Decibelskalaen: At komprimere et enormt intensitetsområde

1 · Forudsig

Lydintensiteter, som mennesker kan høre, spænder over en faktor en billion, fra en hvisken til en jetmotor. Hvorfor måler vi lydstyrke i decibel i stedet for direkte i W/m²?

• Decibel bruger en logaritmisk skala, så ens dB-trin svarer til ens multiplikative spring i intensitet.
• Decibel er blot en lineært omskaleret version af W/m² for bekvemmeligheds skyld.
• Decibel måler noget fysisk forskelligt fra intensitet.

2 · Opsætning

1. Åbn forudstillingen sound-decibel, og tryk på Nulstil. Kilden udstråler 0.12 W i alle retninger.
2. Slå aflæsningerne af intensitet og lydniveau til ved observatøren.
3. Indstil observatørens afstand fra kilden for hvert forsøg, og notér intensiteten og lydniveauet.

3 · Saml data

Afbild lydniveau β (y-aksen) mod log₁₀(intensitet I i W/m²) (x-aksen) for dine tre forsøg. Er linjen ret?

4 · Analysér

1. Beregn for ét forsøg I = P/(4πr²) med P = 0.12 W (angiv i µW/m², 1 µW/m² = 10⁻⁶ W/m²), og derefter β = 10·log₁₀(I/I₀) med referenceintensiteten I₀ = 10⁻¹² W/m². Sammenlign begge med tabellen.
2. Selvom dine nærmeste og fjerneste forsøg adskiller sig i intensitet med en faktor 16, ændrer lydniveaukolonnen sig kun med omkring 12 dB mellem dem. Forklar hvorfor ved hjælp af logaritmen i formlen.

5 · Udvid

1. Referenceintensiteten I₀ = 10⁻¹² W/m² er defineret som omtrent den svageste lyd, et menneske kan høre (0 dB). Hvad ville en lytter måle som lydniveau præcis ved tærskelintensiteten, ifølge formlen?
2. Hvert +10 dB svarer til en ×10 stigning i intensitet, ikke en fordobling. Omtrent hvor mange dB tilføjer en intensitet, der fordobles (×2), ifølge formlen?

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark