Äänenpaine

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Äänenpaine (äänipaine[1]) on akustiikan suure, jolla mitataan äänen voimakkuutta. Äänenpaine on ääniaallon aiheuttama hetkellinen paineen vaihtelu staattisen paineen suhteen. Äänenpaineen yksikkö on pascal (tunnus Pa)[1]. Äänenpaine on tavallisesti hyvin pieni verrattuna väliaineen staattiseen paineeseen.

Äänen voimakkuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Äänen painetaso[2] (äänipainetaso[1]; tunnus LP[2]; SPL, engl. sound pressure level) on äänenpaineen tehollisarvon ja vertailupaineen (myöskin tehollisarvo) suhteen neliön kymmenkantainen logaritmi kahdellakymmenellä kerrottuna. Äänenpainetason yksikkö on äänenpainedesibeli (tunnus dB(SPL) tai dBSPL). Monessa yhteydessä äänenpainedesibelin sijasta käytetään harhaanjohtavasti desibeliä, joka yksinään käytettynä on ainoastaan dimensioton yksikkö ja kuvaa suhdetta. Desibelin perään tulee siten aina liittää yksikkölähde?.

Äänen painetaso desibeleinä on määritelty paineen p ja tehon vertailuarvon p_0 suhteen kymmenkantaisen logaritmin avulla seuraavasti:

L_P = 20\lg\left(\frac{p}{p_0}\right)[2][3].

Ilmaäänen vertailupaine on tavallisesti 20 μPa[2][3], joka vastaa likimain kuulokynnystä eli hiljaisinta kuultavissa olevaa ääntä 1000 hertsin taajuudella. Äänenpainetasossa 20 dB:n nousu tarkoittaa paineen kymmenkertaistumista. Siten esimerkiksi 60 dB:n nousu merkitsee paineen tuhatkertaistumista.

Pistemäisen lähteen synnyttämä äänenpaine on vapaassa eli heijastuksettomassa kentässä kääntäen verrannollinen mittauspisteen ja äänilähteen etäisyyteen. Etäisyyden kaksinkertaistuessa äänenpaine pienenee 6 dB. Äänenpaine on aina lähteen, ympäristön ja paikan ominaisuus. Jos äänilähteen aiheuttamaa äänen voimakkuutta kuvataan ilmoittamalla äänenpaine, tulisi siksi myös samalla ilmoittaa miten äänenpaine on mitattu. Jos äänenpaine on esimerkiksi mitattu yhden metrin etäisyydellä lähteestä, käytetään usein merkintää 98 dB/1 m. Monesti on helpompaa vertailla äänilähteen äänitehoa, joka riippuu vain äänilähteen ympäristöstä ja itse lähteestä.

Suurinta äänenpainetta ei pystytä tarkasti mittaamaan ilman kompression ja muuttujien takia. Suurimmat yleisesti tunnetut äänet on tuotettu ilmeisesti saksalaisilla pitkän kantaman tykeillä (Dora ja Schwerer Gustav) toisen maailmansodan aikana. Mitatut huiput olivat lähellä 200 dB:n lukemia. Äänenpaine voi tappaa kymmenien metrien etäisyydellä. Paineaalto on niin voimakas, että se kaataisi panssarivaunun.lähde?

Melu ja ihmisen kuulo[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Suuri äänenpaine saattaa vaurioittaa kuuloa. Yleinen turvallisuusraja on 85 dB, jolloin pitää käyttää kuulosuojaimia, mutta kuulovaurion kehittyminen riippuu äänenpaineesta ja altistuksen kestosta. Jo selvästi alle 85 desibelin äänenpaine saattaa altistuksen pitkittyessä alkaa tuntua epämiellyttävältä. Tykinlaukaus (180 dB) aiheuttaa välittömän kuulovaurion ja tärykalvon repeytymisen.

Ihmisen kuuloaisti on herkimmillään 1...2 kHz:n taajuudella. Alle 20 hertsin taajuuksia ei yleensä havaita äänenä vaan tuntoaistimuksena. Kuuloaistin herkkyys pienenee nopeasti taajuuden pienentyessä alle 50 hertsin. Samoin taajuuden kasvaessa yli 16...18 kilohertsin herkkyys pienenee nopeasti. Tästä syystä on kehitetty taajuuspainotussuotimia, jotka pyrkivät jäljittelemään kuuloaistin toimintaa ja kuvaamaan äänekkyysaistimusta. Taajuuspainotussuotimet on määritelty IEC 61672 -standardissa. Yleisimmin käytetään C-painotusta, joka kuvaa melutasoa ilman bassopuolen kuulokynnyksen korjausta, sekä A-painotusta, joka kuvaa ihmisen keskimääräisesti kuuleman taajuusvasteen. Muistisääntönä voidaan pitää, että äänenpaineen kasvaessa 10 dB äänekkyys kaksinkertaistuu.[4] Tarkkaan ottaen äänekkyysaistimus riippuu ainakin taajuudesta, äänenpaineesta ja äänen spektristä.

  • Terveen nuoren ihmisen kuulokynnyksenä 1000 Hz taajuudella pidetään yleisesti 20 µPa = 2·10−5 pascalin (Pa) äänenpaineen tasoa, joka vastaa 0 dB logaritmiasteikolla.
  • Häiritsevä taustamelu yöaikaan on noin 28–31 dB.
  • Normaali puhe 60–70 dB.
  • Huuto 90–105 dB.
  • Kipukynnys on noin 125 dB, mutta se on voimakkaasti taajuussidonnainen. Kipukynnys 20 Hz:ssä on jo yli 140 dB.
  • Lentokoneiden suihkumoottorit tuottavat "turvallisen matkan päästä"selvennä noin 130–140 dB:n melun.
  • Teoreettinen säröytymätön maksimiäänenpaine yhden ilmakehän paineessa voi olla korkeintaan 101325 Pa[5], joka on äänenpainetasona 191 dB[6].

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Matti Karjalainen: Hieman akustiikkaa (PDF) 2002. Aalto-yliopisto. Viitattu 2.12.2012. (suomeksi)

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c Matti Karjalainen, Hieman akustiikkaa, sivu 12
  2. a b c d Suomen Standardoimisliitto: SI-opas (myös painettuna, ISBN 952-5420-93-0) (PDF) (Sivu 23.) SFS-oppaat. 04.11.2002. Suomen Standardoimisliitto. Viitattu 5.12.2013.
  3. a b Matti Karjalainen, Hieman akustiikkaa, sivu 13
  4. Matti Karjalainen, Hieman akustiikkaa
  5. http://fi.wikipedia.org/wiki/Ilmanpaine#Ilmanpaine_merenpinnan_tasolla
  6. 20 x LOG (101325 / 20x10^-6) -3 dB

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]