Ses yoğunluğu, bir ses dalgasının ortamın birim alanı boyunca 1 saniyede aktardığı enerji miktarıdır. Yoğunluk, dalganın frekansına, akustik basınca bağlıdır. Gördüğünüz gibi, diğer birçok kavram yoğunlukla ilişkilidir: bir ses dalgası, frekansı, akustik basıncı, ses enerjisinin akışı. Yoğunluğun ne olduğunu anlamak için, onunla ilişkili her terimi ayrıntılı olarak inceleyeceğiz.
Ses nasıl görünür
Ses, titreşen bir vücuttan gelebilir. Ortamda bir rahatsızlık yaratacak ve akustik bir dalga oluşturacak kadar hızlı titreşmelidir. Bununla birlikte, oluşması için bir koşul daha gereklidir: ortam esnek olmalıdır. Elastikiyet, sıkıştırmaya veya diğer herhangi bir deformasyona (katılardan bahsedersek) direnme yeteneğidir. Evet, katılar, sıvılar, gazlar ve hava (farklı gazların karışımı olarak) esnekliğe sahiptir, ancak değişen derecelerde.
Esneklik değeriyoğunluk tarafından belirlenir. Katı ortamların (ahşap, metaller, yer kabuğu) sesi sıvı olanlardan çok daha iyi ilettiği bilinmektedir. Ve eğer suyu ve havayı karşılaştırırsak, o zaman ikinci ortamda ses dalgası en kötüsünü saptırır.
Havanın ve daha yoğun ortamın esnekliği farklı nedenlerden kaynaklanmaktadır. Sıvılarda ve katılarda moleküller arası etkileşim kuvvetleri vardır. Parçacıkları kristal bir kafes içinde bir arada tutarlar ve bir ses dalgasının düğümleri arasında yayılması çok kolaydır.
Hava molekülleri birbirine bağlı değildir, büyük mesafelerle ayrılırlar. Parçacıklar, yerçekiminin yanı sıra sürekli ve düzensiz hareket nedeniyle dağılmaz. Uzun zamandır fark edilmiştir: hava ne kadar seyrekleşirse (örneğin, atmosferin üst katmanlarında), sesin yoğunluğu o kadar az, sesin yüksekliği o kadar azdır. Ay'da tam bir sessizlik var, ses çıkaracak bir şey olmadığından değil, havasızlıktan.
Bir ses dalgası havada nasıl yayılır
Bizim için en büyük ilgi, havada bir ses (akustik) dalgasının yayılmasıdır. Vücut başlangıçtaki konumundan saptığında, yakındaki havayı kendi tarafına sıkıştırır. Öte yandan, ortam nadirdir. Orijinal konumuna geri dönen ses kaynağı diğer tarafa sapar ve oradaki havayı sıkıştırır. Bu, vücut hareket etmeyi bırakana kadar devam eder.
Parçacıklar nasıl davranır? Kaotik hareketlerine salınımlı bir tane eklenir. Moleküllerin sabit termal hareketinin aksine, titreşim hareketi tek yönlüdür. bir hava tabakasındacismin sapma yönüne dik olan parçacıklar birbirini itmeye başlar. Ses kaynağı ile aynı yönde hareket ederler. Böylece, havanın alternatif sıkıştırma-azalması bir hava katmanından diğerine iletilir. Bu akustik dalgadır. Ses yoğunluğu, dalganın temel özelliklerine bağlı bir değerdir - frekans ve uzunluk.
Ses frekansı
Dalganın frekansı, ses kaynağının ne kadar hızlı titreştiğine bağlıdır. Tüm bedenler farklı frekanslarda titreşir, ancak her frekans algımız için uygun değildir. Duyduğumuz dalgalara ses denir. Akustik dalganın frekansı hertz cinsinden ölçülür (1 Hz, saniyede 1 salınımdır).
Sıkıştırılmış ve seyrekleştirilmiş hava katmanları dönüşümlü olarak. Dalga boyu, basıncın aynı olduğu bitişik katmanlar arasındaki mesafeye eşittir. Ses süresiz olarak yayılmaz çünkü mesafe arttıkça dalga zayıflar. Ne kadar uzağa gideceği akustik dalganın uzunluğuna ve frekansına bağlıdır. Bu miktarlar doğru orantılıdır: yüksek frekanslı dalgalar düşük frekanslı olanlardan daha kısadır. Yüksek, düşük frekanslı dalgalar düşük sesler ürettiği için yüksek frekanslı seslerden bahsediyoruz.
Ses yoğunluğunun seviyesi, doğrudan akustik titreşimlerin frekansına ve dalga boyuna bağlıdır. Yani 10 bin Hz frekansında ve sadece 3,3 cm dalga boyuna sahip bir sivrisinek gıcırtısı duyulur Bir ineğin böğürmesi en az 10 metreden duyulabilen yoğun bir sestir. Frekansı 30 Hz.
Akustik basınç
Her katmandases dalgasının ulaştığı hava, basınç yukarı veya aşağı değişir. Atmosfer basıncına kıyasla arttığı miktara akustik (ses) basınç denir.
Kulağımız inanılmaz derecede hassastır. İnanması güç ama birim alan başına gramın 0,01 milyonda biri kadar bir basınç değişikliğini ayırt ediyor. Hışırtı çok az basınç oluşturur, 310-5 N/m2 eşittir. Bu değer atmosfer basıncından 31010 kat daha azdır. İnsan işitmesinin kimyasal ölçeklerden daha doğru olduğu ortaya çıktı. Fizyologlar kulak zarının esnekliğini ve en sessiz sesin uyguladığı basıncı incelediler. Verileri karşılaştırdıktan sonra kulak zarının bir atomun boyutundan daha küçük bir mesafeye kadar şiştiği sonucuna vardılar.
