Heli intensiivsus on energia hulk, mille helilaine kannab 1 sekundi jooksul läbi kandja pindalaühiku. Intensiivsus oleneb laine sagedusest, akustilisest rõhust. Nagu näete, on intensiivsusega seotud ka paljud teised mõisted: helilaine, selle sagedus, akustiline rõhk, helienergia vool. Et mõista, mis on intensiivsus, jagame üksikasjalikult kõik sellega seotud terminid.
Kuidas heli ilmub
Heli võib tulla vibreerivast kehast. See peab vibreerima piisav alt kiiresti, et tekitada keskkonnas häireid ja tekitada akustiline laine. Selle esinemiseks on aga vaja veel ühte tingimust: keskkond peab olema elastne. Elastsus on võime seista vastu survele või mis tahes muule deformatsioonile (kui me räägime tahketest ainetest). Jah, tahked ained, vedelikud, gaasid ja õhk (erinevate gaaside seguna) omavad elastsust, kuid erineval määral.
Elastsuse väärtusmääratakse tiheduse järgi. Teatavasti juhivad tahked ained (puit, metallid, maapõu) heli palju paremini kui vedelad. Ja kui võrrelda vett ja õhku, siis teises keskkonnas lahkneb helilaine kõige halvemini.
Õhu ja tihedama kandja elastsus on tingitud erinevatest põhjustest. Vedelates ja tahketes ainetes on molekulidevahelise vastasmõju jõud. Need hoiavad osakesi kristallvõres koos ja helilainel on väga lihtne selle sõlmede kaudu levida.
Õhumolekulid ei ole omavahel seotud, neid eraldavad suured vahemaad. Osakesed ei haju pideva ja korrapäratu liikumise, samuti gravitatsiooni tõttu. Seda on juba ammu märgatud: mida haruldasem on õhk (näiteks atmosfääri ülemistes kihtides), seda väiksem on heli intensiivsus, valjus. Kuul valitseb täielik vaikus, mitte sellepärast, et midagi ei oleks kuulda, vaid õhupuuduse tõttu.
Kuidas helilaine õhus levib
Meie jaoks pakub suurimat huvi heli (akustilise) laine levik õhus. Kui keha kaldub oma algsest asendist kõrvale, surub see enda ühel küljel kokku läheduses oleva õhu. Teisest küljest on meedium haruldane. Algasendisse naastes kaldub heliallikas teisele poole ja surub seal õhu kokku. See jätkub, kuni keha enam ei liigu.
Kuidas osakesed käituvad? Nende kaootilisele liikumisele lisandub võnkuv. Erinev alt molekulide pidevast soojusliikumisest on vibratsioonilisel liikumisel üks suund. Õhukihismis on risti keha läbipainde suunaga, hakkavad osakesed üksteist suruma. Nad liiguvad koos heliallikaga samas suunas. Seega kandub õhu vahelduv kokkusurumine-haruldamine ühest õhukihist teise. See on akustiline laine. Heli intensiivsus on väärtus, mis sõltub laine põhiomadustest – sagedusest ja pikkusest.
Heli sagedus
Laine sagedus sõltub sellest, kui kiiresti heliallikas vibreerib. Kõik kehad vibreerivad erinevate sagedustega, kuid mitte iga sagedus pole meie taju jaoks kättesaadav. Laineid, mida me kuuleme, nimetatakse heliks. Akustilise laine sagedust mõõdetakse hertsides (1 Hz võrdub 1 võnkumisega sekundis).
Suru- ja hõrendatud õhu kihid vahelduvad. Lainepikkus võrdub kaugusega külgnevate kihtide vahel, milles rõhk on sama. Heli ei levi lõputult, sest laine muutub kauguse kasvades nõrgemaks. Kui kaugele see liigub, sõltub akustilise laine pikkusest ja sagedusest. Need suurused on otseselt proportsionaalsed: kõrgsageduslikud lained on lühemad kui madala sagedusega lained. Me räägime kõrgsagedushelidest, kuna kõrged ja madalad lained tekitavad madalaid helisid.
Heli intensiivsuse tase sõltub otseselt akustiliste vibratsioonide sagedusest ja lainepikkusest. Niisiis kostab sääse kriiksatus sagedusega 10 tuhat Hz ja selle lainepikkus on vaid 3,3 cm. Lehma müts on intensiivne heli, mida on kuulda vähem alt 10 meetri kauguselt. Selle sagedus on 30 Hz.
Akustiline rõhk
Igas kihisõhk, milleni helilaine on jõudnud, muutub rõhk kas üles või alla. Summa, mille võrra see atmosfäärirõhuga võrreldes suureneb, nimetatakse akustiliseks (heli)rõhuks.
Meie kõrv on hämmastav alt tundlik. Seda on raske uskuda, kuid see eristab rõhumuutust 0,01 miljondik grammi pindalaühiku kohta. Kahisemine tekitab väga vähe survet, see on võrdne 310-5 N/m2. See väärtus on 31010 korda väiksem kui atmosfäärirõhk. Selgub, et inimese kuulmine on täpsem kui keemilised kaalud. Füsioloogid on uurinud trummikile elastsust ja rõhku, mida avaldab kõige vaiksem heli. Pärast andmete võrdlemist jõudsid nad järeldusele, et trummikile paisub kauguseni, mis on väiksem kui aatomi suurus.
