Sound Intensity & Loudness

この複数パートの活動を通して、生徒は音波の性質、特に音の強さと大きさについて学びます。 音の強さと大きさの測定方法、音と騒音の違い、そして音が騒音公害とみなされる場合について学びます。 音の強さや大きさの測定方法、音と騒音の違い、どのような場合に騒音とみなされるのか、などを学び、音の強さやスペクトログラムなどのデータ、音を聞いて識別する簡単な方法を使って、音が人々や環境に与える影響について調べます。

強度&ラウドネス

音の強度は、音のパワー（ワット）を音が占める面積（平方メートル）で割ったものです。 音の大きさは、任意の音の強さを聴覚の閾値における強さに関連付ける。 単位はデシベル（dB）である。 人間の聴覚の閾値は1平方メートルあたり約0.0000000000001ワットの強さで、0デシベルに相当する。 人間の痛みの閾値は1メートル四方あたり1ワットで、120dBに相当する。 ささやき声は20～30dB、騒々しい会話は約50dB、掃除機は約70dB、芝刈り機は約90dB、1m離れた車のクラクションは約110dBである。 人間は、特に2000〜5000ヘルツの周波数帯の音に敏感です。 dBAスケールにはフィルターがあり、人間の聴覚と同じように、サウンドレベルメーターは低周波や高周波の音に対して感度が低くなっている。 また、人間の聴覚障害や音声障害の測定にもより適しています。

ノイズ

「ノイズ」とは、不要な音や余計な音（何の機能もない音）のこと。 ノイズは自然環境に影響を与える。 例えば、余分な音は「聴覚マスキング」を引き起こし、動物がコミュニケーションや捕食者を感知する能力を低下させます。 また、騒音が大きい場所では、高い声で鳴く鳥もいます。 ある種の鳥の雌は、成熟したことを示す低い声で歌う雄を好むため、鳥の個体数の減少につながる可能性があります。 また、騒がしい場所では、より大きな声で鳴く鳥もいる。 中国のカエルは、繁殖期に互いの位置を確認するために、鳴き声を超音波領域（人間が聞き取れる周波数より上）にまでシフトしている。 また、葉から昆虫を採取するコウモリは、騒がしい場所では狩りをしない。 また、騒音は野生動物にストレスを与え、病気に対する抵抗力を弱める。 また、水中環境にも大きな影響を与えます。 水中では音はより速く、より遠くまで伝わり、騒音源は陸上よりもはるかに大きな影響半径を持つことになります。 また、海洋における低周波騒音は、商業船舶の増加に大きく関係しており、1960年代以降、10dBも増加していることが研究により明らかになっています。

音は人間にも悪影響を及ぼします。 大きな音や長時間の音は、聴覚障害、高血圧、睡眠障害、迷惑行為、虚血性心疾患（心臓への血流低下に関連する心臓病）などを引き起こすことが分かっています。 その他の合併症として、免疫系の変化や出生異常の可能性もあります。 道路騒音は、動脈を収縮させ、血圧を上昇させることが分かっています。 心臓発作を引き起こす可能性さえあります。 夜間の騒音レベルが50dBになると、コルチゾール（ストレスホルモン）の分泌が増加し、動脈を収縮させ、血圧を上昇させる。

大気条件の影響

音の吸収は、相対湿度、大気圧、温度、風などの環境条件によって変化します。 湿度が低いと、空気中の気体の「分子緩和」によって、特に高い周波数の音をより多く吸収します（湿度10％レベルが最も多く吸収します）。 大気圧の大幅な変化は、数千フィートの標高差に相当し、ほとんどの音源の騒音レベルにはほとんど影響を与えませんが、それらの音の受信レベルには実質的に影響を与えます

さらに重要なことに、風と温度は音波の伝播に大きな影響を与えます。 風は、音波が伝播する分子が三次元に均等に広がるのではなく、風下に移動するため、風下で音が大きくなることがあります。 垂直方向の温度勾配は、音を地面から遠ざけるか（地面近くの暖かい空気が上の冷たい空気の下にある場合）、地面に向かって屈折させる（地面近くの冷たい空気が上の暖かい空気の層によって閉じ込められた場合、つまり逆転現象）ことがあります。

到達目標

以下のことができるようになります：

1. 音の強さとラウドネスの関係を理解する。
2. サウンドレベルの測定値をdBとdBAで測定し、それをインテンシティに変換し、これらのレベルがどのように人間に知覚されるかを理解することができるようになります。
3. 音が自然環境や人間に与える影響を調査する。
4. 音と騒音を区別する。
5. 音のデータを分析し、環境や訪問者に与える影響を示す。
6. サウンドレベルのデータと音の影響に関する調査を使用し、特定の場所の音について推奨事項を作成することができる。
7. 湿度、温度、風が音に与える影響を予測することができる。