Ses yoğunluğu ve ses basıncı doğrudan ilişkilidir. Vücut düşük bir frekansta titreştiğinde, basıncı önemli ölçüde artırır - ses güçlü çıkar. Sesin yoğunluğu (gücü) akustik basıncın karesiyle orantılıdır.
Sonik enerji akışı
Farklı frekans ve yoğunluktaki sesler, ses enerjisinin akışı tarafından belirlenir. Ses dalgası bir top şeklinde her yöne yayılır. Dalga ne kadar uzağa giderse o kadar zayıflar. Taşıdığı enerji artan bir alana dağılır - ses azalır. Ses enerjisinin karesi, titreşen cisme olan uzaklığın karesiyle ters orantılıdır.
Ses enerjisinin akışı, taşıdığı kinetik enerji miktarıdır.saniyede bir yüzey alanı boyunca dalga. Bu, ortamın yüzeyini, örneğin elastik dalganın yönüne dik açılarda yerleştirilmiş bir hava tabakasını ifade eder. Enerji akışı watt (W) cinsinden ölçülür.
Sesin gücü
Sesin gücü (yoğunluğu), enerji akışının ne olduğunu bilmeniz gereken bir miktardır. Değeri, dalga yayılımına dik olan yüzey alanına bölünmelidir (m2 cinsinden).
Ses yoğunluğu I harfi ile gösterilir. (I0)'nin minimum değeri 10-12 W/m2. Yoğunluk ne kadar yüksek olursa, ses o kadar yüksek görünür. Sesin gücünün ve ses yüksekliğinin bağımlılığı ampirik olarak belirlendi. Yoğunluk 10 kat artırıldığında hacmin 10 desibel (db), 100 kat - 20 dB arttığı gözlemlenmiştir.
Sesli ve duyulmayan sesler
Fizyoloji, bir kişinin sesleri yalnızca belirli sınırlar içinde duymasını sağlar. Vücut 16-20 kilohertz'den (kHz) daha yüksek ve 16-20 Hz'den daha düşük bir frekansta titrerse, kulağımız bunu algılayamaz.
Sesin frekansı ve yoğunluğu birbiriyle ilişkilidir. Yüksek frekanslı ses dalgaları çok az enerji iletir. Kulak zarımızı titretecek kadar akustik basıncı değiştirmek yeterli değildir. Bu tür seslerin duyma eşiğinin ötesinde olduğu söylenir.
Frekansı 16 bin Hz'den az olan dalgaya ultrason denir. En ünlü yaratıklarultrasonla "konuş", bunlar yunuslar ve yarasalardır. Infrasound, duymamamıza rağmen belli bir yoğunlukta (190-200 dB) pulmoner alveollerdeki basıncı çok fazla arttırdığı için ölüme yol açabilir.
İlginç bir şekilde, farklı frekanslarda, ses yüksekliğinin ve ses yoğunluğunun bağımlılığı farklıdır. Orta frekanslarda (yaklaşık 1000 Hz), bir kişi yoğunluktaki değişiklikleri yalnızca 0,6 dB hisseder. Frekans seviyelerini sınırlamak tamamen farklı bir konudur. Onlarda, ses yoğunluğundaki değişikliği 3 birimlik bir farkla zar zor ayırt edebiliyoruz.
Seslerin sınıflandırılması
Ses yoğunluğu W/m2 cinsinden ölçülür, ancak desibeller sesleri birbirleriyle ve minimum yoğunluk düzeyiyle karşılaştırmak için kullanılır.
Sesler ayrılır:
- çok zayıf (0-20 dB);
- zayıf (21-40 dB);
- orta (41-60 dB);
- yüksek (61-80 dB);
- çok yüksek (81-100 dB);
- sağır edici (100 dB'den fazla).
Şekil, değişen yoğunluktaki en yaygın seslerin örneklerini göstermektedir.
Kabul edilebilir oranlar
Sabit veya uzun süre devam eden gürültüye arka plan gürültüsü denir. Bir daire için 20-30 dB, normal bir arka plan gürültüsü seviyesidir. Bir kişi tarafından sessizlik olarak algılanır. 40 dB'lik sesler de kabul edilebilir, ancak ofisler ve kurumlar için 60 dB'lik bir ses seviyesi kabul edilebilir. 70 dB'lik seslere uzun süre maruz kalmak,merkezi sinir sistemi bozuklukları. Öyle bir yüksek sesle ki, cadde "ses veriyor" ve yoğun caddelerde gürültü 85-90 dB'ye ulaşıyor. 100 dB'lik sesler işitmeyi az altır ve tam işitme kaybına neden olabilir.
Ses şiddeti, izin verilen değerleri sıhhi kural ve yönetmeliklerde (SanPiN) belirtilen bir değerdir. Gürültülü ev aletlerinin çalıştırılmasına, yüksek sesle konuşulmasına, tamirat yapılmasına vb. izin verilen süreler Barış ve Sessizliğin Sağlanması Hakkında Kanun ile belirlenir. Her alan için ayrı ayrı alınır. Her bölgede saat farklı olabilir: bir yerde gündüz saat 7:00'de ve bir yerde 9:00'da başlar. Örneğin, Moskova bölgesinde, hafta içi 21:00 - 8:00 ve hafta sonları 22:00 - 10:00 arası gece sessiz olarak kabul edilir. Ayrıca 13:00 - 15:00 saatleri arasında sessiz bir saat vardır.
