Pytanie 241: Natężenie dźwięku, poziom, jednostki

Natężenie dźwięku I to stosunek mocy P dźwięku przechodzącego przez powierzchnię jednostkową A

I = P/A [I] = 1 W/m²

I = P/A = W/A*t, gdzie W - praca sił parcia w jednostce czasu t

Próg słyszalności - najmniejsze słyszalne natężenie dźwięku I₀=10^-12 W/m² (dla tonu 1000 Hz) lub p₀=2*10^-5 Pa

Próg bólu - I_max=1 W/m² lub p_max=2*10 Pa

Poziom natężenia dźwięku L - logarytm stosunku natężenia dźwięku badanego I do natężenia odniesienia I₀.

L=lg(I/I₀) (w belach)

L=10 lg(I/I₀) (w decybelach)

Gdzie I₀=10^-12 W/m² [L]=1 dB

Dla progu słyszalności L=0 B

Dla progu bólu L=12 B

Poziom natężenia dźwięku można zastąpić poziomem ciśnienia akustycznego z zależności I~p_m²

L=lg(p_m/p₀)²=2 lg (p_m/p₀) (w belach)

L=20 lg (p_m/p₀) (w decybelach) , gdzie p₀=2*10^-5 Pa

Pytanie 242: Prawo Webera - Fechnera

Stosuje się go do zmysłów.

Najmniejszy zauważalny przyrost bodźca (próg różnicy ∆I₀), jest proporcjonalny do natężenia I bodźca już działającego.

∆I₀ / I = const

Przy upraszczających założeniach: przyrost głośności jest proporcjonalny do logarytmu stosunku natężeń dźwięków porównywalnych.

Pytanie 243: Krzywe izofoniczne

Krzywe jednakowego poziomu głośności dźwięku to krzywe izofoniczne. Izofony (krzywe izofoniczne) są przedstawione w układzie logarytmicznej zależności poziomu natężenia dźwięku lub poziomu ciśnienia akustycznego od częstotliwości. Krzywe są dlatego, że nasz zmysł słuchu nie ma „liniowej charakterystyki przetwarzania”. Głośność dźwięku określa się przez porównanie wrażenia wywołanego przez dany dźwięk z wrażeniem wywołanym przez dźwięk o częstotliwości wzorcowej 1 kHz.

Izofony "normalnego" ucha wg Fletchera i Munsona. Wartości fonów są oznaczone na niebiesko.

Najniżej położona krzywa (0 fonów) stanowi próg słyszalności, czyli określa najmniejszą wartość poziomu głośności dźwięku o danej częstotliwości wywołującego wrażenie słuchowe. Krzywa położona najwyżej (ok. 120 fonów) stanowi granicę bólu co oznacza że tony o określonych przez nią poziomach powodują ból, a nawet mogą uszkodzić słuch.

Dolna granica słyszalności i granica bólu wyznaczają obszar (powierzchnię) słyszalności.

Ze względu na swój subiektywny charakter, krzywe izofoniczne nie maja ścisłego kształtu, ani położenia i różnią się w zależności od metod badawczych użytych do ich wyznaczenia.

Izofony wykorzystuje się w badaniach słuchu, telekomunikacji.

Fon - jednostka poziomu głośności dźwięku. Poziom głośności dowolnego dźwięku w fonach jest liczbowo równy poziomowi natężenia (wyrażonego w decybelach) tonu o częstotliwości 1 kHz, którego głośność jest równa głośności tego dźwięku. Dźwięki o tej samej liczbie fonów wywołują to samo wrażenie głośności, ale nie muszą być to dźwięki identyczne w sensie barwy (np. o różnych częstotliwościach).

Obecnie powszechnie stosuje się liniową jednostkę głośności dźwięku wyrażoną w sonach.

1 son odpowiada głośności tonu o częstotliwości 1000 Hz i natężeniu 40dB.

N=2^0,1(L_N^-40) w przybliżeniu lgN = 0,03(L_N-40)

L_N - liczba fonów

N - son

Pytanie 244: Hałas, wielkości wpływające na skutki działania hałasu.

