Hlasitost a intenzita zvuku
Zvukové vlnění představuje periodické stlačování a rozpínání pružného prostředí (vzduchu, vody, kovu apod.). Ve vzduchu tyto změny tlaku uchem vnímáme jako zvuk určité hlasitosti. Čím větší jsou změny tlaku, tím více se bubínek rozkmitává a zvuk je hlasitější.
Hlasitost zvuku je veličina subjektivní a závisí na citlivosti sluchu. Naše ucho je nejcitlivější na zvuky v intervalu 700 Hz až 6 kHz. Zvuky o nízkém (méně než 700 Hz) nebo vysokém kmitočtu (více než 6 kHz) vnímáme méně (video - poslechem různých kmitočtů vnímej různou hlasitost). Aby se vyloučil vliv proměnné citlivosti ucha na zvuky různých kmitočtů, zavádí se tzv. referenční kmitočet 1 kHz.
Při šíření zvukového vlnění se od zdroje zvuku přenáší energie zvukového vlnění až k přijímači zvuku. Zvukové vlnění má pak akustický výkon P
ΔE – část energie zvukového vlnění,
Δt – doba přenosu části energie,
P – akustický výkon [P]= W (watt).
Názorněji nás o hlasitosti zvuku informuje veličina intenzita zvuku. Intenzita zvuku je definována podílem akustického výkonu ΔP a plochy ΔS, kterou vlnění prochází.
Jednotkou intenzity zvuku je watt na metr čtverečný, W∙m–2.
Při referenčním kmitočtu můžeme sluchem vnímat zvuky o akustickém výkonu nejméně 10–12 W = 1 pW (pikowatt). Tato hodnota určuje práh slyšení. Zvuky, které v uchu způsobují bolestivý pocit, mají výkon větší než 1W, což je práh bolesti. Protože je poměr největšího (uchem snesitelného) a nejmenšího (slyšitelného) akustického výkonu zvuku 1012 (velké číslo), zavádí se nová veličina hladina akustického výkonu L
P – akustický výkon daného zvuku,
P0 – nejmenší akustický výkon – práh slyšení.
Jednotkou hladiny akustického výkonu L je decibel, značka dB.
Prahu slyšení odpovídá v této stupnici hladina 0 dB a pro práh bolesti je to 120 dB.
Historická poznámka: Alexander Graham Bell (1847 – 1922)
Na počest A. G. Bella je pojmenována technická jednotka decibel.
Příklady přibližných hodnot hladin akustického výkonu pro některé známé zvuky.
Obr. 1: Hladiny akustického výkonu známých zvuků
Intenzita zvuku se s rostoucí vzdáleností od zdroje zvuku zmenšuje s druhou mocninou této vzdálenosti. Pokud se vzdálenost od zdroje zvuku zvětší dvakrát, potom se intenzita zvuku zmenší na ¼ původní hodnoty a hladina akustického výkonu se sníží o 6 dB.
Obr. 2: Hladiny akustického výkonu při vzdalování od zdroje
„Součet“ hladin akustického výkonu dvou zdrojů zvuku L = 60 dB + 70 dB = log (106 + 107) = 70,4 dB.
Nadměrný hluk může způsobit poruchu sluchu. Jedním ze základních požadavků hygieny pracovního prostředí je omezení hluku (tlumiče, protihlukové stěny, omezení chvění, chrániče sluchu, apod.).
Obr. 3: Povolené limity hladin akustického výkonu
Měření M.10 – Měření hladiny intenzity zvuku
Úlohy:
1. Uvažte, jaké materiály jsou vhodné pro zvukovou izolaci místností a budov?
2. V čem spočívá funkce regulátoru „hloubky – výšky“ u elektroakustických přístrojů?
3. V čem spočívá funkce regulátoru „hlasitosti“ u elektroakustických přístrojů?
4. Vstupní část ucha (zvukovod) je v podstatě trubice délky přibližně 27 mm, na konci uzavřená ušním bubínkem. Při jaké frekvenci dojde k rezonančnímu zesílení zvukovodem?
5. V hudbě nejintenzivnější zvuky (fortissimo) mají akustický výkon 10–3 W. Naopak nejtišší zvuky (pianissimo) mají akustický výkon 10–9 W. Jakým hladinám akustického výkonu v dB to odpovídá?
6. Hladina akustického výkonu 2 m od zdroje je 90 dB. Jaká je hladina akustického výkonu 8 m od zdroje?
7. Jak klesne hladina intenzity zvuku, jestliže se od něj z výchozího místa vzdálíte do a) stonásobné, b) desetinásobné, c) dvojnásobné vzdálenosti?
8. O kolik decibelů se zvýší hladina intenzity zvuku, když místo jediného sólového houslisty jich hraje deset (hrají dva)?
9. Kolikrát zeslabuje okno s izolačním dvojsklem, jestliže je součinitel průzvučnosti okna 30 dB?