• گام و فرکانس
• شدت و مقیاس دسیبل
• سرعت صدا
• گوش انسان

امواج صوتی با ارتعاش یک جسم وارد یک محیط می شوند. به عنوان مثال، یک سیم ارتعاشی گیتار مولکول‌های هوای اطراف را مجبور می‌کند تا فشرده و منبسط شوند و اختلال فشاری متشکل از الگوی متناوب فشردگی‌ها و ریزش‌ها ایجاد می‌کند . سپس اختلال از ذره ای به ذره دیگر از طریق محیط عبور می کند و در حین حرکت انرژی را منتقل می کند. انرژی که توسط اغتشاش حمل می شود در ابتدا توسط رشته ارتعاشی به محیط منتقل می شود. مقدار انرژی که به رسانه منتقل می شود به دامنه ارتعاشات سیم گیتار بستگی دارد. اگر انرژی بیشتری برای کندن ریسمان صرف شود (یعنی کار بیشتربرای جابجایی رشته به مقدار بیشتری از وضعیت استراحت آن انجام می شود، سپس رشته با دامنه بیشتری می لرزد. بنابراین، دامنه بیشتر ارتعاش سیم گیتار، انرژی بیشتری را به رسانه منتقل می کند و باعث می شود ذرات هوا در فاصله بیشتری از وضعیت استراحت خود جابجا شوند. متعاقبا، دامنه ارتعاش ذرات محیط افزایش می یابد، که مربوط به افزایش مقدار انرژی است که توسط ذرات حمل می شود. این رابطه بین انرژی و دامنه با جزئیات بیشتری در واحد قبلی مورد بحث قرار گرفت.

این آگهی را گزارش دهید

شدت و فاصله صدا

مقدار انرژی که در واحد زمان از یک ناحیه معین از محیط منتقل می شود، به عنوان شدت موج صوتی شناخته می شود. هر چه دامنه ارتعاشات ذرات محیط بیشتر باشد، سرعت انتقال انرژی از طریق آن بیشتر می شود و موج صوتی شدت بیشتری دارد. شدت انرژی/زمان/منطقه است. و از آنجایی که نسبت انرژی/زمان معادل توان کمیت است ، شدت به سادگی توان/مساحت است.

واحدهای معمولی برای بیان شدت موج صوتی وات بر متر 2 هستند .

همانطور که یک موج صوتی انرژی خود را از طریق یک محیط دو بعدی یا سه بعدی حمل می کند، با افزایش فاصله از منبع، شدت موج صوتی کاهش می یابد. کاهش شدت با افزایش فاصله با این واقعیت توضیح داده می شود که موج روی یک سطح دایره ای (2 بعدی) یا کروی (3 بعدی) پخش می شود و بنابراین انرژی موج صوتی در سطح بیشتری توزیع می شود. نمودار سمت راست نشان می دهد که موج صوتی در یک محیط 2 بعدی در حال پخش شدن در فضا روی یک الگوی دایره ای است. از آنجایی که انرژی حفظ می شود و مساحتی که این انرژی از طریق آن منتقل می شود در حال افزایش است، شدت (که کمیتی است که بر اساس هر منطقه اندازه گیری می شود ) باید کاهش یابد.

رابطه ریاضی بین شدت و فاصله گاهی اوقات به عنوان یک رابطه مربع معکوس نامیده می شود. شدت به طور معکوس با مجذور فاصله از منبع تغییر می کند. بنابراین اگر فاصله از منبع دو برابر شود (افزایش ضریب 2)، سپس شدت یک چهارم (به ضریب 4 کاهش). به همین ترتیب، اگر فاصله از منبع چهار برابر شود، شدت آن با ضریب 16 کاهش می یابد. با اعمال نمودار سمت راست، شدت در نقطه B یک چهارم شدت به عنوان نقطه A و شدت در نقطه C است. یک شانزدهم شدت در نقطه A است. از آنجایی که رابطه شدت-فاصله یک رابطه معکوس است، افزایش یک کمیت با کاهش کمیت دیگر مطابقت دارد. و از آنجایی که رابطه شدت-فاصله یک رابطه مربع معکوس است، هر عاملی که فاصله را افزایش دهد، شدت آن با ضریبی برابر با مجذور کاهش می یابد.فاکتور تغییر فاصله . داده های نمونه در جدول زیر رابطه مربع معکوس بین توان و فاصله را نشان می دهد.

این آگهی را گزارش دهید

آستانه شنوایی و مقیاس دسی بل

انسان ها به گوش های بسیار حساسی مجهز هستند که قادر به تشخیص امواج صوتی با شدت بسیار کم هستند. ضعیف ترین صدایی که گوش معمولی انسان می تواند تشخیص دهد دارای شدت 1*10 -12 W/m2 است . این شدت مربوط به موج فشاری است که در آن فشردگی ذرات محیط، فشار هوا را در آن ناحیه فشاری تنها به اندازه 0.3 میلیاردم اتمسفر افزایش می‌دهد. صدایی با شدت 1*10 -12 W/m 2 مربوط به صدایی است که ذرات هوا را تنها به اندازه یک میلیاردم سانتی متر جابجا می کند. گوش انسان می تواند چنین صدایی را تشخیص دهد. وای! این ضعیف ترین صدایی که گوش انسان می تواند تشخیص دهد به عنوان آستانه شنوایی شناخته می شود (TOH). شدیدترین صدایی که گوش می تواند با خیال راحت بدون آسیب فیزیکی تشخیص دهد، بیش از یک میلیارد برابر شدیدتر از آستانه شنوایی است.

