.
Elastības vērtībanosaka blīvums. Ir zināms, ka cietie materiāli (koks, metāli, zemes garoza) daudz labāk vada skaņu nekā šķidrie. Un, ja salīdzinām ūdeni un gaisu, tad otrajā vidē skaņas vilnis atšķiras vissliktāk.
Gaisa elastība un blīvāka materiāla ir dažādu iemeslu dēļ. Šķidrumos un cietās vielās pastāv starpmolekulārās mijiedarbības spēki. Tie satur daļiņas kopā kristāla režģī, un skaņas viļņam ir ļoti viegli izplatīties pa tā mezgliem.
Gaisa molekulas nav savienotas viena ar otru, tās atdala lieli attālumi. Daļiņas neizkliedējas nepārtrauktas un neregulāras kustības, kā arī gravitācijas dēļ. Jau sen ir pamanīts: jo retāks gaiss (piemēram, atmosfēras augšējos slāņos), jo mazāka skaņas intensitāte, skaļums. Uz Mēness ir pilnīgs klusums, nevis tāpēc, ka nav ko skanēt, bet gan gaisa trūkuma dēļ.
Kā skaņas vilnis ceļo pa gaisu
Mums vislielākā interese ir skaņas (akustiskā) viļņa izplatīšanās gaisā. Kad ķermenis novirzās no sākotnējā stāvokļa, tas vienā pusē saspiež tuvumā esošo gaisu. No otras puses, medijs ir retināts. Atgriežoties sākotnējā stāvoklī, skaņas avots novirzās uz otru pusi un tur saspiež gaisu. Tas turpinās, līdz ķermenis pārstāj kustēties.
Kā uzvedas daļiņas? Viņu haotiskajai kustībai tiek pievienots svārstīgs. Atšķirībā no molekulu pastāvīgās termiskās kustības, vibrācijas kustībai ir viens virziens. Gaisa slānīkas ir perpendikulāra ķermeņa novirzes virzienam, daļiņas sāk spiest viena otru. Tie pārvietojas ar skaņas avotu vienā virzienā. Tādējādi mainīga gaisa saspiešana-retināšana tiek pārnesta no viena gaisa slāņa uz otru. Šis ir akustiskais vilnis. Skaņas intensitāte ir vērtība, kas ir atkarīga no viļņa galvenajiem raksturlielumiem - frekvences un garuma.
Skaņas frekvence
Viļņa frekvence ir atkarīga no skaņas avota vibrācijas ātruma. Visi ķermeņi vibrē ar dažādām frekvencēm, bet ne katra frekvence ir pieejama mūsu uztverei. Viļņus, ko mēs dzirdam, sauc par skaņu. Akustiskā viļņa frekvenci mēra hercos (1 Hz ir vienāds ar 1 svārstību sekundē).
Mijas saspiesta un retu gaisa slāņi. Viļņa garums ir vienāds ar attālumu starp blakus esošajiem slāņiem, kuros spiediens ir vienāds. Skaņa neizplatās bezgalīgi, jo, attālumam palielinoties, vilnis kļūst vājāks. Tas, cik tālu tas pārvietojas, ir atkarīgs no akustiskā viļņa garuma un frekvences. Šie daudzumi ir tieši proporcionāli: augstfrekvences viļņi ir īsāki nekā zemfrekvences viļņi. Mēs runājam par augstas frekvences skaņām, jo augstas un zemas frekvences viļņi rada zemas skaņas.
Skaņas intensitātes līmenis ir tieši atkarīgs no akustisko vibrāciju frekvences un viļņa garuma. Tātad, moskītu čīkstēšana skan ar frekvenci 10 tūkstoši Hz un viļņa garums ir tikai 3,3 cm. Govs ņirgāšanās ir intensīva skaņa, kas dzirdama vismaz no 10 metriem. Tā frekvence ir 30 Hz.
Akustiskais spiediens
Katrā slānīgaiss, ko skaņas vilnis ir sasniedzis, spiediens mainās vai nu uz augšu, vai uz leju. Summu, par kādu tas palielinās, salīdzinot ar atmosfēras spiedienu, sauc par akustisko (skaņas) spiedienu.
Mūsu auss ir pārsteidzoši jutīga. Grūti noticēt, bet tas atšķir spiediena izmaiņas 0,01 miljonā grama uz laukuma vienību. Spiediens rada ļoti mazu spiedienu, tas ir vienāds ar 310-5 N/m2. Šī vērtība ir 31010 reizes mazāka nekā atmosfēras spiediens. Izrādās, ka cilvēka dzirde ir precīzāka par ķīmiskajiem svariem. Fiziologi ir pētījuši bungādiņas elastību un spiedienu, ko rada klusākā skaņa. Pēc datu salīdzināšanas viņi nonāca pie secinājuma, ka bungu membrāna izspiežas līdz attālumam, kas ir mazāks par atoma izmēru.
Skaņas intensitāte un skaņas spiediens ir tieši saistīti. Kad ķermenis vibrē ar zemu frekvenci, tas ievērojami palielina spiedienu - skaņa nāk spēcīga. Skaņas intensitāte (stiprums) ir proporcionāls akustiskā spiediena kvadrātam.
