Sound Intensity & Loudness

Prin intermediul acestei activități în mai multe părți, elevii învață despre proprietățile undelor sonore, în special intensitatea și intensitatea sunetului. Ei învață cum să măsoare intensitatea și intensitatea sonoră, diferența dintre sunet și zgomot și când un sunet este considerat poluare fonică. Folosind date cum ar fi citirile de intensitate și spectrogramele și tehnici simple cum ar fi ascultarea și identificarea sunetelor, elevii cercetează modul în care sunetele afectează oamenii și mediul înconjurător. Profesoara Lynette Cummings a dezvoltat activitățile ca parte a programului „Teacher to Ranger to Teacher”.

Intensitate & Intensitate sonoră

Intensitatea unui sunet este puterea sunetului în wați împărțită la suprafața pe care o acoperă sunetul în metri pătrați. Intensitatea sonoră a unui sunet raportează intensitatea unui sunet dat la intensitatea la pragul auditiv. Se măsoară în decibeli (dB). Pragul auditiv uman are o intensitate de aproximativ 0,0000000000001 wați pe metru pătrat și corespunde la 0 decibeli. Pragul durerii pentru oameni este de 1 watt pe metru pătrat și corespunde la 120 dB. O șoaptă este între 20 și 30 dB, o conversație zgomotoasă este de aproximativ 50 dB, un aspirator este de aproximativ 70 dB, o mașină de tuns iarba este de aproximativ 90 dB și un claxon de mașină la 1 m este de aproximativ 110 dB. Oamenii sunt deosebit de sensibili la sunetele cu frecvențe cuprinse între 2000 și 5000 Hertz. Scala dBA are un filtru, astfel încât sonometrul este mai puțin sensibil la sunetele de frecvență joasă și înaltă, la fel ca și auzul uman. De asemenea, este mai bine adaptată pentru a măsura deteriorarea auzului și interferența vorbirii la oameni.

Zgomotul

„Zgomotul” este orice sunet nedorit sau sunete străine (sunet fără nicio funcție). Zgomotul afectează mediul natural. De exemplu, sunetele suplimentare cauzează „mascarea auditivă” care reduce capacitatea unui animal de a detecta comunicațiile și prădătorii. Unele păsări cântă la un ton mai ridicat în zonele mai zgomotoase. Deoarece păsările femele din anumite specii preferă ca masculii să cânte la un ton mai scăzut, deoarece acesta denotă maturitate, acest lucru poate duce la reducerea populațiilor de păsări. Alte păsări pot pur și simplu să cânte mai tare în zonele zgomotoase. Broaștele chinezești și-au mutat chiar și strigătele în gama ultrasunetelor (deasupra frecvențelor pe care le pot auzi oamenii) pentru a se putea localiza între ele în timpul sezonului de împerechere. Liliecii culegători (cei care culeg insecte din frunze) nu vor vâna în zonele zgomotoase. De asemenea, zgomotul „stresează” animalele sălbatice, făcându-le mai puțin rezistente la boli. Zgomotul afectează cu siguranță mediile acvatice. Sunetul călătorește mult mai repede și mai departe sub apă, ceea ce înseamnă că o sursă de zgomot poate avea o rază de impact mult mai mare decât pe uscat. Studiile au arătat, de asemenea, că zgomotul de joasă frecvență din oceane, în mare parte legat de creșterea transportului maritim comercial, a crescut cu până la 10 dB din anii 1960.

Sunetele pot, de asemenea, să afecteze negativ oamenii. S-a demonstrat că sunetele puternice sau prelungite cauzează tulburări de auz, hipertensiune, tulburări de somn, enervare și cardiopatie ischemică (boală cardiacă legată de reducerea fluxului sanguin către inimă). Alte complicații includ posibile modificări ale sistemului imunitar și malformații congenitale. S-a demonstrat că zgomotul rutier constrânge arterele și crește tensiunea arterială. Acesta poate duce chiar la atacuri de cord. Nivelurile de zgomot de 50 dB pe timp de noapte cresc producția de cortizol (un hormon al stresului), care determină constricția arterelor și crește tensiunea arterială.