از آنجایی که دامنه شدت هایی که گوش انسان می تواند تشخیص دهد بسیار زیاد است، مقیاسی که اغلب توسط فیزیکدانان برای اندازه گیری شدت استفاده می شود مقیاسی بر اساس توان 10 است. این نوع مقیاس گاهی اوقات به عنوان مقیاس لگاریتمی نیز شناخته می شود. مقیاس اندازه گیری شدت، مقیاس دسی بل است . آستانه شنوایی سطح صدای 0 دسی بل (به اختصار 0 دسی بل) اختصاص داده می شود. این صدا با شدت 1*10 -12 W/m 2 مطابقت دارد . صدایی که 10 برابر شدیدتر است (1*10 -11 وات بر متر مربع ) سطح صدای 10 دسی بل اختصاص می یابد. صدایی 10*10 یا 100 برابر شدیدتر (1*10 -10 وات بر متر مربع )) سطح صدای 20 دسی بل اختصاص داده شده است. به صدایی که 10*10*10 یا 1000 برابر شدیدتر است (1*10 -9 W/m 2 ) سطح صدای 30 دسی بل اختصاص داده می شود. صدایی که 10*10*10*10 یا 10000 برابر شدیدتر است (1*10 -8 وات بر متر مربع ) سطح صدای 40 دسی بل اختصاص داده می شود. توجه کنید که این مقیاس بر اساس توان های 10 است. اگر صدایی 10 برابر شدیدتر از صدای دیگر باشد ، سطح صدای آن 10*x دسی بل بیشتر از صدای کمتر است. جدول زیر برخی از صداهای رایج را با تخمین شدت و سطح دسی بل فهرست می کند.

این آگهی را گزارش دهید

تحقیق کردن!

دانستن شدت موج صوتی به فرد امکان می دهد تا سطح دسی بل (dB) آن صدا را محاسبه کند. از ویجت DeciBel Calculator برای تعیین رتبه دسی بل از هر شدت بر حسب وات/متر 2 استفاده کنید . شدت ها را با استفاده از نماد علمی وارد کنید - برای مثال، 5e-5 را برای 5.0x10 -5 وارد کنید .

در حالی که شدت صدا یک کمیت بسیار عینی است که می توان آن را با ابزارهای حساس اندازه گیری کرد، بلندی صدایک صدا بیشتر یک پاسخ ذهنی است که با تعدادی از عوامل متفاوت خواهد بود. صدای یکسان برای همه افراد بلندی یکسان درک نخواهد شد. سن یکی از عواملی است که بر پاسخ گوش انسان به صدا تأثیر می گذارد. کاملاً واضح است که پدربزرگ و مادربزرگ شما مانند گذشته نمی شنوند. صدا با شدت یکسانی که برای شما بلندی دارد درک نمی شود. علاوه بر این، دو صدای با شدت یکسان، اما فرکانس های متفاوت، بلندی یکسان درک نمی شوند. به دلیل تمایل گوش انسان به تقویت صداهایی با فرکانس های بین 1000 هرتز تا 5000 هرتز، صداهایی با این شدت ها برای گوش انسان بلندتر به نظر می رسند. با وجود تمایز بین شدت و بلندی، می توان گفت که صداهای شدیدتر به عنوان بلندترین صداها شناخته می شوند.

تحقیق کردن!

همانطور که در پاراگراف قبل ذکر شد، حتی فرکانس نیز بر درک ما از بلندی صدا تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، صدای 100 هرتز در 60 دسی بل به بلندی صدای 1000 هرتز در 60 دسی بل نمی رسد. منحنی‌های فلچر-مانسون یا منحنی‌های بلندی مساوی اغلب برای نشان دادن بلندی درک شده یک صدا برای یک فرکانس مشخص استفاده می‌شوند. از ویجت برای بررسی تأثیر فرکانس بر بلندی صدای درک شده و مشاهده منحنی‌های بلندی برابر استفاده کنید .

درک خود را بررسی کنید

1. صدای وزوز پشه اغلب با درجه دسی بل 40 دسی بل رتبه بندی می شود. مکالمه معمولی اغلب 60 دسی بل رتبه بندی می شود. مکالمه معمولی در مقایسه با وزوز پشه چند برابر شدیدتر است ؟

آ. 2

ب 20

ج. 100

د 200

ه. 400

پاسخ را ببینید

2. جدول سمت راست نشان دهنده سطح دسی بل برای چندین منبع صوتی است. از جدول برای مقایسه شدت صداهای زیر استفاده کنید.

ردیف اول کنسرت Smashin' Pumpkins چند برابر شدیدتر از ...

آ. ... ردیف پانزدهم همین کنسرت؟

ب ... کارخانه متوسط؟

ج. ... گفتار عادی؟

د ... کتابخانه بعد از مدرسه؟

ه. ... صدایی که بیشتر انسان ها به سختی می توانند بشنوند؟

3. در یک شب خوب، ردیف اول کنسرت Twisted Sister مطمئنا سطح صدای 120 دسی بل را به همراه خواهد داشت. یک آی پاد 100 دسی بل تولید می کند. برای تولید همان شدت ردیف اول کنسرت Twisted Sister به چند آی پاد نیاز است؟

منبع

https://www.physicsclassroom.com/class/sound/Lesson-2/Intensity-and-the-Decibel-Scale