HAŁAS = niepożądane, dokuczliwe dźwięki, szkodliwe dla zdrowia (narząd słuchu, układ nerwowy,
zaburzenia niektórych procesów biochemicznych)

• Dokuczliwy we wnętrzach 35-40 dB (średnio głośna rozmowa)

• Krytyczny 85-90 dB (np. syrena alarmowa)

Dłuższe przebywanie w hałasie ubytek słuchu (NIEODWRACALNY!) + podwyższenie progu
słyszalności (TRWAŁE!)

- próg słyszalności: L = 0 B

- próg bólu: L = 12 B = 120 dB

Walka z hałasem = problem ochrony środowiska, problem społeczny.

UWAGA!!! Nie wiem o co dokładnie im chodzi w drugiej części pytania… Ale może o to…

Wielkości wpływające na skutki hałasu:

-poziom natężenia dźwięku L:

L= lg I/I_o (w belach) = 10 lg I/I₀ (w decybelach), gdzie:

I - natężenie dźwięku badanego

I₀ - natężenie dźwięku odniesienia (przyjmujemy za nie natężenie progowe tonu 1000 Hz, czyli 10^-12 W/m² )

Dla 1000 Hz zakres wynosi od 0 do 12 B.

Poziom natężenia dźwięku można zastąpić poziomem ciśnienia akustycznego.

L= lg (p_m/p₀)² = 2 lg p_m/p₀ (w belach)

-częstotliwość: związana z wysokością dźwięku

Ucho słyszy dźwięki w zakresie częstotliwości 16 - 20 000 Hz.
Drgania o niższej częstotliwości= INFRADŹWIĘKI i o wyższej częstotliwości=ULTRADŹWIĘKI również mogą być szkodliwe dla ucha!

-poziom głośności dźwięku L_N:

Jest to taki poziom natężenia głośności tonu o f=1000 Hz, który jest słyszany jednakowo głośno jak ton badany. Jednostka to fon. Wszystkie tony o natężeniu progowym mają poziom głośności 0 fonów!!!

Obecnie skala głośności wyrażana jest w sonach: N=2 ^0,1(L_N^-40), w przybliżeniu lg N ≈ 0,03(L_N-40).

Znalazłam przydatną prezentację na temat hałasu: http://www.chemia.pk.edu.pl/wydzial/pliki/HAlAS%20I%20WIBRACJE_studenci.pdf

Pytanie 245: Rola kostek słuchowych w transporcie fali w uchu, mechanizm wzmacniania dźwięku.

Kosteczki słuchowe ucha środkowego: młoteczek, kowadełko, strzemiączko przekazują ruch drgający z bębenka (który jest wynikiem zmiany ciśnienia po dojściu fali głosowej) na błonę okienka owalnego. Drgania błony okienka owalnego wprowadzają w ruch perylimfę wypełniającą przewody ślimaka. Ciśnienie potrzebne do tego celu zapewnia ucho środkowe, które pełni rolę wzmacniacza. Amplituda drgań zostaje co prawda zmniejszona, ale zwiększone zostaje ciśnienie. Wzmocnienie to zostaje uzyskane w następujący sposób: układ kosteczek słuchowych działa jako dźwignia (ryc.11.10), dzięki czemu na okienko owalne działa siła F2=(r1/r2)F1; ponadto powierzchnia działania siły F2 na okienko owalne jest znacznie mniejsza od powierzchni działania siły F1 z bębenkiem. W ostatecznym rozrachunku przyjmuje się, że ciśnienie działające na okienko owalne jest ok. 17 razy większe od ciśnienia z jakim bębenek działa na młoteczek.

Układ kosteczek słuchowych uczestniczy także w dopasowywaniu oporności akustycznej ucha zewnętrznego i wewnętrznego (gdyby nie było kosteczek ponad 99,9% fali akustycznej z powietrza zostałoby odbite przez okienko owalne).

Ucho środkowe chroni też ucho wewnętrzne przed przeciążeniem dźwiękami o zbyt dużym natężeniu. Przy zbyt dużych siłach strzemiączko zamiast uciskać okienko owalne z większą siłą, wykonuje ruchy skręcające. Dodatkowe tłumienie jest spowodowane działaniem mięśni, które kurcząc się, usztywniają układ kosteczek słuchowych i napinają bębenek.

