Jarak dan hukum kuasa dua songsang

Berdiri di sebelah pembesar suara dan berjalan menjauh. Bunyi menjadi lebih perlahan, dan pada mulanya dengan cepat. Sebabnya ialah tenaga bunyi merebak.

Bayangkan sumber kecil di udara terbuka yang menghantar kuasa yang sama ke semua arah. Pada jarak r, tenaga tersebar pada sfera dengan luas 4πr². Gandakan jarak dan sfera itu mempunyai empat kali ganda luas, jadi setiap meter persegi menerima seperempat daripada keamatan. Inilah hukum kuasa dua songsang: I ∝ 1/r².

Dalam desibel, perubahan antara jarak r₁ dan r₂ ialah ΔL = −20 × log₁₀(r₂ / r₁). Dalam amalan:

• Menggandakan jarak mengurangkan aras sebanyak 6 dB.
• Jarak sepuluh kali ganda mengurangkannya sebanyak 20 dB.

Contoh: sumber yang menghasilkan 90 dB pada 1 m. Pada 2 m, bunyinya 84 dB; pada 4 m, 78 dB; dan pada 8 m, 72 dB (formula memberikan 71.9 dB, yang kita bundarkan).

Ia bukan peraturan yang sempurna. Hukum ini tepat hanya untuk sumber kecil dalam ruang bebas, tanpa apa-apa yang memantulkan bunyi. Dalam kehidupan sebenar:

• Di dalam bangunan, dinding memantulkan bunyi kembali. Berdekatan sumber, anda mendengar kebanyakannya bunyi langsung dan aras bunyi menurun sebanyak 6 dB bagi setiap penggandaan jarak. Lebih jauh, anda berada dalam medan bergema, dan aras bunyi menjadi hampir tetap. Jarak apabila kedua-duanya sama ialah jarak kritikal. Dalam bilik berisipadu 1,000 m³ dengan masa gema 1.6 s, sumber kecil semua arah mempunyai jarak kritikal kira-kira 1.4 m. Itulah sebabnya anda tidak dapat mendengar pembesar suara dengan jelas dari bahagian belakang bilik besar yang bergema.
• Arah penting. Orang yang bercakap menghantar lebih banyak bunyi ke hadapan. Frekuensi tinggi paling banyak dipengaruhi oleh arah. Frekuensi rendah, dengan panjang gelombang yang panjang, membengkok mengelilingi objek dan tersebar ke semua arah. Jadi, anda mendengar bunyi hentakan muzik jiran melalui dinding, tetapi bukan suara mereka.
• Halangan dan permukaan tanah memantulkan, menyerap dan menyekat bunyi. Udara sendiri menyerap frekuensi tinggi, dan kesannya bertambah sedikit apabila jarak meningkat. Angin dan lapisan suhu membengkokkan bunyi.

Kenyaringan yang dirasakan. Penurunan 6 dB ialah perubahan besar dalam pengukuran, tetapi hanya perubahan sederhana pada tahap kenyaringan yang didengar. Oleh sebab kira-kira −10 dB kedengaran separuh lebih kuat, anda perlu berada kira-kira tiga kali lebih jauh dari sumber supaya bunyinya kedengaran separuh lebih kuat. Itulah sebabnya jarak ialah perlindungan pendengaran yang paling murah.

Lebih daripada satu sumber. Dua pembesar suara yang tidak berkaitan antara satu sama lain (contohnya dua orang berlainan yang bercakap) menghasilkan +3 dB, bukan bunyi dua kali lebih kuat. Empat pembesar suara menghasilkan +6 dB. Jika kedua-dua pembesar suara memainkan isyarat yang sama, gelombang bergabung dengan cara yang berbeza, dan aras bunyi boleh banyak berubah dari satu tempat ke tempat lain. Anda akan mempelajarinya dalam Dunia 4.