A hangnyomásszint (≈
hangintenzitásszint) mérése
a távolság függvényében
A mérés célja:
Kimutatni a pontszerű forrásból
származó zaj intenzitásának a távolság négyzetével fordítottan arányos
csökkenését.
Fontos: A mérést a szabadban végezzük, nyílt területen, és viszonylag szélcsendes időben,
mert a visszaverő falak, illetve a
szél eltorzítják a mérni kívánt adatokat.
Szükséges eszközök:
·
Mérőeszköz gyanánt megfelelnek az okostelefonra letölthető decibel-mérő
alkalmazások.
Sokféle applikáció létezik, mi az
alábbi két, android operációs rendszerűt használtuk:
https://play.google.com/store/apps/details?id=coocent.app.tools.soundmeter.noisedetector&hl=hu
https://play.google.com/store/apps/details?id=com.gamebasic.decibel&hl=hu
(Valószínűleg léteznek jobbak és
minden bizonnyal rosszabbak is.)
·
Valamilyen erős, egyenletes hangot kiadó zajforrás (például régi porszívó,
turmixgép, fúrógép)
A hálózati csatlakoztatáshoz valószínűleg igen hosszú hosszabbítókábel
kell.
·
Mérőszalag
A mérés leírása:
1. Mérjük meg, és jegyezzük fel a
zajforrás nélkül jelenlévő háttér-hangnyomásásszintet.
2. A forrástól fokozatosan
távolodva minél több távolságban mérjük meg a hangnyomásszintet.
A távolság-és decibel-adatokat
foglaljuk táblázatba.
Megjegyzések:
Távolabb, ahol már lassabban
csökken, haladhatunk nagyobb lépésekben, mint közel.
A méréseket csak addig
folytassuk, amíg a mért hangnyomásszint legalább 10 decibellel
meghaladja a
háttér-értéket. Így nem
követünk el nagy hibát, ha nem számolunk a háttérrel.
Az adatok rögzítése és
kiértékelése:
Az alábbi A, B, C, D változatok megkönnyítik a tanulók matematikai felkészültségéhez való igazodást.
Ha időt akarunk megtakarítani, használhatjuk akár a mellékelt táblázatokat is kinyomtatva, akár a szintén megadott Excel-táblázatot.
A megoldást az általunk vizsgált Rakéta porszívó adatai szemléltetik.
A változat:
Az 1/r2-es távolságfüggés azt jelenti, hogy a távolság kétszerezésekor
decibel
az intenzitásszint változása.
Ábrázoljuk
a mért
intenzitásszinteket a távolság függvényében
(akár kézzel milliméterpapíron, akár elektronikusan)
A pontokra
illesszünk sima görbét.
A sima görbén válasszunk 1:2 arányú távolságokhoz tartozó pontpárokat, és vizsgáljuk a hozzájuk tartozó szintek különbségét.
Ha kb. 6
decibel adódik, igazoltuk az 1/r2-es
távolságfüggést.
B változat:
Az 1/r2-es távolságfüggés azt jelenti, hogy a távolság kétszerezésekor
decibel
az intenzitásszint változása.
Használjuk ki az Excel adta lehetőségeket:
A szinteket
ábrázoljuk a távolság függvényében.
A vízszintes
tengelyen a skálát állítsuk logaritmikusra, legyen a logaritmus alapja 2.
A kapott
egyenes meredekségből könnyen meghatározható a távolságkétszerezéshez tartozó
szintcsökkenés. Ha kb. 6 decibel adódik, igazoltuk az 1/r2-es
távolságfüggést.
C változat
Az
I ~ 1/r2
arányosság ekvivalens az I −0,5
~ r arányossággal.
Az intenzitásszintekből számítsuk ki az I intenzitást, majd I-nek a −0,5-edik hatványát ábrázoljuk az r távolság függvényében.
(Szebb lesz,
mint I ábrázolva 1/r2
függvényében, mert így a kapott egyenesen egyenletesebben helyezkednek el a
pontok.)
Az intenzitás kiszámítása:
Mivel
az
L intenzitásszintből a W/m2 egységekben számított
I intenzitás
Ennek kell a
−0,5-edik hatványát kiszámítani.
Vagy: a fenti két lépést
egyben végrehajtva:
Ha
r függvényében egyenest kaptunk, fennáll az
I ~ 1/r2
arányosság.
D változat
Az
I ~ 1/r2
arányosság ekvivalens az I −0,5
~ r arányossággal.
Az intenzitásszintekből számítsuk ki az I intenzitást, majd Excelben ábrázoljuk r függvényében, és illesszünk rá hatványfüggvényt.
Ha
(közelítőleg) −2 a kitevő, fennáll az I
~ 1/r2 arányosság.
(Ha
hatványfüggvény-illesztés helyett mindkét tengelyen ugyanolyan alapú
logaritmikus skálát, állítunk be, még jobban látszik az összefüggés.)