Lydintensitet og lydstyrke

Igennem denne aktivitet, der består af flere dele, lærer eleverne om lydbølgers egenskaber, især lydintensitet og lydstyrke. De lærer, hvordan man måler intensitet og lydstyrke, forskellen mellem lyd og støj, og hvornår en lyd betragtes som støjforurening. Ved hjælp af data som intensitetsmålinger og spektrogrammer og enkle teknikker som at lytte til og identificere lyde undersøger eleverne, hvordan lyde påvirker mennesker og miljøet. Klasselærer Lynette Cummings har udviklet aktiviteterne som en del af Teacher to Ranger to Teacher-programmet.

Intensitet & Lydstyrke

Intensiteten af en lyd er lydens effekt i watt divideret med det areal, som lyden dækker i kvadratmeter. Lydstyrken for en lyd relaterer intensiteten af en given lyd til intensiteten ved høretærsklen. Den måles i decibel (dB). Den menneskelige hørelsestærskel har en intensitet på ca. 0,00000000000000001 watt pr. kvadratmeter, hvilket svarer til 0 decibel. Smertetærsklen for mennesker er 1 watt pr. kvadratmeter og svarer til 120 dB. En hvisken ligger på mellem 20 og 30 dB, en støjende samtale på ca. 50 dB, en støvsuger på ca. 70 dB, en plæneklipper på ca. 90 dB og et bilhorn på 1 m afstand på ca. 110 dB. Mennesker er særligt følsomme over for lyde med en frekvens på mellem 2000 og 5000 Hertz. DBA-skalaen har et filter, så lydniveaumåleren er mindre følsom over for lav- og højfrekvente lyde, ligesom den menneskelige hørelse. Den er også bedre egnet til at måle høreskader og taleforstyrrelser hos mennesker.

Støj

“Støj” er enhver uønsket lyd eller uvedkommende lyd (lyd uden funktion). Støj påvirker det naturlige miljø. Ekstra lyde forårsager f.eks. “auditiv maskering”, som reducerer et dyrs evne til at opdage kommunikation og rovdyr. Nogle fugle synger med en højere tonehøjde i mere støjende områder. Da hunfugle af visse arter foretrækker, at hanner synger med en lavere tonehøjde, da det er et tegn på modenhed, kan det føre til reducerede fuglebestande. Andre fugle synger måske bare højere i støjende områder. Kinesiske frøer har endda skiftet deres kald til ultralydsområdet (over de frekvenser, som mennesker kan høre), så de kan finde hinanden i parringstiden. Flagermus, der samler insekter fra bladene, vil ikke jage i støjende områder. Støj “stresser” også vilde dyr, hvilket gør dem mindre modstandsdygtige over for sygdomme. Støj påvirker helt klart vandmiljøerne. Lyd bevæger sig meget hurtigere og længere under vandet, hvilket betyder, at en støjkilde kan have en meget større radius af påvirkning, end den ville have på land. Undersøgelser har også vist, at lavfrekvent støj i havene, som i høj grad hænger sammen med den øgede kommercielle skibsfart, er steget med op til 10 dB siden 1960’erne.

Lyd kan også påvirke mennesker negativt. Høje eller langvarige lyde har vist sig at forårsage hørenedsættelse, forhøjet blodtryk, søvnforstyrrelser, irritation og iskæmisk hjertesygdom (hjertesygdom, der er forbundet med nedsat blodgennemstrømning til hjertet). Andre komplikationer omfatter mulige ændringer i immunsystemet og fødselsdefekter. Vejstøj har vist sig at forsnævre arterier og forhøje blodtrykket. Det kan endda føre til hjerteanfald. Støjniveauer på 50 dB om natten øger produktionen af kortisol (et stresshormon), som får arterierne til at trække sig sammen og forhøjer blodtrykket.