Skaņas enerģijas plūsma
Atšķirīgas frekvences un intensitātes skaņas nosaka skaņas enerģijas plūsma. Skaņas vilnis izplatās visos virzienos lodītes formā. Jo tālāk vilnis virzās, jo vājāks tas kļūst. Enerģija, ko tā nes, tiek sadalīta arvien lielākā platībā – skaņa norimst. Skaņas enerģijas kvadrāts ir apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam līdz vibrējošajam ķermenim.
Skaņas enerģijas plūsma ir kinētiskās enerģijas daudzums, ko nesvilnis pāri virsmas laukumam sekundē. Tas attiecas uz vides virsmu, piemēram, gaisa slāni, kas atrodas taisnā leņķī pret elastīgā viļņa virzienu. Enerģijas plūsmu mēra vatos (W).
Skaņas spēks
Skaņas stiprums (intensitāte) ir lielums, kura atrašanai ir jāzina, kas ir enerģijas plūsma. Tā vērtība jādala ar virsmas laukumu, kas ir perpendikulārs viļņu izplatībai (m2).
Skaņas intensitāte ir norādīta ar burtu I. Minimālā vērtība (I0) ir 10-12 W/m2. Jo augstāka intensitāte, jo skaļāka ir skaņa. Skaņas stipruma un skaļuma atkarība tika noteikta empīriski. Novērots, ka, palielinot intensitāti 10 reizes, skaļums palielinās par 10 decibeliem (db), kad 100 reizes - par 20 dB.
Skaņas un nedzirdamas skaņas
Fizioloģija ļauj cilvēkam dzirdēt skaņas tikai noteiktās robežās. Ja ķermenis vibrē ar frekvenci, kas lielāka par 16-20 kiloherciem (kHz) un mazāka par 16-20 Hz, mūsu auss to nespēs uztvert.
Skaņas frekvence un intensitāte ir saistītas. Augstas frekvences skaņas viļņi pārraida ļoti maz enerģijas. Nepietiek ar pietiekamu akustiskā spiediena maiņu, lai mūsu bungādiņa vibrētu. Tiek uzskatīts, ka šādas skaņas pārsniedz dzirdes slieksni.
Vilni, kura frekvence ir mazāka par 16 tūkstošiem Hz, sauc par ultraskaņu. Slavenākās radības"runājiet" ar ultraskaņu, tie ir delfīni un sikspārņi. Infraskaņa, lai gan mēs to nedzirdam, noteiktā intensitātē (190-200 dB) var izraisīt nāvi, jo tā pārāk daudz palielina spiedienu plaušu alveolās.
Interesanti, ka dažādās frekvencēs skaļuma un skaņas intensitātes atkarība ir atšķirīga. Pie vidējām frekvencēm (apmēram 1000 Hz) cilvēks jūt intensitātes izmaiņas tikai par 0,6 dB. Frekvenču līmeņu ierobežošana ir pavisam cita lieta. Uz tiem mēs tik tikko varam atšķirt skaņas intensitātes izmaiņas par 3 vienībām.
Skaņu klasifikācija
Skaņas intensitāti mēra W/m2, tomēr, lai salīdzinātu skaņas savā starpā un ar minimālu intensitātes līmeni, tiek izmantoti decibeli.
Skaņas ir sadalītas:
- ļoti vājš (0–20 dB);
- vājš (21–40 dB);
- vidēji (41–60 dB);
- skaļi (61–80 dB);
- ļoti skaļš (81–100 dB);
- apdullinošs (vairāk nekā 100 dB).
Attēlā parādīti visbiežāk sastopamo dažādas intensitātes skaņu piemēri.
Pieņemamas cenas
Pastāvīgu troksni vai tādu, kas saglabājas ilgu laiku, sauc par fona troksni. Dzīvoklim 20-30 dB ir normāls fona trokšņa līmenis. Cilvēks to uztver kā klusumu. Ir pieļaujamas arī skaņas 40 dB, bet birojiem un iestādēm ir pieņemams 60 dB skaļums. Ilgstoša pakļaušana skaņām ar skaļumu 70 dB noved piecentrālās nervu sistēmas traucējumi. Tieši ar tādu skaļumu iela "atskan", un rosīgās ielās troksnis sasniedz 85-90 dB. 100 dB skaņas samazina dzirdi un var izraisīt pilnīgu dzirdes zudumu.
Skaņas intensitāte ir vērtība, kuras pieļaujamās vērtības ir noteiktas sanitārajos noteikumos un noteikumos (SanPiN). Laika periodu, kurā atļauts ieslēgt trokšņaino sadzīves tehniku, skaļi runāt, veikt remontdarbus u.c., nosaka Miera un klusuma nodrošināšanas likums. Tas tiek ņemts atsevišķi katrai zonai. Laiks katrā reģionā var atšķirties: kaut kur dienas stundas sākas pulksten 7:00 un kaut kur pulksten 9:00. Piemēram, Maskavas reģionā intervāls no 21:00 līdz 8:00 darba dienās un no 22:00 līdz 10:00 brīvdienās tiek uzskatīts par klusu naktī. Turklāt no 13:00 līdz 15:00 ir klusā stunda.
