شدت صوت مقدار انرژی صوتی است که در مدت یک ثانیه از واحد سطح عمود بر راستای انتشار امواج می‌گذرند.

دید کلی

امواج صوتی از نوع امواج مکانیکی هستند که در اثر ارتعاش اجسام کشسان تولید و در گازها ، مایعات و جامدات منتشر می‌شوند. احساس شنیدن صوت بوسیله گوش نه تنها یک امر فیزیکی است بلکه به علم زیست شناسی و حتی روانشناسی نیز مربوط است. تقریبا تمام صوتهای حاصل از اسباب موسیقی در اثر تشکیل موجهای ایستاده بوجود می‌آیند. منبع تولید صوت ممکن است یک جسم جامد باشد، مانند سیم باریکی که بین دو نقطه کشیده شده است یا ممکن است جرم معینی از هوا باشد، مانند صوت حاصل از ارتعاش هوای لوله‌های صوتی یا یک دیاپازون با ارتعاشات ساده باشد.

گوش انسان صوتهایی را می‌شنود که بسامد آنها بین 20 تا 20000 هرتز باشد. سرعت سیر صوت از سرعت نور به مراتب کمتر است و این امواج حامل انرژی مکانیکی هستند. بنابراین لازم است که بین منبع تولید صوت و گوش یک محیط کشسان وجود داشته باشد. شدت صوت کمیتی است که ارتباطی به حساسیت گوش ندارد در صورتی که بلندی صوت هم به انرژی صوتی و هم به حساسیت گوش بستگی دارد.

عوامل موثر بر شدت صوت

دامنه ارتعاش

موجها در (در سطح آب یا طناب) با خود انرژی حمل می‌کنند. این انرژی با مجذور دامنه و مجذور بسامد متناسب است E=1/2mw²A² ، از طرفی بنا به تعریف شدت صوت ، شدت صوت با انرژی رابطه مستقیم دارد لذا نتیجه می‌گیریم که شدت صوت با مجذور دامنه نسبت مستقیم دارد.

فاصله

هرچه از چشمه صوت دورتر می‌رویم صدا ضعیفتر می‌شود برای درک این موضوع چشمه صوت S را در نظر بگیرید که موجهای کروی در فضا ایجاد می‌کند. اگر از اتلاف انرژی صوتی در هوا صرفنظر کنید در واحد زمان انرژی p به سطح کره‌ای به مساحت 4πr² می‌رسد (r شعاع کره) در نتیجه شدت صوت به صورت I = p/4πr² است. این رابطه نشان می‌دهد که با دور شدن از چشمه S شدت صوت کاهش می‌یابد.

محیط انتشار

محیطی که صوت در آن منتشر می‌شود کم و بیش انرژی صوتی را جذب می‌کند، جذب انرژی صوتی در محیط بستگی به بسامد صوت دارد. مثلا در هوا هر چه بسامد صوت بیشتر باشد صوت بیشتر جذب می‌شود.

مجذور بسامد

بنا به رابطه E = 1/2mw²A² شدت صوت با مجذور بسامد نیز نسبت مستقیم دارد. ولی یک صوت با بسامد معین که در محیط معینی منتشر می‌شود می‌توان گفت که مؤثرترین عامل در شدت صوت مجذور دامنه است.

حساسیت گوش انسان

حساسیت گوش در ارتباط با بسامد است. بنابراین اصواتی که شدتشان یکسان ولی بسامدشان مختلف است معمولا با بلندی متفاوت احساس می‌شوند. آهسته‌ترین صدایی را که انسان می‌تواند بشنود آستانه شنوایی می‌نامند و بلندترین صدا (بیشینه شدت) که انسان می‌تواند بشنود بدون این که گوش او به درد درآید آستانه دردناکی می‌نامند. هر چه شدت صوت بیشتر باشد، مقدار انرژی ای که گوش دریافت می‌کند بیشتر است و انسان صدا را بلندتر احساس می‌کند. با این حال این به معنی آن نیست که بلندی صوت با شدت آن نسبت مستقیم دارد. پس اگر شدت صوت دو برابر شود بلندی صدایی که احساس می‌کنیم دو برابر نمی‌شود.

تراز شدت صوت

تراز شدت یک صوت عبارت است از لگاریتم (در پایه 10) نسبت شدت آن صوت به شدت صوت مبنا . تراز شدت صوت را با β نشان می‌دهند. و یکای آن را به افتخار بل فیزیکدان آمریکایی مخترع تلفن ، بل (b) و دسی بل (db) نامگذاری کرده‌اند.

در این فرمول I₀ شدت صوت مبنا که برابر با آستانه شنوایی گوش سالم و در بسامد 1000 هرتز در نظر گرفته می‌شود. I شدت صوت ، K مقداری است ثابت که اگر K=1 باشد واحد β (بل) است و اگر K=10 باشد β (برحسب دسی بل) است.

شدت صوت و تراز صوت برای برخی صوتها

صدا شدت صوت w/m2 تراز شدت صوت db شدت صوت مبنا 12-10 0 نفس کشیدن 11-10 10 برگ درختان در نسیم 10-10 20 صحبت کردن از فاصله یک متری 8-10 40 همهمه در فروشگاه 6-10 60 سر و صدای خودروها در خیابان شلوغ 5-10 70 آستانه دردناکی (برای بسامد 1000Hz) 1 120 مسلسل 10 130 غرش هواپیمای جت در حین بلند شدن 102 140 راکت فضایی ، در موقع بلند شدن 105 170

مباحث مرتبط با عنوان

• آکوشتیک
• آناتومی گوش
• اجسام کشسان
• اندازه گیری سرعت صوت
• انرژی صوتی
• بلندی صوت
• شکست دیوار صوتی
• صوت
• لوله صوتی باز
• لوله صوتی بسته
• موج مکانیکی