Efectele condițiilor atmosferice

Absorbția atmosferică a sunetului variază în funcție de condițiile de mediu, cum ar fi umiditatea relativă, presiunea atmosferică, temperatura și vântul. O umiditate mai scăzută absoarbe mai mult sunet, în special la frecvențe mai înalte, din cauza „relaxării moleculare” a gazelor din aer (un nivel de umiditate de 10% absoarbe cel mai mult). O schimbare substanțială a presiunii atmosferice, echivalentă cu mii de metri de creștere a înălțimii, are o influență mică asupra nivelului de zgomot pentru majoritatea surselor, dar afectează substanțial nivelurile recepționate ale acelor sunete.

Mai important, vântul și temperatura pot afecta semnificativ modul în care se deplasează undele sonore. Vântul poate face ca sunetele să fie mai puternice în direcția vântului, deoarece moleculele prin care se propagă undele sonore sunt deplasate în direcția vântului, în loc să se răspândească în mod egal în toate cele trei dimensiuni. Gradientele verticale de temperatură pot face ca sunetul să se refracteze fie departe de sol (atunci când aerul cald din apropierea solului se află sub aerul mai rece de deasupra), fie spre sol (atunci când aerul rece din apropierea solului este prins de un strat de aer cald de deasupra, adică o inversiune).

Obiectiv(e)

Elevii vor fi capabili să:

1. Înțeleagă relația dintre intensitatea și intensitatea sunetului.
2. Măsura citirile nivelului de sunet în dB și dBA și să le convertească în intensitate, precum și să înțeleagă modul în care aceste niveluri sunt percepute de oameni.
3. Cercetați modul în care sunetul afectează mediul natural, precum și oamenii.
4. Distingeți între sunet și zgomot.
5. Analizați datele privind sunetul pentru a arăta efectele pe care le are asupra mediului și asupra vizitatorilor umani.
6. Faceți recomandări privind sunetele într-un anumit loc, folosind datele privind nivelul de sunet și cercetările privind efectele sunetului.
7. Prediceți efectul umidității, al temperaturii și al vântului asupra sunetelor.

Materiale

1. Metre de nivel sonor care se citesc în dB și dBA
2. Site-ul web al SNP Natural Sounds and Night Skies
3. Holt Physics, manual de Serway și Faughn publicat în 2002 de Holt, Rinehart, and Winston.
4. Utilizarea internetului pentru cercetare.
5. Date de eșantionare colectate la Herbert Hoover NHS în 2012

Procedură

Partea 1:

Revizuiți undele sonore, în special:

• Sunetul se deplasează printr-un material ca o undă mecanică. Unda este o undă longitudinală, sau de compresie.
• Sunetul apare atunci când energia determină particulele de aer să se apropie și să se depărteze. Cu cât particulele se apropie sau se depărtează mai mult, cu atât amplitudinea sunetului este mai mare. Amplitudinea sunetului determină sonoritatea și intensitatea unui sunet. Cu cât amplitudinea este mai mare, cu atât sunetul este mai puternic și mai intens. Intensitatea sunetului se măsoară în wați pe metru pătrat.
• Alte proprietăți ale undelor sonore includ frecvența în Hertz (câte unde pe secundă) și lungimea de undă (literalmente lungimea unei unde, de la compresie la compresie).
• Oamenii pot auzi doar sunete între 20 și 20.000 Hertz. Animalele au game diferite și pot auzi sunete pe care noi nu le putem auzi.
• Loudness este percepția umană a intensității sunetului. Ea este frecvent măsurată în dB, care este o scală bazată pe pragul uman de audiție (căruia i se dă o măsură de la 0 dB în sus). Scala dBA imită gama umană de auz prin filtrarea acelor frecvențe înalte și joase pe care oamenii nu le aud la fel de bine. Zgomotul reprezintă sunete neplăcute sau nedorite, iar poluarea fonică este considerată a fi orice sunet care perturbă activitățile.

Partea 2:

Studenții analizează datele privind nivelul de zgomot. Utilizați datele furnizate cu acest plan de unitate sau alte date despre sunet (inclusiv locul, momentul și condițiile în care au fost înregistrate și sunetele tipice, cum ar fi cântecul păsărilor). Elevii pot duce un sonometru în diferite zone din jurul școlii pentru a colecta date. Elevii trebuie să înregistreze timpul și condițiile în care au prelevat datele. Găsiți exemple de înregistrări de sunete și spectrograme pe site-ul NPS Natural Sounds and Night Skies.

