Волны и звук

Шкала децибел на ухе

Более громкий источник повышает уровень децибел на фиксированном расстоянии.

Шкала децибел на ухе — интерактивная симуляция (Волны и звук). Более громкий источник повышает уровень децибел на фиксированном расстоянии. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Шкала децибел

Шкала децибел сжимает огромный диапазон интенсивностей в удобные числа с помощью логарифма.

Уровень звука β = 10 log₁₀(I/I₀) дБ. Рост на 10 дБ означает десятикратную интенсивность. Более громкие источники поднимают β на фиксированном расстоянии.

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

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Интенсивности звука, слышимого человеком, охватывают триллион раз — от шёпота до реактивного двигателя. Почему мы измеряем громкость в децибелах, а не напрямую в W/m²?

Прогнозы для взвешивания

• Децибелы используют логарифмическую шкалу: равные шаги dB отвечают равным кратным скачкам интенсивности.
• Децибелы — просто линейно пересчитанные W/m² для удобства.
• Децибелы измеряют нечто физически иное, чем интенсивность.

Роли переменных

Что вы задали:

• Расстояние r (m)

Что вы измеряете:

• Интенсивность I (µW/m²)
• Уровень звука β (dB)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет децибел и нажмите «Сброс». Источник излучает 0.12 W во все стороны.
2. Включите показания интенсивности и уровня звука у наблюдателя.
3. Задайте расстояние наблюдателя от источника для каждой пробы и запишите интенсивность и уровень звука.

Определяющее уравнение

Уровень звука в децибелах — L = 10·log₁₀(I/I₀)

Шкала децибел сжимает огромный динамический диапазон интенсивности десятичным логарифмом относительно самой тихой слышимой интенсивности I₀ = 10⁻¹² Вт/м²: каждые +10 дБ означают рост реальной интенсивности в 10 раз.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите I = P/(4πr²) при P = 0.12 Вт (выразите в мкВт/м²; 1 мкВт/м² = 10⁻⁶ Вт/м²), затем β = 10·log₁₀(I/I₀) с опорной интенсивностью I₀ = 10⁻¹² Вт/м². Сравните оба значения с таблицей.
• Хотя интенсивности вашей ближайшей и дальней проб различаются в 16 раз, столбец уровня звука меняется между ними лишь примерно на 12 dB. Объясните почему, используя логарифм в формуле.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Опорная интенсивность I₀ = 10⁻¹² Вт/м² определена как примерно самый тихий звук, слышимый человеку (0 дБ). Что покажет уровень звука слушателя точно на пороговой интенсивности по этой формуле?
• Каждые +10 dB отвечают росту интенсивности в ×10, а не удвоению. По формуле определите, примерно сколько dB добавляет удвоение интенсивности (×2).

• 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. Добро пожаловать к децибелам
2. Выберите наблюдателя
3. Нажмите Play
4. Логарифмическая громкость
5. Откройте панель свойств
6. Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Интенсивность звука и децибелы