波動と音
耳元でのデシベルスケール
音源を大きくすると、一定距離でのデシベルレベルが上がります。
耳元でのデシベルスケール — インタラクティブな波動と音シミュレーション。音源を大きくすると、一定距離でのデシベルレベルが上がります。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
デシベルスケール
デシベルスケールは対数で膨大な強度範囲を扱いやすい数値に圧縮します。
音のレベルは β = 10 log₁₀(I/I₀) dB です。10 dB 増えると強度は10倍になります。同じ距離では、より大きなソースほど β が高くなります。
- β = 10 log₁₀(I/I₀)
- Δβ = 10 log₁₀(I₂/I₁)
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
人間が聞ける音の強度は、ささやきからジェットエンジンまで1兆倍に及びます。なぜ音量を W/m² で直接表さずデシベルで測るのでしょうか？
検討する予測
- デシベルは対数尺度なので、等しい dB 差は強度の等しい倍率変化に対応します。
- デシベルは便宜上 W/m² を線形に換算しただけです。
- デシベルは強度とは物理的に異なる量を測ります。
可変的な役割
設定するもの：
- 距離 r (m)
測定するもの：
- 強度 I (µW/m²)
- 音圧レベル β (dB)
実験の進め方
- sound-decibel プリセットを開いて Reset を押します。音源は全方向に 0.12 W を放射します。
- 観測者の強度と音圧レベルの読み出しを有効にします。
- 各試行で音源からの距離を設定し、強度と音圧レベルを記録します。
支配方程式
デシベルでの音圧レベル — L = 10·log₁₀(I/I₀)
デシベル尺度は、基準となる最小可聴強度 I₀ = 10⁻¹² W/m² に対する常用対数で巨大な強度範囲を圧縮します。+10 dB は実強度の×10を表します。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- P = 0.12 W を用いて I = P/(4πr²) を計算し、µW/m²（1 µW/m² = 10⁻⁶ W/m²）で報告します。次に I₀ = 10⁻¹² W/m² として β = 10·log₁₀(I/I₀) を求め、表と比較します。
- 最も近い試行と最も遠い試行の強度は16倍異なりますが、音圧レベルはその間で約12 dB しか変わりません。式の対数を使って理由を説明します。
実験以外での活用
- 基準強度 I₀ = 10⁻¹² W/m² は人間が聞ける最小音（0 dB）と定義されます。式から、このしきい値で測る音圧レベルを求めます。
- +10 dB は強度の2倍でなく×10に対応します。強度が2倍（×2）になると何 dB 増えるか式で概算します。
- 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
- デシベルへようこそ
- 観測者を選択
- 再生
- 対数的なラウドネス
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。