Głośno czy cicho - natężenie dźwięku

Answer the introductory questions.

1. What is the sound wave?

2. List the properties of the sound wave.

3. Does the propagating sound wave transfer energy?

4. Is every sound every the range 16 Hz to 20 kHz audible to us?

The ear collects energy only from the area which it occupies. For the sensation of volume, the energy expressed in a unit of time per a unit of surface is important.

A volume of the sound is its characteristic property. The volume represents the ratio of energy transmitted by the sound wave in a time unit per surface. Thus, it is the ratio of the sound powersound powersound power in relation to a particular surface.

where:
$E$ - volume of sound in relation to the surface $S$,
$P_{\mathrm{acoustic}}$ - the power of the acoustic wave reaching the surface $S$ (the power emitted by the sound source in the form of an acoustic wave),
$S$ - the surface which the sound falls on.

A 10 times higher volume is not perceived by a human as 10 times louder sound.

That is why we enter unit called the sound level [dB]. To determine the level of sound intensity, the reference frequency is set to f = 1000 Hz. The threshold of hearing is $E_0={10}^{-12}\frac{W}{m^2}$. This is the zero point of the new scale. The intensity of 10 times greater is 10 dB, 100 more is 20 dB, etc.

R1TDQgebaMFvj1

Ilustracja przedstawia schematyczny układ przeliczania natężenia dźwięku na decybele. Wartości dziesięciu do minus dwunastu watów na metr kwadratowy odpowiada zero decybeli. Wartości dziesięciu do minus jedenastu watów na metr kwadratowy odpowiada dziesięć decybeli. Wartości dziesięciu do minus dziesięciu watów na metr kwadratowy odpowiada dwadzieścia decybeli. Wartości dziesięciu do minus dziewięciu watów na metr kwadratowy odpowiada trzydzieści decybeli. Wartości dziesięciu do minus ośmiu watów na metr kwadratowy odpowiada czterdzieści decybeli. Wartości dziesięciu do minus siedmiu watów na metr kwadratowy odpowiada pięćdziesiąt decybeli. Wartości dziesięciu do minus sześciu watów na metr kwadratowy odpowiada sześćdziesiąt decybeli. Wartości dziesięciu do minus pięciu watów na metr kwadratowy odpowiada siedemdziesiąt decybeli. Wartości dziesięciu do minus czterech watów na metr kwadratowy odpowiada osiemdziesiąt decybeli. Wartości dziesięciu do minus trzech watów na metr kwadratowy odpowiada dziewięćdziesiąt decybeli. Wartości dziesięciu do minus dwóch watów na metr kwadratowy odpowiada sto decybeli. Wartości dziesięciu do minus jednego wata na metr kwadratowy odpowiada sto dziesięć decybeli. Wartości dziesięciu do zera watów równej jeden wat na metr kwadratowy odpowiada sto dwadzieścia decybeli.

R6Y7R46fonI2B1

Ilustracja przedstawia schematyczny wykres zakresu słyszalności. Oś pozioma opisana Frequency, w nawiasie kwadratowym Hz, z zaznaczonymi punktami 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000, 10000 i 20000. Oś pionowa opisana Sound pressure level, w nawiasie kwadratowym dB, z zaznaczonymi punktami od 0 do 130, z odcinkiem jednostkowym 10. Na górze po prawej napis Pain threshold wskazuje obszar powyżej progu bólu, w którym natężenie dźwięku jest tak wysokie, że człowiek nie odbiera żadnych wrażeń słuchowych, jedynie ból. Poniżej zaznaczony Range of audible sounds kolorem pomarańczowym zajmującym prawie całą powierzchnię między osiami, wskazuje obszar słyszalności, w którym częstotliwości są z zakresu od szesnastu herców do dwudziestu tysięcy herców. Wewnątrz na środku zaznaczony Music - szary kształt przypominający elipsę, wskazujący obszar słyszalności podczas słuchania muzyki, poziom natężenia dźwięku jest z zakresu od 20 do 100 decybeli, częstotliwość od 50 do 10000 herców. Wewnątrz na środku zaznaczony Talk - niebieski kształt przypominający elipsę, wskazujący obszar słyszalności podczas rozmowy, natężenie dźwięku jest z zakresu od 30 do 70 decybeli, częstotliwość od 100 do 5000 herców.

Sample values of sound level

10 dB - rustling of leaves with a moderate wind,
20 dB - whisper,
30 dB - very quiet street without traffic,
40 dB - rustle at home,
50 dB - rustle in offices,
60 dB - vacuum cleaner,
70 dB - the interior of a noisy restaurant, tearing paper, the interior of a car,
80 dB - loud music indoors, toot,
90 dB - traffic,
100 dB - motorcycle without a silencer,
110 dB - chainsaw,
120 dB - helicopter rotor at a distance of 5 meters,
140 dB - start of a jet fighter,
160 dB - explosion of firecrackers,
190 dB - launch of a spacecraft,
220 dB - atomic bomb explosion.

Summary

The volume of the sound is a quantity which describes the power of the acoustic wave per a unit area $\left[\frac{W}{m^2}\right]$.

A unit called the sound level [dB] is introduced.

f = 1000 Hz is the reference value of frequency.

Thus, the hearing thresholdhearing thresholdhearing threshold equals $E_0={10}^{-12}\frac{W}{m^2}$. This is the zero point of the new scale.

In order to hear a given sound, it is not enough that the frequency of sound is in the range of 16 Hz - 20 kHz. The volume of sound should also be over a certain threshold, below which we will not perceive auditory sensationsauditory sensationsauditory sensations. It is called „the hearing threshold”.

However, above a certain volume of sound, it is not possible to perceive any auditory sensations. We will only feel pain. In his case the threshold of the volume of sound is called „the pain thresholdpain thresholdpain threshold”.

Exercises

Glossary

Keywords

hearing thresholdhearing thresholdhearing threshold

level of sound intensitylevel of sound intensitylevel of sound intensity

pain thresholdpain thresholdpain threshold

sound powersound powersound power

sound intensitysound intensitysound intensity