ما معنى مستوى الصوت؟ — الفيزياء

تعريف 21.9 فيزياء المرحلة الثانوية · الفصل 21 — الصوت والصوتيات

تمتد الأذن على اثنتي عشرة قوة من قوى العشرة، ولذلك تُذكر الشدّات لوغاريتميًّا. ومستوى الصوت للشدة $I$ هو

L = 10 \log_{10}(I/I_0), \qquad I_0 = 1.0 \times 10^{-12}\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2},

بوحدة الديسيبل ( $\mathrm{dB}$ ): فعتبة السمع $0\,\mathrm{dB}$ ، والألم قرب $120\,\mathrm{dB}$ .

سُلّم من المستويات اليومية: كل خطوة 20\, dB قفزة مئة ضعف في الشدة؛ ووراء 85\, dB (المنطقة الحمراء) يضرّ التعرّض السمع. — سُلّم من المستويات اليومية: كل خطوة $20\,\mathrm{dB}$ قفزة مئة ضعف في الشدة؛ ووراء $85\,\mathrm{dB}$ (المنطقة الحمراء) يضرّ التعرّض السمع.

اقرأ في الفصل ←

تعريف 7.5 الفيزياء الجامعية — السنة الثانية · الفصل 7 — الأمواج الصوتية في الموائع

مستوى الصوت لموجة شدّتها الوسطى $I$ هو

L = 10\log_{10}\frac I{I_0} \ \text{dB} , \qquad I_0 = 1 \times 10^{-12}\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}

— وهي عتبة السمع عند $1\,\mathrm{kHz}$ ، وتوافق في الهواء سعة الضغط $p_0 \approx 2 \times 10^{-5}\,\mathrm{Pa}$ (فعّالة) $= 2 \times 10^{-10}$ من الضغط الجوي. ومضاعفة الشدّة تضيف $3\,\mathrm{dB}$ ؛ وعشرة أضعافها $10\,\mathrm{dB}$ ؛ ومئة ضعف في سعة الضغط $40\,\mathrm{dB}$ . والغرفة الهادئة $30\,\mathrm{dB}$ ، والحديث $60\,\mathrm{dB}$ ، والشارع المزدحم $80\,\mathrm{dB}$ ، وحفلة الروك $110\,\mathrm{dB}$ ، والألم $120\,\mathrm{dB}$ ( $I = 1\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ، و $p_m = 29\,\mathrm{Pa}$ ).

على اليمين: في الموجة الصوتية المستوية المتقدمة يكون فرط الضغط وسرعة المائع في طور واحد، ويتأخر الانتقال بربع دور. وعلى اليسار: سلّم الديسيبل — فكل درجة 20\, dB تضرب الشدّة بمئة وسعة الضغط بعشرة. — على اليمين: في الموجة الصوتية المستوية المتقدمة يكون فرط الضغط وسرعة المائع في طور واحد، ويتأخر الانتقال بربع دور. وعلى اليسار: سلّم الديسيبل — فكل درجة $20\,\mathrm{dB}$ تضرب الشدّة بمئة وسعة الضغط بعشرة.

أمثلة

مثال 7.6 (كم يكون الصوت صغيرًا)

عند العتبة، وعند $1\,\mathrm{kHz}$ : $p_m = 2.8 \times 10^{-5}\,\mathrm{Pa}$ ، و $v_m = p_m/Z = 7 \times 10^{-8}\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ ، وسعة الانتقال $\xi_m = v_m/\omega = 1 \times 10^{-11}\,\mathrm{m}$ — أي عُشر قطر ذرة: فطبلة الأذن تكشف حركات أصغر من ذرة. وعند $120\,\mathrm{dB}$ يكون $\xi_m = 11\,\text{µ}\mathrm{m}$ ، وهو غير مرئي كذلك، و $p_m/P_0 = 3 \times 10^{-4}$ : فحتى أعلى الأصوات اضطرابات ضئيلة، ولهذا تعمل النظرية الخطية بهذا الإحكام.

مثال 7.8 (صفارة وحديث)

صفارة استطاعتها $10\,\mathrm{W}$ : $I = 10/4\pi r^2$ ، أي $0.8\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ عند $1\,\mathrm{m}$ (و $119\,\mathrm{dB}$ ، أي ألم)، و $79\,\mathrm{dB}$ عند $100\,\mathrm{m}$ ، و $59\,\mathrm{dB}$ عند $1\,\mathrm{km}$ — ولا تزال مسموعة فوق المدينة. ويشعّ الصوت البشري نحو $10\,\text{µ}\mathrm{W}$ : أي $60\,\mathrm{dB}$ عند $1\,\mathrm{m}$ ، و $40\,\mathrm{dB}$ عند $10\,\mathrm{m}$ . ويمتصّ الهواء الصوت أيضًا (وأكثر عند التواترات العالية، بضعة ديسيبلات في المئة متر عند $10\,\mathrm{kHz}$ )، ولهذا يهدر الرعد البعيد هديرًا خفيضًا.

اقرأ في الفصل ←

أمثلة

مصطلحات ذات صلة