La intensidad del sonido es la cantidad de energía que una onda de sonido transfiere en 1 segundo a través de una unidad de área del medio. La intensidad depende de la frecuencia de la onda, de la presión acústica. Como puede ver, muchos otros conceptos están asociados con la intensidad: una onda de sonido, su frecuencia, la presión acústica, el flujo de energía del sonido. Para entender qué es la intensidad, desglosaremos en detalle cada término asociado con ella.
Cómo aparece el sonido
El sonido puede provenir de un cuerpo que vibra. Debe vibrar lo suficientemente rápido para crear una perturbación en el medio y generar una onda acústica. Sin embargo, para que ocurra, es necesaria una condición más: el medio debe ser elástico. La elasticidad es la capacidad de resistir la compresión o cualquier otro tipo de deformación (si hablamos de sólidos). Sí, los sólidos, los líquidos, los gases y el aire (como una mezcla de diferentes gases) tienen elasticidad, pero en distintos grados.
Valor de elasticidaddeterminada por la densidad. Se sabe que los medios sólidos (madera, metales, corteza terrestre) conducen mucho mejor el sonido que los líquidos. Y si comparamos el agua y el aire, entonces en el segundo medio, la onda de sonido diverge peor.
La elasticidad del aire y los medios más densos se debe a diferentes razones. En líquidos y sólidos hay fuerzas de interacción intermolecular. Mantienen las partículas juntas en una red cristalina y es muy fácil que una onda de sonido se propague a través de sus nodos.
Las moléculas de aire no están conectadas entre sí, están separadas por grandes distancias. Las partículas no se disipan debido al movimiento continuo y errático, así como a la gravedad. Se ha notado durante mucho tiempo: cuanto más enrarecido está el aire (por ejemplo, en las capas superiores de la atmósfera), menor es la intensidad, el volumen del sonido. Hay completo silencio en la luna, no porque no haya nada que sonar, sino por la f alta de aire.
Cómo viaja una onda de sonido por el aire
El mayor interés para nosotros es la propagación de una onda sonora (acústica) en el aire. Cuando el cuerpo se desvía de su posición inicial, comprime el aire cercano a un lado de sí mismo. Por otro lado, el medio está enrarecido. Volviendo a su posición original, la fuente de sonido se desvía hacia el otro lado y comprime el aire allí. Esto continúa hasta que el cuerpo deja de moverse.
¿Cómo se comportan las partículas? A su caótico movimiento se suma uno oscilatorio. En contraste con el movimiento térmico constante de las moléculas, el movimiento vibratorio tiene una dirección. En una capa de aireque es perpendicular a la dirección de desviación del cuerpo, las partículas comienzan a empujarse entre sí. Se mueven con la fuente de sonido en la misma dirección. Por lo tanto, la alternancia de compresión y rarefacción del aire se transmite de una capa de aire a otra. Esta es la onda acústica. La intensidad del sonido es un valor que depende de las principales características de la onda: frecuencia y longitud.
Frecuencia de sonido
La frecuencia de la onda depende de qué tan rápido vibre la fuente de sonido. Todos los cuerpos vibran con diferentes frecuencias, pero no todas las frecuencias están disponibles para nuestra percepción. Las ondas que escuchamos se llaman sonido. La frecuencia de una onda acústica se mide en hercios (1 Hz equivale a 1 oscilación por segundo).
Se alternan capas de aire comprimido y aire enrarecido. La longitud de onda es igual a la distancia entre capas adyacentes en las que la presión es la misma. El sonido no viaja indefinidamente porque la onda se debilita a medida que aumenta la distancia. La distancia que viaja depende de la longitud y la frecuencia de la onda acústica. Estas cantidades son directamente proporcionales: las ondas de alta frecuencia son más cortas que las de baja frecuencia. Hablamos de sonidos de alta frecuencia cuando las ondas de alta y baja frecuencia generan sonidos bajos.
El nivel de intensidad del sonido depende directamente de la frecuencia de las vibraciones acústicas y la longitud de onda. Así, el chirrido de un mosquito suena con una frecuencia de 10 mil Hz y tiene una longitud de onda de tan solo 3,3 cm. El mugido de una vaca es un sonido intenso que puede escucharse desde al menos 10 metros. Su frecuencia es de 30 Hz.
Presión acústica
En cada capael aire que ha alcanzado la onda de sonido, la presión cambia hacia arriba o hacia abajo. La cantidad en la que aumenta en comparación con la presión atmosférica se denomina presión acústica (del sonido).
Nuestro oído es increíblemente sensible. Es difícil de creer, pero distingue entre un cambio de presión de 0,01 millonésima de gramo por unidad de área. El susurro crea muy poca presión, es igual a 310-5 N/m2. Este valor es 31010 veces menor que la presión atmosférica. Resulta que el oído humano es más preciso que las escalas químicas. Los fisiólogos han estudiado la elasticidad de la membrana timpánica y la presión que ejerce el sonido más silencioso. Después de comparar los datos, llegaron a la conclusión de que la membrana timpánica sobresale a una distancia menor que el tamaño de un átomo.