Heli intensiivsus ja helirõhk on otseselt seotud. Kui keha vibreerib madalal sagedusel, suurendab see rõhku oluliselt – heli tuleb välja tugev alt. Heli intensiivsus (tugevus) on võrdeline akustilise rõhu ruuduga.
Sonic energiavoog
Erineva sageduse ja intensiivsusega helid määratakse helienergia voolu järgi. Helilaine levib palli kujul igas suunas. Mida kaugemale laine liigub, seda nõrgemaks see muutub. Energia, mida see kannab, jaotub üha suuremale alale – heli vaibub. Helienergia ruut on pöördvõrdeline vibreeriva keha kauguse ruuduga.
Helienergia voog on kineetilise energia hulk, mis kannablaine üle pindala sekundis. See viitab keskkonna pinnale, näiteks õhukihile, mis asub elastse laine suuna suhtes täisnurga all. Energiavoogu mõõdetakse vattides (W).
Heli võimsus
Heli tugevus (intensiivsus) on suurus, mille leidmiseks peate teadma, milline on energiavoog. Selle väärtus tuleks jagada laine levikuga risti oleva pindalaga (m2).
Heli intensiivsus on tähistatud tähega I. Minimaalne väärtus (I0) on 10-12 W/m2. Mida suurem on intensiivsus, seda valjem heli tundub. Heli tugevuse ja valjuse sõltuvus tehti kindlaks empiiriliselt. On täheldatud, et intensiivsuse suurendamisel 10 korda suureneb helitugevus 10 detsibelli (db), kui 100 korda - 20 dB võrra.
Kuuldavad ja kuuldamatud helid
Füsioloogia võimaldab inimesel kuulda helisid ainult teatud piirides. Kui keha vibreerib sagedusega üle 16-20 kilohertsi (kHz) ja alla 16-20 Hz, ei suuda meie kõrv seda tajuda.
Heli sagedus ja intensiivsus on omavahel seotud. Kõrgsageduslikud helilained edastavad väga vähe energiat. Ei piisa akustilise rõhu piisavast muutmisest, et meie kuulmekile vibreerima hakkaks. Väidetav alt on sellised helid üle kuulmisläve.
Lainet sagedusega alla 16 tuhande Hz nimetatakse ultraheliks. Kõige kuulsamad olendid"rääkige" ultraheliga, need on delfiinid ja nahkhiired. Infraheli, kuigi me seda ei kuule, võib teatud intensiivsusega (190–200 dB) põhjustada surma, kuna see suurendab liiga palju rõhku kopsualveoolides.
Huvitav on see, et erinevatel sagedustel on valjuse ja helitugevuse sõltuvus erinev. Keskmistel sagedustel (umbes 1000 Hz) tunneb inimene intensiivsuse muutusi vaid 0,6 dB võrra. Sagedustasemete piiramine on hoopis teine asi. Nende puhul suudame vaevu eristada helitugevuse muutust 3 ühiku võrra.
Helide klassifikatsioon
Heli intensiivsust mõõdetakse ühikutes W/m2, kuid detsibelle kasutatakse helide võrdlemiseks omavahel ja minimaalse intensiivsusega.
Helid jagunevad:
- väga nõrk (0–20 dB);
- nõrk (21–40 dB);
- mõõdukas (41–60 dB);
- valju (61–80 dB);
- väga vali (81–100 dB);
- kurdistav (üle 100 dB).
Joonisel on näited kõige tavalisematest erineva intensiivsusega helidest.
Vastuvõetavad hinnad
Pidevat müra või sellist, mis püsib pikka aega, nimetatakse taustmüraks. Korteri jaoks on 20-30 dB normaalne taustmüra tase. Inimene tajub seda vaikusena. Samuti on vastuvõetavad helid 40 dB, kuid kontorites ja asutustes on lubatud helitugevus 60 dB. Pikaajaline kokkupuude helitugevusega 70 dB põhjustabkesknärvisüsteemi häired. Just sellise valjuga tänav "kõlab" ja tiheda liiklusega teedel ulatub müra 85-90 dB-ni. 100 dB helid vähendavad kuulmist ja võivad põhjustada täielikku kuulmiskaotust.
Heli intensiivsus on väärtus, mille lubatud väärtused on ette nähtud sanitaareeskirjades ja eeskirjades (SanPiN). Ajavahemik, mille jooksul on lubatud müra tekitavaid kodumasinaid sisse lülitada, valjult rääkida, remonti teha jms, määrab rahu ja vaikuse tagamise seadus. Seda võetakse iga piirkonna jaoks eraldi. Igas piirkonnas võib kellaaeg erineda: kuskil algavad päevaajad kell 7.00 ja kuskil kell 9.00. Näiteks Moskva regioonis peetakse intervalli 21.00–8.00 tööpäeviti ja 22.00–10.00 nädalavahetustel vaikseks. Lisaks on vaikne tund kell 13.00-15.00.
