Sound Intensity & Loudness

Con questa attività in più parti, gli studenti imparano le proprietà delle onde sonore, in particolare l’intensità e il volume del suono. Imparano come misurare l’intensità e l’intensità, la differenza tra suono e rumore, e quando un suono è considerato inquinamento acustico. Usando dati come le letture dell’intensità e gli spettrogrammi, e tecniche semplici come l’ascolto e l’identificazione dei suoni, gli studenti ricercano come i suoni influenzano le persone e l’ambiente. L’insegnante Lynette Cummings ha sviluppato le attività come parte del programma Teacher to Ranger to Teacher.

Intensità &Loudness

L’intensità di un suono è la potenza del suono in Watt divisa per l’area che il suono copre in metri quadrati. La loudness di un suono mette in relazione l’intensità di un qualsiasi suono con l’intensità alla soglia dell’udito. Si misura in decibel (dB). La soglia dell’udito umano ha un’intensità di circa .0000000000001 watt per metro quadrato e corrisponde a 0 decibel. La soglia del dolore per gli esseri umani è di 1 Watt per metro quadrato e corrisponde a 120 dB. Un sussurro è tra 20 e 30 dB, una conversazione rumorosa è di circa 50 dB, un aspirapolvere è di circa 70 dB, un tosaerba è di circa 90 dB e un clacson a 1 m è di circa 110 dB. Gli esseri umani sono particolarmente sensibili ai suoni che vanno in frequenza tra 2000 e 5000 Hertz. La scala dBA ha un filtro per cui il fonometro è meno sensibile ai suoni a bassa e alta frequenza, proprio come l’udito umano. È anche più adatto a misurare i danni all’udito e l’interferenza del discorso negli esseri umani.

Rumore

“Rumore” è qualsiasi suono indesiderato o estraneo (suono senza alcuna funzione). Il rumore influisce sull’ambiente naturale. Per esempio, i suoni extra causano il “mascheramento uditivo” che riduce la capacità di un animale di rilevare le comunicazioni e i predatori. Alcuni uccelli cantano con un tono più alto nelle zone più rumorose. Dato che le femmine di alcune specie preferiscono che i maschi cantino con un tono più basso perché denota la maturità, questo può portare a una riduzione delle popolazioni di uccelli. Altri uccelli possono semplicemente cantare più forte in zone rumorose. Le rane cinesi hanno persino spostato i loro richiami nella gamma degli ultrasuoni (al di sopra delle frequenze che l’uomo può sentire) per potersi localizzare l’un l’altra durante la stagione degli amori. I pipistrelli raccoglitori (quelli che strappano insetti dalle foglie) non cacciano in aree rumorose. Il rumore inoltre “stressa” la fauna selvatica rendendola meno resistente alle malattie. Il rumore influisce sicuramente sugli ambienti acquatici. Il suono viaggia molto più velocemente e più lontano sott’acqua, il che significa che una fonte di rumore può avere un raggio d’impatto molto maggiore di quello che avrebbe sulla terraferma. Gli studi hanno anche dimostrato che il rumore a bassa frequenza negli oceani, in gran parte legato all’aumento della navigazione commerciale, è aumentato di ben 10 dB dagli anni ’60.

I suoni possono anche influenzare negativamente le persone. È stato dimostrato che i suoni forti o prolungati causano danni all’udito, ipertensione, disturbi del sonno, fastidio e cardiopatia ischemica (malattia cardiaca legata alla riduzione del flusso di sangue al cuore). Altre complicazioni includono possibili cambiamenti del sistema immunitario e difetti di nascita. È stato dimostrato che il rumore della strada costringe le arterie ed eleva la pressione sanguigna. Può anche portare ad attacchi di cuore. Livelli di rumore di 50 dB durante la notte aumentano la produzione di cortisolo (un ormone dello stress) che provoca la costrizione delle arterie e l’aumento della pressione sanguigna.