Virkninger af atmosfæriske forhold

Atmosfærisk absorption af lyd varierer med miljøforhold som f.eks. relativ luftfugtighed, atmosfærisk tryk, temperatur og vind. Lavere luftfugtighed absorberer mere lyd, især ved højere frekvenser, på grund af “molekylær afslapning” i gasserne i luften (en luftfugtighed på 10 % absorberer mest). En væsentlig ændring i det atmosfæriske tryk, svarende til tusindvis af meters højdeforøgelse, har en lille indflydelse på støjniveauet for de fleste kilder, men påvirker i væsentlig grad de modtagne niveauer af disse lyde.

Mere vigtigt er det, at vind og temperatur kan påvirke lydbølgernes udbredelse betydeligt. Vind kan medføre, at lydene er højere i vindretningen, da de molekyler, som lydbølgerne udbreder sig gennem, flyttes i vindretningen i stedet for at sprede sig lige meget i alle tre dimensioner. Lodrette temperaturgradienter kan bevirke, at lyden enten brydes væk fra jorden (når varm luft nær jorden befinder sig under køligere luft ovenover) eller mod jorden (når kølig luft nær jorden er fanget af et lag varm luft ovenover, dvs. en inversion).

Målsætning(er)

De studerende skal kunne:

1. Forstå sammenhængen mellem lydintensitet og lydstyrke.
2. Måle lydniveauaflæsninger i dB og dBA og omregne det til intensitet samt forstå, hvordan disse niveauer opfattes af mennesker.
3. Forske i, hvordan lyd påvirker det naturlige miljø såvel som mennesker.
4. Skille mellem lyd og støj.
5. Analysere lyddata for at vise, hvilke virkninger det har på miljøet og menneskelige besøgende.
6. Få anbefalinger om lyde på et bestemt sted ved hjælp af lydniveaudata og forskning om lydens virkninger.
7. Forudsige virkningen af fugtighed, temperatur og vind på lyde.

Materialer

1. Lydniveaumålere, der aflæses i dB og dBA
2. NPS Natural Sounds and Night Skies website
3. Holt Physics, lærebog af Serway og Faughn udgivet i 2002 af Holt, Rinehart, and Winston.
4. Brug af internettet til forskning.
5. Stikprøvedata indsamlet på Herbert Hoover NHS i 2012

Procedure

Del 1:

Gennemgå lydbølger, især:

• Lyd bevæger sig gennem et materiale som en mekanisk bølge. Bølgen er en langsgående eller kompressionsbølge.
• Lyd opstår, når energi får luftpartikler til at bevæge sig tættere sammen og længere fra hinanden. Jo tættere partiklerne kommer tættere på hinanden eller jo længere de kommer fra hinanden, jo større er lydens amplitude. Lydamplitude er årsag til en lyds lydstyrke og intensitet. Jo større amplituden er, jo højere og mere intens er lyden. Lydintensiteten måles i watt pr. meter i kvadrat.
• Andre lydbølgeegenskaber omfatter frekvensen i hertz (hvor mange bølger pr. sekund) og bølgelængden (bogstaveligt talt længden af en bølge, fra kompression til kompression).
• Mennesker kan kun høre lyde mellem 20 og 20.000 hertz. Dyr har andre intervaller og kan høre lyde, som vi ikke kan høre.
• Lydstyrke er den menneskelige opfattelse af lydintensitet. Den måles ofte i dB, som er en skala, der er baseret på den menneskelige høretærskel (som får en måling fra 0 dB og opefter). dBA-skalaen efterligner det menneskelige høreområde ved at filtrere de høje og lave frekvenser, som folk ikke hører så godt. Støj er ubehagelige eller uønskede lyde, og støjforurening anses for at være alle lyde, der forstyrrer aktiviteter.

Del 2:

Studenterne analyserer lydniveaudata. Brug de data, der følger med denne enhedsplan, eller andre lyddata (herunder hvor, hvornår og under hvilke forhold de er optaget, og typiske lyde som f.eks. fuglesang). Eleverne kan tage en lydmåler med til forskellige områder omkring skolen for at indsamle data. Eleverne skal registrere tidspunktet og de forhold, hvor de har taget prøver af dataene. Find eksempler på lydoptagelser og spektrogrammer på NPS Natural Sounds and Night Skies-webstedet.

