Metodický pokyn = učitel

 

 

Tematické zařazení experimentu

• akustika
• hladina hlasitosti zvuku, intenzita vlnění
• ochrana sluchu

 

Cíl experimentu

• Cílem experimentu je kvantitativní analýza poklesu hladiny hlasitosti zvuku při zvětšování vzdálenosti od zdroje zvuku.

 

Poznámky k realizaci experimentu

• Rozsah ultrazvukového (sonic) senzoru pro měření vzdálenosti je od 0,40 do 10,00 metrů. Je třeba nastavit referenční desku alespoň o 0,40 metrů za zdroj zvuku. Pokud software umožňuje nastavit nulovou polohu senzoru pro měření vzdálenosti, tak použijte to - zjednoduší se měření. Zjistěte počáteční vzdálenost senzorů od zdroje zvuku.
• Je vhodné upevnit oba senzory na jeden stativ tak, aby přední hrany senzorů byly v jedné svislé rovině. Potom vzdálenost sonic senzoru od desky odpovídá vzdálenosti senzoru pro měření hladiny hlasitosti od desky. Senzor pro měření hladiny hlasitosti by měl být ve stejné výšce nad stolem, jako je střed reproduktoru.
• Experiment při zpracování hodnot a řešení úloh vyžaduje znalost vlastností logaritmických funkcí.
• Při realizaci experimentu uvažuje značné zjednodušení - předpokládáme, že je použit bodový zdroj zvuku.

 

Návod na zpracování dat

• Při měření se získají hodnoty závislostí vzdálenosti od času a hladiny hlasitosti od času.
• Je třeba přepočítat hodnoty vzdálenosti senzoru od desky, aby se získaly hodnoty vzdálenosti od reproduktoru (viz. Experimentální data).
• Na základě odvozeného vztahu pro závislost hladiny intenzity na vzdálenosti je dobré pomocí logaritmu se základem 10 přepočítat naměřené hodnoty vzdálenosti. Tím se převede logaritmická funkce na lineární problém:

 

Trochu teorie:

• "Síla" zvuku resp. hlasitost se ve fyzice vyjadřuje hladinou hlasitosti zvuku L s jednotkou 1 Bel. Častěji se používá podílová jednotka 1 decibel (značka dB). Vyjádření vztahem je:

kde I je intenzita zvuku. Konstanta I0 = 10-12 W.m-2 se nazývá prahová intenzita slyšitelnosti pro referenční tón s frekvencí 1 kHz. Intenzita vlnění, které se ze zdroje šíří všemi směry, klesá se čtvercem vzdálenosti r od bodového zdroje I = P / 4pr2, kde P je výkon zdroje. Po spojení uvedených vztahů a využití vlastností logaritmů získáme jednodušší vyjádření závislosti hladiny hlasitosti zvuku L na vzdálenosti r od zdroje zvuku.

 

Vlastnosti logaritmů umožňují jednodušší vyjádření závislosti hladiny hlasitosti zvuku L na vzdálenosti r od zdroje zvuku

 

kde A a B jsou konstanty.

Prozkoumejte, jak se mění hladina hlasitosti zvuku se vzdáleností.

 

 

Souvislost se životem, přírodou a praxí:

• Maximální amplituda tlaku DPM hlasitého zvuku, kterou lidské ucho nepoškodí je asi 28 Pa. Tomu odpovídá přibližně 11 mm výchylka bubínku pro frekvenci zvuku 1 kHz. Amplituda tlaku DPM pro nejslabší slyšitelný zvuk s frekvencí 1 kHz je okolo 2,8.10-5 Pa. Pro zvukové vlnění je to amplituda 11 pm. Z toho vidíme, že ucho je velmi citlivý detektor zvukového vlnění. Poměr amplitud je řádově 106. Z toho nám vyplývá velmi široký interval hodnot intenzity zvuku, které je ucho schopno rozeznat. Jelikož intenzita vlnění je přímo úměrná druhé mocnině amplitudy, ucho slyší zvuky v rozpětí 1012 hodnot.
• Použitím logaritmů se práce v širokém intervalu hodnot velmi zjednoduší. Na posuzování hlasitosti zvuku se namísto intenzity zavedla i veličina hladina hlasitosti L vztahem