教材

1. dBとdBAで表示するサウンドレベルメーター
2. NPS Natural Sounds and Night Skies website
3. Holt Physics, textbook by Serway and Faughn published in 2002 by Holt, Rinehart, and Winston.
4. Use of internet for research.
5. Sample data collected at Herbert Hoover NHS in 2012

Procedure

Part 1:

Review sound waves, particularly:

• 音が機械波として物質中を伝搬している。 その波は縦波、または圧縮波です。
• 音は、エネルギーが空気粒子を近づけたり遠ざけたりするときに発生します。 粒子が近づいたり離れたりすればするほど、音の振幅は大きくなる。 音の振幅は、音の大きさと強さの原因となります。 振幅が大きいほど、音はより大きく、より激しくなります。 音の強さは、平方メートルあたりのワット数で測定されます。
• その他の音の波の特性には、ヘルツ単位の周波数（1秒間にいくつの波があるか）、および波長（文字通り、圧縮から圧縮までの1つの波の長さ）が含まれます。 動物には異なる範囲があり、私たちが聞くことのできない音を聞くことがあります。
• ラウドネスとは、音の強さに対する人間の知覚です。 これは、人間の聴覚の閾値（0 dB以上の測定値が与えられる）に基づいたスケールであるdBで頻繁に測定されます。 dBAスケールは、人が聞き取りにくい高音域と低音域をフィルタリングすることで、人間の聴覚範囲を模倣しています。 騒音とは不快な音や不要な音のことで、騒音公害は活動を妨げるあらゆる音と考えられています。

Part 2:

生徒はサウンドレベルデータを分析します。 このユニットプランで提供されたデータ、または他の音のデータ（いつ、どこで、どのような条件で録音されたか、鳥のさえずりのような典型的な音など）を使用します。 生徒は、サウンドメーターを持って学校周辺の様々な場所に行き、データを収集することができる。 生徒は、データをサンプリングした時間や条件を記録しておく。 5211>

Part 3:

信頼できる本や記事、ウェブサイトを使って、音が人々や自然環境にどのような影響を与えるかを研究します。 音の大きさ、強さ、持続時間の違いによるポジティブな影響とネガティブな影響の両方を調べることができます。

パート4：

生徒は、近くの公園など音の影響を調査する場所に行きます。 生徒は音の強さを記録するためにサウンドレベルメーター（dBAを測定できるものが望ましい）を持参します。 生徒は、15分間に聞こえたすべての音を聞き、記録します。 生徒は、自然や文化的な音（ハーバート・フーバー国立史跡の鍛冶屋のハンマーの音など）を10分間聞き、固有音のみを記録します。 生徒は、近くの交通量など外来音（その場所特有の音ではない）を10分間聞き、記録します。 録音しながら、気象条件やその場所の特徴についての観察結果を記録します。 どの音が公園の目的に貢献し、どの音が邪魔になるか、または来園者が公園を楽しむのにそぐわないかについて話し合います。 5211>

Part 5:

生徒のデータと調査を使用して、音のレベルや強度が訪問した場所にどのような影響を与えているかを評価します。 他の人が既に収集したデータと比較する。 音のレベルが公園の自然の住人や人間の訪問者にどのような影響を与えるかを検討します。 在来種への影響について詳しく調べます。 その影響について口頭で話し合い、さまざまな音が住人や訪問者（人間や動物）に与えるであろう影響について、概要や論文を書きます。 ある音をなくしたり、小さくしたりすることで、公園の体験をより良いものにすることができますか？

公園とのつながり

公園にとって自然な音は、天然資源とみなされます。 鳥のさえずり、フーバー・クリークの泡立ち、鍛冶屋の作業音などは、ハーバート・フーバー国立歴史地区を代表する音です。 これらの音は、自然と文化の両方から、ハーバート・フーヴァーが少年時代にアイオワ州ウエストブランチで聞いた音です。 これらの音を保護し保全することは、国立公園局の使命の1つです。 公園を訪れる人々は、これらの音だけでなく、州間高速道路80号線の交通量のような21世紀の騒音も耳にするかもしれません。

強さや大きさなどの音波の特性を研究する学生たちは、音が環境に与える影響や、不要な影響を減らす方法についても見ておかなければなりません。 ハーバート・フーバー国立歴史地区やその他の国立公園は、生徒たちが教室で学んだ音の性質をさらに一歩進めるための絶好の機会を提供してくれます。 生徒たちは音の特性を測定し、それが環境や人々にどのような影響を与えるかを見ることができます。 生徒たちは、外来ノイズを低減する方法を提案することで、国立公園の保全と保護に積極的な役割を果たすこともできます。 5211>

Materials

2012年夏にハーバート フーバーNHSで測定したサウンド レベル データの表です。 表計算ソフトで開けるCSV形式。

Download Sound Level Data at Herbert Hoover, 2012