©Internetix

3. 2. Äänen voimakkuus

Äänen voimakkuuden mittaaminen on tärkeää kuulon suojelun kannalta. Kova melu tuhoaa jatkuvasti ja peruuttamattomasti kuuloa.

 Melun mittaamisessa on kaksi pääongelmaa. Ensinnäkin Äänen voimakkuuden alue, jonka ihmiskorva kuulee on valtavan laaja (Kuuloalue) ja toisaalta kuuleminen subjektiivista. Kuulemme eri taajuuksia eri tavalla (Äänekkyystaso).

ääniteho
ljudeffekt, ljudflöde
sound energy flux, sound power
Schalleistung
flux d'énergie acoustique, puissance acoustique

 äänen intensiteetti
ljudintensitet
sound intensity
Schallintensität
intensité acoustique

Puhtaasti fysiikan tarkoituksiin käytämme yksikkönä äänen intensiteettiä I = P/A, missä P on pintaan A tuleva ääniteho. Kuulemme 1000 Hz taajuisen äänen, kun sen intensiteetti ylittää
10-12 W/m2. Käytämme tästä äänestä nimitystä kuulokynnys (Io). Käytämme sitä yhtenä peruspisteenä mitatessamme niinsanottua intensiteettitasoa (L). Äänialue yltää 1000 Hz taajuudelle intensiteettiin 100 W/m2 = 1 W/m2. Tätä kutsutaan kipurajaksi tai kipukynnykseksi. Huomaa, että kipukynnys on 1012 eli biljoona kertainen kuulokynnykseen verrattuna. Äänialue on siis tosi laaja.

äänen tehotaso
ljudeffektnivå
sound power level
Schalleistungspegel
niveau de puissance

Meluntorjunnassa käytetään edellämainittua intensiteettitasoa, joka eroaa intensiteetistä siten, että intensiteettitaso on logaritminen. Se tarkoittaa, että käytetään kymmenen potensseja yksiköiden sijasta ja vältetään näin laajan mittausalueen aiheuttamia ongelmia. Intensiteettitaso lasketaan intensiteetistä yhtälöllä
 
 
 


L = 10·lg I/Io dB

Mitattava intensiteetti I jaetaan kuulokynnyksen intensiteetilla 10-12 W/m2 ja osamäärästä otetaan kymmenkantainen logaritmi. Se kerrotaan vielä kymmenellä.

Esimerkki
Mitataan äänen intensiteetiksi 2,3·10-5 W/m2.
Laskettava äänen intensiteettitaso.

 Lasketaan ensin I/Io = 2,3·10-5 W/m2 / 1·10-12 = 2,3·107. (Vähennetään osoittajan eksponentista nimittäjän eksponentti -5 - (-12) = 7).
Lasketaan osamäärän logaritmi
(laskimella: 2.3 exp 7 log).
Saadaan 7,4, joka kerrotaan 10:llä ja saadaan lopuksi 74 dB.

 Yleensä intensiteettitason yksikkönä käytetään poikkeuksellisesti desibeliä dB vaikka perussyksikkö on beli B. Koska vertailupinta-ala A on sama kun lasketaan I ja Io, on I/Io = P/Po eli vastaavien tehojen suhde. Sen tähden voidaan puhua myös äänen tehotasosta.

Etsi taulukkokirjasta Aalto- ja valo-oppi, sieltä Äänen intensiteettitasoja (voimakkuustasoja). Vertaa eri äänien arvoja.

 Kuten jo edellä oli puhe, äänen kuuleminen riippuu intensiteetin lisäksi taajuudesta. Matalat taajuudet kuullaan vain, jos intensiteetti on suuri sama koskee hyvin suuria taajuuksia. Taulukkokirjasta löydät kuuloaluetta esittävän kuvaajan. Kuvaajassa on merkitty oikeaan reunaan intensiteetti (I) ja vasempaan reunaan intensiteettitaso (L). Keskellä kuvaajaa 1000 Hz kohdalla on kolmas asteikko, jossa yksikkö on fon (fooni).

Fooni on kuulovoimakkuutta mittaava yksikkö. Se kuvaa parhaiten ihmisen kuuloa ja sitä käytetään kuuloa tutkittaessa. Fooniasteikko on kokeellinen, suurella ihmisjoukolla laadittu asteikko. Foonilukema on 1000 Hz taajuudella sama kuin desibelilukema. Taulukon kuvassa näet viivoja, joilla foonilukema on sama koko käyrällä. Tutki käyriä ja totea, kuinka esimerkiksi kuulokynnys nousee yli 60 dB:n pienillä taajuuksilla.

Työkoneiden melun häiritsevyys ja sen vähentäminen

Kuulonhuoltoliitosta saat hyvää materiaalia melusta ilmaiseksi esimerkiksi kirjasen nimeltä "KUULEMISIIN". (Postimaksua vastaan saat myös allaolevasta sähköpostiosoitteesta). Kuulonhuoltoliiton osoite on:

KUULONHUOLTOLIITTO ry / meluprojekti

Ilkantie 4
00400 Helsinki puh 09 58 031

Akustiikan perusteet I, Laskuharjoitukset

Miten melua voidaan vähentää?
Meluntorjunta
Työkoneiden melun häiritsevyys ja sen vähentäminen, Melutaso vai melun laatu?

MELU JA TÄRINÄ

Moottoripyöräilijän kypärämelun mittaaminen ja vaimentaminen -tutkimusprojekti

Melu- ja Värähtelyprojektit

TKK Akustiikan laboratorio, Opetus


Ylioppilastehtäviä
Äänen nopeudesta ja voimakkuudesta, keväältä 1996 tehtävä 10
Äänen voimakkuus ja etäisyyden vaikutus, syksy 1992 tehtävä3.
Syksy 1990 tehtävä 8c.
©Internetix/Ismo Elo/Käyttöfysiikka Oy