Partea 3:

Utilizând cărți, articole și site-uri web de încredere, elevii cercetează modul în care sunetele afectează oamenii și mediul natural. Ei pot examina atât efectele pozitive, cât și cele negative ale sunetelor de intensitate, intensitate și durată diferite. Elevii investighează, de asemenea, metode prin care intensitatea sunetului poate fi redusă.

Partea 4:

Elevii merg la locul unde vor examina efectele sunetului, cum ar fi un parc din apropiere. Elevii aduc sonometre (de preferință capabile să măsoare dBA) pentru a înregistra intensitățile sonore. Elevii vor asculta și vor înregistra toate sunetele auzite pe o perioadă de 15 minute. Elevii vor asculta și înregistra doar sunetele intrinseci timp de 10 minute (acele sunete tipice operațiunilor zilnice ale parcului), care pot fi naturale și culturale (cum ar fi sunetul ciocanului unui fierar la Herbert Hoover National Historic Site). Elevii ascultă și înregistrează timp de 10 minute sunete extrinseci (care nu sunt tipice locului), cum ar fi traficul din apropiere. Înregistrați observații despre condițiile meteorologice și caracteristicile locului în timp ce înregistrați datele. Discutați care sunete contribuie la scopul parcului și care sunt deranjante sau nu sunt în concordanță cu plăcerea vizitatorilor de a se bucura de parc. Elevii pot dori, de asemenea, să determine ce animale sunt native din parc și să stabilească modul în care diferitele sunete le pot afecta.

Partea 5:

Utilizați datele și cercetările elevilor pentru a evalua modul în care nivelurile și intensitățile sonore pot avea un impact asupra locului pe care l-au vizitat. Comparați datele cu cele deja colectate de alții. Luați în considerare modul în care nivelurile sonore pot afecta locuitorii naturali ai parcului sau vizitatorii umani. Cercetați mai multe despre impactul asupra speciilor indigene. Discutați oral impactul și redactați un rezumat sau o lucrare despre efectele probabile ale diferitelor sunete asupra locuitorilor și vizitatorilor, oameni sau animale. Ar putea fi îmbunătățită experiența din parc prin eliminarea sau reducerea anumitor sunete? Dacă da, care sunete și cum?

Conexiuni cu parcul

Sunetele care sunt naturale pentru un parc sunt considerate resurse naturale. Cântecul păsărilor, bubuitul pârâului Hoover și sunetele unui fierar la lucru sunt sunete tipice pentru situl istoric național Herbert Hoover. Aceste sunete, atât naturale, cât și culturale, au fost sunete pe care Herbert Hoover le-a auzit când era copil în West Branch, Iowa. Protejarea și conservarea lor face parte din misiunea Serviciului Parcurilor Naționale. Vizitatorii parcului pot auzi aceste sunete, precum și zgomotele invadatoare ale secolului XXI, cum ar fi traficul de pe Interstate 80.

Studenții care studiază proprietățile undelor sonore, cum ar fi intensitatea și intensitatea sonoră, trebuie să vadă, de asemenea, efectele pe care sunetele le au asupra mediului înconjurător și chiar modul în care putem reduce orice efect nedorit. Herbert Hoover National Historic Site și alte parcuri naționale prezintă ocazia perfectă pentru a duce mai departe cunoștințele elevilor din clasă despre proprietățile sunetului. Elevii pot măsura proprietățile sunetului și apoi pot vedea cum acestea afectează mediul și oamenii. Elevii pot chiar să joace un rol activ în conservarea și protejarea parcurilor naționale, recomandând modalități de reducere a zgomotului extrinsec. Recomandările lor ar trebui să demonstreze o înțelegere a proprietăților sonore, precum și a caracterului parcului.

Materiale

Tabel cu datele privind nivelul de sunet luate la Herbert Hoover NHS în vara anului 2012. În format CSV, care poate fi deschis de un program de foaie de calcul.

Download Sound Level Data at Herbert Hoover, 2012