Effetti delle condizioni atmosferiche

L’assorbimento del suono varia con le condizioni ambientali come l’umidità relativa, la pressione atmosferica, la temperatura e il vento. Una minore umidità assorbe più suono, soprattutto alle alte frequenze, a causa del “rilassamento molecolare” nei gas dell’aria (un livello di umidità del 10% assorbe di più). Un cambiamento sostanziale nella pressione atmosferica, equivalente a migliaia di metri di dislivello, ha una piccola influenza sul livello di rumore per la maggior parte delle fonti, ma influenza sostanzialmente i livelli ricevuti di quei suoni.

Più importante, il vento e la temperatura possono influenzare significativamente il modo in cui le onde sonore viaggiano. Il vento può far sì che i suoni siano più forti sottovento, poiché le molecole attraverso le quali si propagano le onde sonore vengono spostate sottovento, invece di diffondersi equamente in tutte e tre le dimensioni. I gradienti di temperatura verticali possono far sì che il suono si rifranga lontano dal suolo (quando l’aria calda vicino al suolo è sotto l’aria più fredda sopra) o verso il suolo (quando l’aria fredda vicino al suolo è intrappolata da uno strato di aria calda sopra, cioè un’inversione).

Obiettivo(i)

Gli studenti saranno in grado di:

1. Capire la relazione tra l’intensità del suono e il volume.
2. Misurare le letture del livello sonoro in dB e dBA e convertirlo in intensità e capire come questi livelli sono percepiti dagli esseri umani.
3. Ricercare come il suono influisce sull’ambiente naturale e sulle persone.
4. Distinguere tra suono e rumore.
5. Analizzare i dati sul suono per mostrare gli effetti che ha sull’ambiente e sui visitatori.
6. Fare raccomandazioni sui suoni in un luogo particolare usando i dati sui livelli sonori e le ricerche sugli effetti del suono.
7. Prevedere l’effetto di umidità, temperatura e vento sui suoni.

Materiali

1. Misuratori di livello sonoro che leggono in dB e dBA
2. Sito web del NPS Natural Sounds and Night Skies
3. Holt Physics, libro di testo di Serway e Faughn pubblicato nel 2002 da Holt, Rinehart, and Winston.
4. Utilizzo di internet per la ricerca.
5. Dati campione raccolti all’Herbert Hoover NHS nel 2012

Procedura

Parte 1:

Rassegna le onde sonore, in particolare:

• Il suono viaggia attraverso un materiale come onda meccanica. L’onda è un’onda longitudinale, o di compressione.
• Il suono si verifica quando l’energia fa avvicinare e allontanare le particelle d’aria. Più le particelle si avvicinano o si allontanano, maggiore è l’ampiezza del suono. L’ampiezza del suono provoca il volume e l’intensità del suono. Più grande è l’ampiezza, più forte e intenso è il suono. L’intensità del suono si misura in Watt per metro quadrato.
• Altre proprietà delle onde sonore includono la frequenza in Hertz (quante onde al secondo), e la lunghezza d’onda (letteralmente la lunghezza di un’onda, da compressione a compressione).
• Gli esseri umani possono sentire solo suoni tra 20 e 20.000 Hertz. Gli animali hanno gamme diverse e possono sentire suoni che noi non possiamo.
• La rumorosità è la percezione umana dell’intensità del suono. Viene spesso misurata in dB, che è una scala basata sulla soglia dell’udito umano (a cui viene data una misura da 0 dB in su). La scala dBA imita la gamma umana dell’udito filtrando quelle frequenze alte e basse che la gente non sente bene. Il rumore è un suono sgradevole o indesiderato, e l’inquinamento acustico è considerato come qualsiasi suono che disturba le attività.

Parte 2:

Gli studenti analizzano i dati del livello sonoro. Usano i dati forniti con questo piano dell’unità o altri dati sul suono (inclusi il luogo, il momento e le condizioni in cui sono stati registrati, e i suoni tipici come il canto degli uccelli). Gli studenti possono portare un fonometro in diverse aree intorno alla scuola per raccogliere dati. Gli studenti dovrebbero registrare il tempo e le condizioni in cui hanno campionato i dati. Trova esempi di registrazioni sonore e spettrogrammi sul sito web NPS Natural Sounds and Night Skies.

