Найгучніший звук на планеті Землі або як виміряти шум без шумоміра

Керуючись своїми суб'єктивними відчуттями, які залежать від стану нашого слухового апарату, віку, відстані до об'єкта, наявності перешкод і ще безлічі чинників, ми оперуємо при аналізі рівня шуму, мізерним набором понять : “шумно”, “голосно”, “тихо”.

Для експертів по шумоізоляції, співробітників служб охорони праці, будівельників, монтажників металопластикових вікон – всіх хто потребує неупередженої оцінки рівня шуму, який представляє собою набір звуків різних амплітуд і частот, потрібно скористатися переносним шумоміром, що показує на дисплеї в режимі онлайн (з максимальною межею 130 Дб - запам'ятаємо, це важливо), за частки секунди перетворюючи децибели в цифру.

порівняння портативних цифрових і стаціонарних шумомірів

Але ще можна зустріти в продажу старі, стрілочні прилади для вимірювання шуму, виробництва СРСР, які зі своїм завданням як і раніше справляються, хоча були виготовлені десятиліття назад.
Але це все наша найближча історія і вже в середині століття, вимірювальні прилади, нехай і аналогові, були здатні проводити вимірювання практично всіх відомих на той час величин. Так, електронна начинка на великих транзисторах, а не на компактних мікросхемах, але все ж виміри можна було здійснювати з прийнятною точністю.

Але як зробити вимір шуму, наприклад в кінці XIX століття, коли не те що цифрових шумомірів не було, але і стрілочні були в зародку ?

Звук, чутний в усьому світі

Приблизно о 10 годині ранку, 26 серпня 1883 року, з глибин землі, на острові Кракатау, вирвався найпотужніший звук, з яких, коли-небудь лунали в світі. Вибух вулкана в Індонезії супроводжувався вогнем, задушливим чорним димом, буквально знищуючи острів, розташований між Суматрою і Явою.

Вцього лише 3 факти:

  1. Капітан британського корабля Norham Castle, що знаходиться всього в 40 морських милях (65 кілометрів) від місця вибуху, порахував на повному серйозі, що настав Судний день і як зразковий сім'янин, подумав про дружину. Коли ж були проаналізовані наслідки катастрофи, то капітан констатував в судновому журналі: «Потужність вибуху була настільки сильна, що барабанні перетинки більше половини корабельної команди були зруйновані".
  2. А якщо віддалитися значно далі? Люди, які проживають на дистанції 1300 миль (2100 км) від Кракатау, між Індією і нинішньої М'янмою (це Андаманські і Нікобарські острови), свідчили, що чули «незвично гучні звуки, схожі на постріли». А мешканці Нової Гвінеї і Західної Австралії, які перебувають на відстані, перевищує 2000 миль (3220 км), запам'ятали «серію гуркотів пострілів артилерійських знарядь в північно-західній стороні».
  3. Ще далі – 3000 миль. Жителі острова Родрігес, який розташовується в Індійському океані, також запам'ятали, що чули звуки, «що відбуваються зі сходу, що нагадують віддалений рев важких знарядь, як ніби з поля бою».

остров'яни спостерігають за вибухом вулкана

Ці дані ми привели, щоб підкреслити, що катастрофа не була не те що пересічною, а за рівнем гучності перевершувала всі попередні подібні явища природні або штучні, а також наступні.

Шумомір на основі барометра в 19 столітті

Природа поширення звуку, на відміну наприклад від інфрачервоного випромінювання, яке уловлюють пірометри, ультрафіолету, радіації або видимого світла, така, що вимагає для поширення середовища. У нашому повсякденному житті це повітря, хоча звукові хвилі можуть переміщатися як у воді, де їх ловлять сонари кораблів, що полюють за підводними човнами, так і в грунті. В останньому випадку цей виявлений факт дозволив розробити вібраційні відлякувачі кротів, в результаті чого підземні гризуни, роздратовані поштовхами, залишають звичне їм місце проживання.
Оскільки пружні коливання атмосферного тиску, пропорційні рівню звуку, то можна вивести таблицю залежностей, де перераховується одна величина в іншу. Ми зараз не буде заглиблюватися в тонкощі математичного аналізу (лінійна, нелінійна функції). Найголовніше, що така залежність існує і дозволила виготовити імпровізовані шумовимірювачі тих, далеких часів. Це так званий непрямий метод вимірювання, прикладів застосування якого безліч. Наприклад голчасті вологоміри деревини переводять електричний опір тестованого зразка в значення вологості дерева.
На час вибуху в ходу вже були ртутні барометри, що складаються з вертикальної трубки з запаяним верхом, яка нижньою частиною занурювалася в ємність, наповнену цим рідким металом. Цікаво, що скляні градусники для вимірювання температури тіла на основі ртуті були винайдені ще за півтора століття до вибуху Кракатау.

