91 (82)

2. Skala decybelowa

Przy określaniu wielkości fizycznych związanych ze zjawiskami akustycznymi stosuje się zwykle skalę logarytmiczną. Jest to uzasadnione tym, że ucho ludzkie reaguje na dźwięki w rozległym zakresie ciśnienia i natężenia dźwięku (jego energii).

Dla fal swobodnych „obiektywne” natężenie dźwięku, czyli strumień energii dźwięku w pW przypadający na 1 cm² powierzchni prostopadłej, określa się jako

2 r

(72)

J =

a * p(2n -f)² ■ x

cm

2a • p    2

gdzie: p — amplituda ciśnienia akustycznego [kG/cm²],

a — prędkość dźwięku (rozchodzenia się fali dźwiękowej) [cm/sek], p — gęstość ośrodka [kG sek²/cm⁴],

/ — częstość fali [okr/sek], [Hz],

— amplituda wychyleń cząstki [cm].

Zależność ta w zasadzie nie obowiązuje w przypadku przestrzeni zamkniętych, gdzie fale stojące i fale odbite komplikują przebieg zjawiska;

przyjmuje się jednak, że jest ona ważna we wszystkich przypadkach. Próg słyszalności ucha ludzkiego stanowi, natężenie 10~^!I juW/cm² (10~^ł7W/cm²). Amplituda zmian ciśnienia akustycznego wynosi wówczas około 10^-4/rb (1 mikrobar = 1 dyna/cm² = 0,0102 mm H₂0), a amplituda wychyleń (drgań liniowych) cząsteczek powietrza jest mniejsza od 10" ⁹ cm. Dane te odnoszą się do częstości drgań około 3000 1/sek, dla której ucho jest najczulsze. Dla innych częstości próg słyszalności odpowiada większym energiom — np. dla 35 okr/sek energii około 10⁷ razy większej. Próg bólu odpowiada przy 3000 okr/sek natężeniu przewyższającemu około 10¹³ razy próg słyszalności (/ = 10"⁴W/cm²). Amplituda drgań ciśnienia wynosi wtedy około 100 pb [125],

Jednak znaczenie praktyczne ma „subiektywne” natężenie dźwięku — głośność — które wyraża się w belach i decybelach. Głośność dolnego progu słyszalności J₀ dla tonu o częstości 1000 okr/sek przyjmuje się ‘ w skali decybelowej za równą 0 dcB. Dźwięk obiektywnie 10 razy silniejszy J₁ = 10 J_Q ma głośność 10 dcB, 100 razy silniejszy: 20 dcB itd. Decybel jest więc jednostką pomiaru względnego, stosunku dwóch wartości natężenia, ciśnienia lub amplitudy:

L = lOlog -i- = 20log    = 20log [dcB]    (73)

J2    *2    Pi

91