Parte 3:

Utilizzando libri, articoli e siti web affidabili, gli studenti fanno ricerche su come i suoni influenzano le persone e l’ambiente naturale. Possono esaminare gli effetti positivi e negativi di suoni di diversa intensità e durata. Gli studenti studiano anche i metodi con cui l’intensità del suono può essere ridotta.

Parte 4:

Gli studenti si recano nel luogo dove esamineranno gli effetti del suono, come un parco vicino. Gli studenti portano dei fonometri (preferibilmente in grado di misurare i dBA) per registrare le intensità dei suoni. Gli studenti ascolteranno e registreranno tutti i suoni sentiti per un periodo di 15 minuti. Gli studenti ascolteranno e registreranno per 10 minuti solo i suoni intrinseci (quelli tipici delle operazioni quotidiane del parco), che possono essere naturali e culturali (come il suono del martello di un fabbro al Herbert Hoover National Historic Site). Gli studenti ascoltano e registrano i suoni estrinseci (non tipici del luogo) come il traffico nelle vicinanze, per 10 minuti. Registrare le osservazioni sulle condizioni atmosferiche e sulle caratteristiche del luogo mentre si registrano i dati. Discutere quali suoni contribuiscono allo scopo del parco e quali sono di disturbo o non coerenti con il godimento del parco da parte dei visitatori. Gli studenti potrebbero anche voler determinare quali animali sono nativi del parco e stabilire come i vari suoni possano influenzarli.

Parte 5:

Utilizza i dati e le ricerche degli studenti per valutare come i livelli e le intensità dei suoni possano avere un impatto sul luogo che hanno visitato. Confronta i dati con quelli già raccolti da altri. Considera come i livelli sonori possono influenzare i residenti naturali del parco o i visitatori umani. Cerca di più sugli impatti sulle specie autoctone. Discutete gli impatti oralmente e scrivete uno schema o un documento sui probabili effetti dei diversi suoni sui residenti e sui visitatori, umani o animali. L’esperienza del parco potrebbe essere migliorata eliminando o riducendo certi suoni? Se sì, quali suoni e come?

Connessioni del parco

I suoni che sono naturali per un parco sono considerati risorse naturali. Il canto degli uccelli, il gorgogliare dell’Hoover Creek e i suoni di un fabbro al lavoro sono suoni tipici dell’Herbert Hoover National Historic Site. Questi suoni, sia naturali che culturali, erano i suoni che Herbert Hoover sentiva da ragazzo a West Branch, Iowa. Proteggerli e preservarli fa parte della missione del National Park Service. I visitatori del parco possono sentire questi suoni così come il rumore invadente del 21° secolo come il traffico sulla Interstate 80.

Gli studenti che studiano le proprietà delle onde sonore come l’intensità e il volume devono anche vedere gli effetti che i suoni hanno sul nostro ambiente e anche come possiamo ridurre gli effetti indesiderati. L’Herbert Hoover National Historic Site e altri parchi nazionali presentano l’opportunità perfetta per portare la conoscenza in classe degli studenti sulle proprietà del suono un passo avanti. Gli studenti possono misurare le proprietà del suono e poi vedere come influenzano l’ambiente e le persone. Gli studenti possono anche assumere un ruolo attivo nel preservare e proteggere i parchi nazionali raccomandando modi per ridurre il rumore estrinseco. Le loro raccomandazioni dovrebbero mostrare una comprensione delle proprietà del suono così come del carattere del parco.

Materiali

Tabella dei dati del livello sonoro presi al Herbert Hoover NHS nell’estate del 2012. In formato CSV, che può essere aperto da un programma di fogli di calcolo.

Scarica i dati del livello sonoro a Herbert Hoover, 2012