Del 3:

Med brug af pålidelige bøger, artikler og websteder undersøger eleverne, hvordan lyde påvirker mennesker og det naturlige miljø. De kan undersøge både positive og negative virkninger af lyde af forskellig lydstyrke, intensitet og varighed. Eleverne undersøger også metoder, hvormed lydintensiteten kan reduceres.

Del 4:

Eleverne tager hen til det sted, hvor de vil undersøge virkningerne af lyd, f.eks. en nærliggende park. Eleverne medbringer lydniveaumålere (helst i stand til at måle dBA) for at registrere lydintensiteterne. Eleverne lytter og registrerer alle lyde, de hører i løbet af 15 minutter. Eleverne skal kun lytte til og registrere de iboende lyde i 10 minutter (lyde, der er typiske for parkens daglige drift), som kan være naturlige og kulturelle (f.eks. lyden af en smedens hammer på Herbert Hoover National Historic Site). Eleverne lytter og optager ekstrinsiske lyde (som ikke er typiske for stedet), f.eks. trafik i nærheden, i 10 minutter. Optag observationer om vejrforhold og stedets karakteristika, mens de optager dataene. Diskuter, hvilke lyde der bidrager til parkens formål, og hvilke lyde der er forstyrrende eller ikke er i overensstemmelse med de besøgendes glæde ved parken. Eleverne kan også undersøge, hvilke dyr der er hjemmehørende i parken, og finde ud af, hvordan de forskellige lyde kan påvirke dem.

Del 5:

Brug elevernes data og undersøgelser til at vurdere, hvordan lydniveauerne og -intensiteterne kan påvirke det sted, de besøgte. Sammenlign dataene med de data, som allerede er indsamlet af andre. Overvej, hvordan lydniveauerne kan påvirke de naturlige beboere i parken eller menneskelige besøgende. Undersøg mere om påvirkningen af de naturligt hjemmehørende arter. Diskuter mundtligt om påvirkningerne og skriv et udkast eller en artikel om de sandsynlige virkninger af forskellige lyde på beboere og besøgende, mennesker og dyr. Kunne oplevelsen af parken forbedres ved at fjerne eller reducere visse lyde? Hvis ja, hvilke lyde og hvordan?

Parkforbindelser

Lyde, der er naturlige for en park, betragtes som naturressourcer. Fuglesang, Hoover Creek’s boblen og lyden af en smed i sit arbejde er lyde, der er typiske for Herbert Hoover National Historic Site. Disse lyde, både naturlige og kulturelle, var lyde, som Herbert Hoover hørte som dreng i West Branch, Iowa. Beskyttelse og bevarelse af dem er en del af National Park Service’ mission. Besøgende i parken kan høre disse lyde såvel som den indtrængende støj fra det 21. århundrede som trafikken på Interstate 80.

Studenter, der studerer lydbølgeegenskaber som f.eks. intensitet og lydstyrke, skal også se de virkninger, som lyde har på vores miljø, og endda hvordan vi kan reducere eventuelle uønskede virkninger. Herbert Hoover National Historic Site og andre nationalparker udgør den perfekte mulighed for at tage elevernes viden om lydegenskaber et skridt videre i klasseværelset. Eleverne kan måle lydegenskaber og derefter se, hvordan de påvirker miljøet og mennesker. Eleverne kan endda tage en aktiv rolle i bevarelsen og beskyttelsen af nationalparkerne ved at anbefale måder at reducere støj udefrakommende støj på. Deres anbefalinger bør vise en forståelse af lydegenskaber samt af parkens karakter.

Materialer

Tabel over lydniveaudata, der blev taget på Herbert Hoover NHS i sommeren 2012. I CSV-format, som kan åbnes af et regnearksprogram.

Download lydniveaudata ved Herbert Hoover, 2012