Aallot ja ääni

Desibeliasteikko korvalla

Voimakkaampi lähde nostaa desibelialtaa vakiomatkalla.

Desibeliasteikko korvalla – interaktiivinen Aallot ja ääni-simulaatio. Voimakkaampi lähde nostaa desibelialtaa vakiomatkalla. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Desibeliasteikko

Desibeliasteikko pakkaa valtavan intensiteettivälin hallittaviksi luvuiksi logaritmin avulla.

Äänitaso β = 10 log₁₀(I/I₀) dB. 10 dB:n kasvu tarkoittaa kymmenkertaista intensiteettiä. Voimakkaammat lähteet nostavat β:ta vakiomatkalla.

• β = 10 log₁₀(I/I₀)
• Δβ = 10 log₁₀(I₂/I₁)

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Ihmisten kuulemat äänen intensiteetit kattavat biljoonan kertoimen, kuiskauksesta suihkumoottoriin. Miksi mittaamme voimakkuutta desibeleinä suoraan W/m²:n sijaan?

Punniteltavat ennusteet

• Desibeleissä käytetään logaritmista asteikkoa, joten yhtä suuret dB-askeleet vastaavat yhtä suuria monikertahyppyjä intensiteetissä.
• Desibeleissä on vain W/m²:n lineaarisesti skaalattu versio mukavuuden vuoksi.
• Desibeleissä mitataan jotakin fysikaalisesti erilaista kuin intensiteettiä.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Etäisyys r (m)

Mitä mittaat:

• Intensiteetti I (µW/m²)
• Äänitaso β (dB)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa äänidesibeli-esiasetus ja paina Nollaa. Lähde säteilee 0.12 W kaikkiin suuntiin.
2. Ota käyttöön intensiteetin ja äänitason lukemat havaitsijalla.
3. Aseta havaitsijan etäisyys lähteestä jokaiselle suoritukselle ja kirjaa intensiteetti ja äänitaso.

Hallitseva yhtälö

Äänitaso desibeleinä — L = 10·log₁₀(I/I₀)

Desibeliasteikko pakkaa intensiteetin valtavan dynaamisen välin käyttäen kantaluvun 10 logaritmia suhteessa hiljaisimpaan kuultavaan intensiteettiin I₀ = 10⁻¹² W/m², joten jokainen +10 dB edustaa ×10 hyppyä todellisessa intensiteetissä.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske I = P/(4πr²) arvolla P = 0.12 W (ilmoita yksikössä µW/m², 1 µW/m² = 10⁻⁶ W/m²), sitten β = 10·log₁₀(I/I₀) vertailuintensiteetillä I₀ = 10⁻¹² W/m². Vertaa molempia taulukkoon.
• Vaikka lähimmän ja kauimmaisen suorituksesi intensiteetti eroaa 16 kertoimella, äänitasosarake muuttuu niiden välillä vain noin 12 dB. Selitä miksi kaavan logaritmin avulla.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Vertailuintensiteetti I₀ = 10⁻¹² W/m² on määritelty suunnilleen hiljaisimmaksi ääneksi, jonka ihminen voi kuulla (0 dB). Kaavan avulla, minkä äänitason kuulija mittaisi täsmälleen kynnysintensiteetissä?
• Jokainen +10 dB vastaa ×10 kasvua intensiteetissä, ei kaksinkertaistumista. Kaavan avulla, suunnilleen kuinka monta dB kaksinkertaistuva (×2) intensiteetti oikeasti lisää?

• AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
• IB Physics — C.2 Wave model
• General High School Physics — Waves & sound
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Tervetuloa äänidesibeliin
2. Valitse havaitsija
3. Paina Toista
4. Logaritminen voimakkuus
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Äänen intensiteetti ja desibeli