Sisältö on estetty

Nähdäksesi tämän sisällön, sinun täytyy hyväksyä evästeet (cookies).

Yleistä äänestä

Ääni aaltoliikkeenä

Ilmaääntä voidaan ajatella paineen vaihteluna ilmassa. Sillä on aallonpituus, taajuus ja voimakkuus. Ääni etenee lähteestä kohteeseen väliainetta pitkin. Kun energia törmää väliaineen molekyyleihin, molekyylit alkavat värähdellä edestakaisin. Tämä muodostaa äänienergiaa välittävän aallon. Äänen nopeus riippuu väliaineesta. Kiinteä aine välittää ääntä erinomaisesti, neste melko huonosti ja kaasut kaikkein huonoimmin. Esimerkiksi ilmassa ääni etenee lähes 340 metriä sekunnissa, mutta teräksessä se voi edetä noin 5200 metriä sekunnissa.
Koska ääniaalto muodostuu väliaineen läpi kulkevista toistuvista suuren ja pienen paineen alueista, sitä kutsutaan toisinaan paineaalloksi. Ääniaaltoja kuvataan usein oheisen kaltaisilla kuvaajilla. Niissä x-akseli kuvaa aikaa ja y-akseli painetta tai sen väliaineen tiheyttä, jonka läpi ääni kulkee.

fysikaalinen arvo

symboli

yksikkö

kaava

taajuus

 f=1/T

Hz=1/s 

 f=c/λ

aallonpituus

 λ

λ=c/f

aikajakso tai jakson-pituus  

T=1/f 

 T=λ/c

aallon-nopeus

 c

m/s

 c=λxf


Ihmiskorva on erittäin herkkä ja pystyy erottamaan hyvin heikkoja ääniä. Ihmisen kuuloalue ulottuu 0 desibelistä (kuulokynnys) 120 desibeliin (kipukynnys) taajuusalueella 20–20000 Hz. Kuuloalueen alapuolelle jääviä ääniä kutsutaan infraääniksi ja taajuudeltaan yli 20000 hertsin äänet ovat ultraääniä.

Selkeän puheäänen taajuusalue on 300–3000 Hz. Melu ei yleensä ole taajuudeltaan puhdasta ääntä vaan koostuu laajan taajuusalueen kattavasta äänienergiasta. Keskitaajuudet on standardoitu kansainvälisesti. Oheisessa taulukossa esitetään muutamia standarditaajuusalueita.

Sound chart

 

Ihmisen korva reagoi äänenpaineeseen. Äänenpaineen yksikkö on Pa (N/m2). Yleensä ihmiskorva pystyy erottamaan noin 0,00002 Pa:n äänenpaineen, ja kipuraja on noin 200 Pa. Painealueen laajuuden takia lineaariasteikon käyttö olisi hankalaa. Siksi äänenpainetta kuvataan yleensä logaritmiasteikolla (yksikkönä dB). Termit dB ja beli (= 10 dB) ovat matemaattisia termejä, eikä niitä käytetä pelkästään akustiikassa.
Beli on kahden suureen välisen suhteen logaritmi.

Eri ihmiset kokevat äänen eri tavoin. Yksi tuskin huomaa ääntä, joka toisen mielestä on hyvinkin ärsyttävä. Ihminen voi myös reagoida samaan ääneen eri tavoin mielialan mukaan. Yleensä korva kuulee äänenvoimakkuuden kaksinkertaistuvan, kun voimakkuus lisääntyy 10 desibeliä. Pienin korvan havaitsema muutos on 1–2 desibeliä.

Äänen kokeminen riippuu

  • äänentasosta
  • taajuudesta
  • äänen lajista (jatkuva vai katkonainen)
  • äänen miellyttävyydestä (melua vai kaunista musiikkia) 

 

 

Desibelimatematiikkaa

Kuten edellä todettiin, desibeli on logaritminen arvo. Sitä ei voida käyttää yhteen- ja vähennyslaskuissa kuten lineaarisia arvoja. Siksi laskutoimituksia varten on palattava lineaarisiin arvoihin (yksikkönä Pa). Sen jälkeen tulokset muunnetaan jälleen logaritmisiksi.

Lasketaan yhteen esimerkiksi seuraavat äänentasot:

Lp 1 = 40 dB Lp2=45 dB
Ensin yksikkö muunnetaan beliksi jakamalla 10:llä, ja sitten luvut muunnetaan lineaarisiksi yhteenlaskua varten:

104.0 + 104.5 = 10 000 + 31 622 = 41 622

Palataan logaritmisiin arvoihin ja saadaan tulokseksi
log (41 622) = 4,62 bel

joten
Lp.tot = 46,2 dB
Samaan tulokseen voidaan päästä myös edellä esitetyn kuvion avulla.

 

 

Matemaattisesti kahden identtisen äänilähteen yhteisvaikutus lisää äänentasoa 3 dB, ja kymmenen identtisen lähteen yhteisvaikutus on 10 dB. Tämä esitetään myös seuraavassa kuviossa.

Decibel arithmetic


 

Kun äänentasoa mitataan, korvan herkkyys otetaan huomioon erilaisten suodattimien avulla. Nämä suodattimet on nimetty tunnuksilla dB(A), dB(B) ja dB(C). Yleisimmin käytetään A-painotettua suodatinta, joka jäljittelee ihmiskorvan äänensuodatusta. Katso oheinen kuvaaja (A-suodattimen vaimennuskäyrä).

 

 Kuva: A-suodattimen vaimennuskäyrä

Heijastuminen, äänenvaimennus ja ääneneristys

Ääni voi absorboitua (imeytyä) materiaaliin, läpäistä sen tai heijastua siitä. Kun ääniaalto osuu huoneessa vaikkapa kattoon, lattiaan tai seinään, osa äänienergiasta heijastuu, osa absorboituu materiaaliin ja osa läpäisee materiaalin, kuten kuvasta nähdään.


Heijastuneen, absorboituneen ja läpäisseen äänienergian osuus riippuu ääniaallon kohtaaman materiaalin tai rakenteen muodosta sekä äänen taajuudesta. Tämän perusteella voidaan määritellä kolme akustista parametria.

Absorptiokerroin, α = (absorboitunut ääni + läpäissyt ääni)/(tuloääni)
Heijastuskerroin, ζ = (heijastunut ääni )/(tuloääni)
Läpäisykerroin, τ = (läpäissyt ääni )/(tuloääni)