непрямий метод вимірювання шуму шляхом перетворення з величини тиску (без шумоміра)

При виробництві барометрів, їх налаштовували таким чином, що тиск повітряного стовпа урівноважувало тиск ртуті. Якщо повітряний тиск ставав сильніше, ртуть піднімалася вгору і навпаки.
У момент вибуху, на заводі, який знаходився на відстані 100 миль (або 160 км), встановлений апарат зафіксував збільшення атмосферного тиску на 2,5 дм (або 6,35 см) ртутного стовпчика. Це дуже багато. Уявімо собі, наскільки піднялася вгору ртуть.

В результаті перерахунку була виявлено, що рівень звуку від вулкану, що вибухнув, досягав 172 Дб !

Але це вже на значній відстані. А ось скрупульозні вчені підрахували, що рівень звукової потужності в епіцентрі вибуху, міг досягати 304 децибел.

Навіть реактивний двигун "дотягує" тільки до 150 Дб, а відбійний молоток всього лише до жалюгідних 100-110 децибел. Цікаво, що деякі рок-групи звучать набагато крутіше: Manowar стверджує, що до 120 Дб, а Kiss одного разу і зовсім поставив рекорд в 136 Дб. Фанати були зовсім не в захваті. Свої вуха дорожче. Всьому є межа і вони попросили гучність ударної музики.

Навколо світу за 34 години

Якщо взяти середню відстань екватора 40 тис. км і швидкість звуку в повітрі, то виходить, що звук подолає цю відстань за час близько 33 години (40000000 м:340 м/с:3600 с=33 ч). На підсумковий результат впливає температура повітря, області підвищеного та зниженого тиску на різних континентах, вітри і т.д. Тому з урахуванням невеликої затримки, звукова хвиля обігнула землю за 34 години.

Зазначені нами ртутні шумоміри – барометри виміряли рівень шуму:

  • у Калькутті (Індія) – через 6 год. 47 хв;
  • у Мельбурні (Австралія) – через 8 год;
  • у Санкт-Петербурзі (Росія) – через 12 год.

Пізніше вибух був зафіксований в Європі (Берлін, Париж, Рим, Відень, Мюнхен), а через 18 годин звуковий фронт досяг Нью-Йорка, Вашингтона (США) і Торонто (Канада).

І це ще не все. Вибуховий шум ще кілька разів обійшов Землю, змушуючи вимірювачі рівня шуму "здригатися" кожні 34 години. Неймовірно, але надпотужний шумовий сигнал, створений вулканом, продовжував свою ходу по всій земній кулі, викликаючи скачки тиску повітря, що повторюються з вказаною періодичністю.

З чим порівняти ?

Зіставивши факти, що відомі на сьогоднішній день, вчені підрахували, що вибух відповідав 200 мегатоннам в тротиловому еквіваленті. Це більш ніж в 12000 разів могутніше, ніж ядерна бомба, скинута на Хіросіму і в 4 рази більше так званої Цар-бомби - термоядерного заряду, підірваного на полігоні Нова земля у далекому 1961 році за наказом партійного лідера СРСР М. Хрущова, щоб показати американцям “кузькіну мать”. В останньому випадку штучний вибух так і залишився з самих потужних з пристроїв, створених руками людини.

Сумна статистика

Кракатау вбив понад 36000 чоловік. Цифри орієнтовні і швидше за все загиблих було більше. В процесі виверження в повітря було викинуто 25 км3 підземної породи, а стовп диму піднявся в небеса на 27 км. Цунамі з хвилями, що досягали 150 м, змило більше 160 міст і сіл.
В результаті катастрофи на місці вибуху, з'явився новий острів Анак Кракатау (дитя Кракатау).

Такі наслідки вибуху, який “було чути в усьому світі”…