Natężenie dźwięku

O głośności dźwięku decyduje wielkość fizyczna o nazwie natężenie dźwięku, którą można zdefiniować jako średnią szybkość z jaką dostarczana jest energia niesiona przez falę mechaniczną do jednostki powierzchni ośrodka.

Szybkość dostarczania energii jest mocą źródła fali, więc natężenie dźwięku można wyrazić w następujący sposób:

gdzie: I – natężenie dźwięku, P – moc źródła fali, S = powierzchnia, do której dociera fala.

Jednostką natężenia dźwięku jest wat na metr kwadratowy (1W/m²)

Ponieważ fale dźwiękowe rozchodzą się w przestrzeni trójwymiarowej, to ich powierzchnie falowe mają kształt kuli. Powierzchnia, do której dostarczana jest energia niesiona przez falę jest, więc w tym przypadku sferą o powierzchni równej:

 
gdzie: R – promień sfery.

Wstawiając to wyrażenie do wzoru na natężenie otrzymamy:

Widać, że głośność dźwięku zależy od dwóch czynników tj. od mocy źródła generującego fale dźwiękowe i od odległości od tego źródła.

Ucho ludzkie jest wstanie wytrzymać ciśnienie o wartości 30 Pa, co odpowiada natężeniu fali około 1 W/m² (tzw. próg bólu). Przekroczenie tej wartości może doprowadzić do pęknięcia błony bębenkowej i w rezultacie nawet do utraty słuchu.
Natężenie najsłabszego dźwięku jaki może usłyszeć człowiek wynosi 10-12 W/m² i jest to tzw. próg słyszalności.
Z przedstawionych danych wynika, że rozpiętość natężeń dźwięków jakie słyszy człowiek jest bardzo duża.

Natężenie dźwięku - przykład.

Źródło o mocy 1000W wysyła fale akustyczne.
a)    w jakiej odległości od źródła może znajdować się człowiek, aby jego słuch nie uległ uszkodzeniu?
b)    W jakiej odległości od źródła człowiek przestanie słyszeć dźwięk, wytwarzany przez to źródło?

Rozwiązanie:
a)    maksymalna wartość natężenia dźwięku, która nie zagraża człowiekowi to I = 1 W/m²  .

Ponieważ  , to:

Bezpieczna odległość to 9 metrów.

b)    próg słyszalności dla ucha człowieka wynosi I0 = 10-12 W/m², więc:

 
Otrzymana wartość jest bardzo duża, gdyż w zadaniu nie uwzględniono strat energii wynikających z odbijania, nakładania oraz pochłaniania fal. W rzeczywistych warunkach ta odległość byłaby znacznie mniejsza.