La intensidad del sonido y la presión del sonido están directamente relacionadas. Cuando el cuerpo vibra a baja frecuencia, aumenta significativamente la presión: el sonido sale fuerte. La intensidad (fuerza) del sonido es proporcional al cuadrado de la presión acústica.
Flujo de energía sónica
Los sonidos de frecuencia e intensidad variables están determinados por el flujo de energía sonora. La onda sonora se propaga en todas direcciones en forma de bola. Cuanto más viaja la onda, más débil se vuelve. La energía que transporta se distribuye en un área cada vez mayor: el sonido disminuye. El cuadrado de la energía del sonido es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al cuerpo que vibra.
El flujo de energía del sonido es la cantidad de energía cinética que transportaonda a través de un área de superficie por segundo. Esto se refiere a la superficie del medio, por ejemplo, una capa de aire ubicada en ángulo recto con la dirección de la onda elástica. El flujo de energía se mide en vatios (W).
Poder del sonido
La fuerza (intensidad) del sonido es una cantidad, para encontrar cuál necesitas saber cuál es el flujo de energía. Su valor debe dividirse por el área de la superficie perpendicular a la propagación de la onda (en m2).
La intensidad del sonido se indica con la letra I. El valor mínimo de (I0) es 10-12 W/m2. Cuanto mayor sea la intensidad, más fuerte aparecerá el sonido. La dependencia de la fuerza del sonido y el volumen se estableció empíricamente. Se ha observado que cuando la intensidad aumenta 10 veces, el volumen aumenta 10 decibeles (db), cuando 100 veces aumenta 20 dB.
Sonidos audibles e inaudibles
La fisiología permite que una persona escuche sonidos solo dentro de ciertos límites. Si el cuerpo vibra a una frecuencia superior a 16-20 kilohercios (kHz) e inferior a 16-20 Hz, nuestro oído no podrá percibirlo.
La frecuencia y la intensidad del sonido están relacionadas. Las ondas sonoras de alta frecuencia transmiten muy poca energía. No es suficiente cambiar la presión acústica lo suficiente como para hacer vibrar nuestro tímpano. Se dice que tales sonidos están más allá del umbral de la audición.
Una onda con una frecuencia de menos de 16 mil Hz se llama ultrasonido. Las criaturas más famosas."hablar" con ultrasonido, estos son delfines y murciélagos. El infrasonido, aunque no lo oímos, a cierta intensidad (190-200 dB) puede provocar la muerte, porque aumenta demasiado la presión en los alvéolos pulmonares.
Curiosamente, a diferentes frecuencias, la dependencia del volumen y la intensidad del sonido es diferente. A frecuencias medias (alrededor de 1000 Hz), una persona siente cambios de intensidad de solo 0,6 dB. Limitar los niveles de frecuencia es un asunto completamente diferente. En ellos, apenas podemos distinguir un cambio en la intensidad del sonido de 3 unidades.
Clasificación de sonidos
La intensidad del sonido se mide en W/m2, sin embargo, los decibelios se utilizan para comparar sonidos entre sí y con un nivel mínimo de intensidad.
Los sonidos se dividen en:
- muy débil (0-20 dB);
- débil (21-40 dB);
- moderado (41-60 dB);
- alto (61-80 dB);
- muy alto (81-100 dB);
- ensordecedor (más de 100 dB).
La figura muestra ejemplos de los sonidos más comunes de diferente intensidad.
Tarifas aceptables
El ruido constante o que persiste durante mucho tiempo se denomina ruido de fondo. Para un apartamento, 20-30 dB es un nivel normal de ruido de fondo. Es percibido por una persona como silencio. Los sonidos de 40 dB también son aceptables, pero un volumen de 60 dB es aceptable para oficinas e instituciones. La exposición prolongada a sonidos con un volumen de 70 dB conduce atrastornos del sistema nervioso central. Es con tal intensidad que la calle "suena", y en las avenidas concurridas el ruido alcanza los 85-90 dB. Los sonidos de 100 dB reducen la audición y pueden provocar una pérdida auditiva total.
La intensidad del sonido es un valor cuyos valores permisibles están prescritos en las normas y reglamentos sanitarios (SanPiN). El período de tiempo durante el cual se permite encender electrodomésticos ruidosos, hablar en voz alta, hacer reparaciones, etc. está determinado por la Ley de Garantía de Paz y Tranquilidad. Se toma por separado para cada área. La hora en cada región puede diferir: en algún lugar, el horario diurno comienza a las 7:00 am y en algún lugar a las 9:00. Por ejemplo, en la región de Moscú, el intervalo de 21:00 a 8:00 de lunes a viernes y de 22:00 a 10:00 los fines de semana se considera tranquilo por la noche. Además, hay una hora tranquila de 13:00 a 15:00.