Pytanie 246: Ucho - odbiornik, teoria Bekesy'ego.

Według teorii Bekesy'ego, drgania błony okienka owalnego wprowadzają w ruch perilimfę. Pojawia się różnica ciśnień między schodami przedsionka, a schodami bębenka, powoduje ona odkształcenie błony podstawnej. Odkształcenie to w postaci impulsu falowego rozchodzi się wzdłuż błony. Maksimum odkształcenia błony dla częstotliwości wysokich, wypada bliżej okienka owalnego (błona jest bardziej napięta i węższa), im częstotliwość niższa tym maksimum znajduje się dalej od okienka. Maksimum odkształcenia błony podstawnej wypada więc w różnych miejscach, powodując pobudzenia komórek rzęsatych. Te z kolei wyzwalają impulsy nerwowe, przekazywane do układu ośrodkowego. W ten sposób ucho dokonuje analizy częstotliwości.

Nawet jeżeli maksimum odkształcenia błony nie jest wyraźnie zaznaczone, ucho zachowuje stosunkowo dużą zdolność do rozróżniania częstotliwości - okazuje się, że selektywność wyboru częstotliwości przez włókna nerwowe jest dokładniejsza niż by to wynikało z obszerności odkształcenia błony.

Wzrost natężenia bodźca powiększa częstotliwość impulsów nerwowych. Jest ona jednak ograniczona przepustowością włókna nerwowego, dlatego też informacja o natężeniu dźwięku musi być przekazywana jednocześnie przez większą liczbę włókien.

Pytanie 247: Obliczyć błąd względny (a*2-b*2)/4a.

Pytanie 248: Obliczyć błąd względny σ/σ₀(ρη₀/ρ₀η).

Pytanie 249: Obliczyć błąd względny R=R₀(I₁/I₂).

Pytanie 250: Obliczyć błąd względny f=(l²+d²)/4d².

Pytanie 251: Błąd n=(R*K)/RK.

Pytanie 252: Błąd na lepkość.

η=[2r²g(ρ₁- ρ₂)t]/9h

g, ρ₁, ρ₂ - wielkości stałe, a=[2g(ρ₁- ρ₂)]/9

η=a[r²t/h]

ln η = ln a + ln r² + ln t - ln h

ln η = ln a + 2 ln r + ln t - ln h

d ln η = 0 + 2 d ln r + d ln t - d ln h

d η/η = 2 d r/r + d t/t - d h/h

Δ η/η = 2 Δ r/r + Δ t/t + Δ h/h

(wszystkie wielkości są wartościami uśrednionymi)

Pytanie 253: Błąd względny refrakcji molekularnej.

Pytanie 254: Podział błędów.

Błędy dzielimy na:

1. Systematyczne
   Spowodowane niewłaściwym wyskalowaniem przyrządów pomiarowych, opóźnionym refleksem osoby wykonującej pomiar, niewłaściwym ustawieniem „zera” na przyrządzie pomiarowym.
   Są proste do wyeliminowania przez odpowiednią kalibrację przyrządów pomiarowych.

2. Przypadkowe
   Spowodowane chwilową niedyspozycją lub dekoncentracją osoby wykonującej pomiar, zmianami warunków podczas wykonywania pomiarów (skoki napięcia, wahania wilgotności, temperatury, zbyt głośne lub ciche otoczenie).
   Nie da się ich wyeliminować.

3. Grube
   Spowodowane przez niewłaściwy zapis jednostek mierzonej wielkości, niewłaściwy odczyt wielkości mierzonej.
   Są łatwe do wyeliminowania, ponieważ znacznie odbiegają od wartości normalnych. Pomiary z błędem grubym powinno się wykreślać i na ich miejsce wykonywać nowy pomiar.

Inny podział:

• Bezwzględne Δx_i=x_i-x_rzeczywiste
  jest to wartość inna dla każdego pomiaru, zależy od jednostki

• Względne δ=Δx_i/x_rzeczywiste (*100%)
  nie zależy od jednostek, jest to wielkość bezwymiarowa lub w %

---