파동과 소리
귀에서의 데시벨 척도
음원이 커지면 일정한 거리에서 데시벨 수준이 올라갑니다.
귀에서의 데시벨 척도 — 인터랙티브 파동과 소리 시뮬레이션. 음원이 커지면 일정한 거리에서 데시벨 수준이 올라갑니다. 실시간 SI 측정값과 안내형 튜토리얼을 제공하는 무료 브라우저 기반 가상 물리 실험실입니다.
데시벨 척도
데시벨 척도는 로그을 사용해 넓은 세기 범위를 다루기 쉬운 숫자로 압축합니다.
음 레벨 β = 10 log₁₀(I/I₀) dB입니다. 10 dB 증가는 세기가 10배 커짐을 의미합니다. 더 큰 음원은 같은 거리에서 β를 높입니다.
- β = 10 log₁₀(I/I₀)
- Δβ = 10 log₁₀(I₂/I₁)
조사 개요
랩을 열기 전에 질문을 계획하세요.
이 브리프는 사전 렌더링된 페이지를 반영합니다. 탐구 질문, 서로 다른 예측, 변수의 역할, 지배 법칙, 설정, 분석 및 확장 질문을 이 순서로 계속 표시합니다.
운전 질문
인간이 들을 수 있는 소리의 강도는 속삭임부터 제트 엔진까지 1조 배에 달합니다. W/m² 단위가 아닌 데시벨 단위로 음량을 측정하는 이유는 무엇입니까?
검토할 예측
- 데시벨은 로그 스케일을 사용하므로 동일한 dB 단계는 강도의 동일한 곱셈 점프에 해당합니다.
- 데시벨은 편의상 W/m²를 선형적으로 재조정한 버전입니다.
- 데시벨은 강도와 물리적으로 다른 것을 측정합니다.
다양한 역할
설정하는 것:
- 거리 r (m)
측정하는 것:
- 강도 I (µW/m²)
- 사운드 레벨 β (dB)
실험 진행 방법
- sound-decibel 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 소스는 모든 방향으로 0.12W를 방출합니다.
- 관측자 위치에서의 세기 및 음량 표시를 활성화하세요.
- 각 시행에 대해 소스로부터 관찰자의 거리를 설정하고 강도와 사운드 레벨을 기록합니다.
지배방정식
소음 수준(데시벨) — L = 10·log₁₀(I/I₀)
데시벨 척도는 가장 조용한 가청 세기 I₀ = 10⁻¹² W/m²를 기준으로 한 상용로그를 이용해 세기의 거대한 동적 범위를 압축하므로, +10 dB마다 실제 세기는 10배씩 증가합니다.
인쇄용 실험지에서 학생이 계산할 내용
- 한 번의 시행에서는 P = 0.12 W(μW/m²로 보고, 1 µW/m² = 10⁻⁶ W/m²)를 사용하여 I = P/(4πr²)를 계산한 다음 기준 강도 I₀ = 10⁻² W/m²로 β = 10·log₁₀(I/I₀)를 계산합니다. 두 가지를 모두 표와 비교해보세요.
- 가장 가까운 시행과 가장 먼 시행의 세기가 16배 차이가 남에도, 그 사이의 음량 열 값은 약 12 dB만 변합니다. 공식의 로그를 이용해 그 이유를 설명하세요.
실험 밖에서의 활용
- 기준 세기 I₀ = 10⁻¹² W/m²는 사람이 들을 수 있는 가장 조용한 소리(0 dB)로 정의됩니다. 공식을 이용해, 청자가 정확히 문턱 세기에서 측정하게 될 음량은 얼마인지 구하세요.
- +10 dB마다 세기는 2배가 아니라 10배씩 증가합니다. 공식을 이용해, 세기가 2배(×2)가 될 때 실제로는 대략 몇 dB가 늘어나는지 구하세요.
- 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
- 데시벨에 오신 것을 환영합니다
- 관찰자 선택
- 재생을 누르세요
- 로그적 크기
- 검사기 열기
- 잘 하셨습니다!
대화형 시뮬레이션을 열어 장면을 빌드하고 재생을 누른 뒤, 실시간 측정 및 가이드 튜토리얼과 함께 탐구해 보세요.