Energija zvuka

Zvuk se širi u obliku prostornih longitudinalnih valova u zraku.

Energija zvuka ili energija zvučnog vala nastaje pri pri širenju vala u svim smjerovima od njegova izvora djelić mase m ima brzinu v = A ∙ω, analogno prema izrazu v = r ∙ω, gdje je r = A - amplituda vala, a energiju (u džulima = J):

[math]\displaystyle{ E = \frac{m \cdot v^2}{2} = \frac{m \cdot A^2 \cdot \omega^2}{2} }[/math]

To vrijedi za svaki djelić materije u kojoj se val širi. Obujam ili volumen od 1 m³ materije mase ρ ima prema tome energiju (u J/m²):

[math]\displaystyle{ e = \frac{\rho \cdot A^2 \cdot \omega^2}{2} }[/math]

gdje vrijedi: m = ρ∙V = ρ∙1 = ρ. Ako se val širi brzinom v, onda će kroz površinu S okomito na smjer širenja vala prijeći u 1 sekundi količina zvučne energije Φ (u W):

[math]\displaystyle{ \phi = e \cdot S \cdot v }[/math]

a kroz površinu od 1 m² u 1 sekundi prijeći će energija (u W/m²):

[math]\displaystyle{ j = e \cdot v = \frac{\rho \cdot A^2 \cdot \omega^2 \cdot v}{2} }[/math]

Ta se veličina zove gustoća zvučne energije.

Jakost zvuka

Podrobniji članak o temi: Jakost zvuka

Jakost zvuka (oznaka I) je fizikalna mjerna veličina koja opisuje energiju zvučnoga vala u vremenskom razdoblju (intervalu) kroz površinu okomitu na smjer širenja vala. Mjerna je jedinica vat po kvadratnom metru (W/m²).

Prag čujnosti je najmanja jakost zvuka koju ljudsko uho može čuti:

[math]\displaystyle{ I_0 = 1~\mathrm{pW/m^2} = 0,000\,000\,000\,001~\mathrm{W/m^2}. }[/math]

Razina jakosti zvuka (oznaka L) je mjerna veličina prilagođena osjetljivosti ljudskoga uha, deseterostruki logaritam omjera jakosti nekoga zvuka i praga čujnosti, odnosno:

[math]\displaystyle{ L = \frac{1}{2} \cdot \ln\!\left(\frac{I}{I_0}\right)\!~\mathrm{Np} = \log_{10}\!\left(\frac{I}{I_0}\right)\!~\mathrm{B} = 10 \cdot \log_{10}\!\left(\frac{I}{I_0}\right)\!~\mathrm{dB} }[/math]

gdje je:

• I - razina jakosti zvuka;
• I₀ - prag čujnosti;
• Np - neper;
• B - bel;
• dB - decibel.

Valovi zvuka proizvode tlak na tijelo na koje udaraju. Jakost zvuka je količina energije koju isijava izvor zvuka u 1 sekundi kroz površinu od 1 m² okomito na smjer njegovog širenja i mjeri se u W/m². Iz izraza za gustoću energije vidimo da je jakost zvuka to veća što je veća gustoća sredstva ρ u kojem se zvuk širi i što je veća amplituda A vala. Međutim, kod prostornih valova gustoća energije opada s kvadratom udaljenosti, pa je u tom razmjeru i jakost zvuka:

[math]\displaystyle{ j = \frac{j_0}{r^2}\ }[/math]

gdje je: j₀ - gustoća energije na duljini r = 1 metar od njegovog izvora.