Osnovni akustički pojmovi

 

Zvučni tlak

Zvučni tlak je poremećaj atmosferskog tlaka uzrokovan zvukom. Ili “Zvučni tlak je izmjenični tlak superponiran atmosferskom tlaku” (Jelaković, 1977). Jedinica za izražavanje atmosferskog tlaka, pa tako i za zvučni tlak zove se  paskal (Pa). Stara jedinica za tlak je bar. Paskal je 10 puta veći od mikrobara.

 

1 Pa = 1 N/m2

 

N je jedinica za silu (od Newton).

 

Newton (N) jedinica sile u MKS sustavu. To je sila koja masi od jednog kilograma daje ubrzanje od 1m/s2. Newton je 9, 81 puta manja jedinica od kiloponda. (Liščić i Velimirović, 1965) Kilopond je stara i zabranjena jedinica.

 

Atmosferski tlak ima oko 105 Pa (1000 hektopaskala), ili 106 mikrobara, odnosno 1 bar. Za bar postoji još naziv  “atmosfera”.

 

Najmanji zvučni tlak kojega ljudsko uho može zamijetiti (čuti kao zvuk) iznosi oko 0.00002 Pa, ili 2x10-5 Pa. Tu je vrijednost Internacionalna standardizacijska organizacija (ISO) odabrala (standardizirala) kao referentnu veličinu – referentni zvučni tlak.

Najveći zvučni tlak kojega ljudsko uho može podnijeti je milijun puta veći od referentnoga, odnosno 20 Pa (prema 106 x 2x10-5).

 

Intenzitet

Zvučnim se valom prenosi mehanička energija. Količina energije koja u jednoj sekundi prostruji kroz plohu veličine 1 m2, okomito postavljenu na smjer širenja zvuka, naziva se jakost ili intenzitet zvuka (Jelaković, 1977). Prema tome jakost i intenzitet, ovako definirani, postaju sinonimi.

 

Intenzitet zvuka može se izračunati pomoću poznate veličine zvučnog tlaka i poznatih svojstava medija (zraka) prema:

 

I = p2/(ro c)  W/m2

 

pri čemu je p zvučni tlak, ro  gustoća zraka,  a c brzina zvuka.

 

S obzirom na to da za zrak umnožak roc iznosi oko 410, prva se formula može pojednostaviti kao:

 

I = p2 /410 W/m2

 

Prama ovoj formuli, ako se umjesto p uvrsti referentni zvučni tlak,  može se izračunati i referentni zvučni intenzitet, koji iznosi 9.76x10-13, odnosno, približno 10-12 W/m2.

Na isti način, uvrstimo li u formulu za intenzitet maksimalnu veličinu zvučnog tlaka kojeg čovjek može podnijeti dobit ćemo zvučni intenzitet od 1 W/m2.

Treba istaknuti kako je dinamika sluha velika: najmanji i naveći zvučni tlak kojeg uho može registrirati odnose se kao 1 : 106, a zbog toga što intenzitet zvukak ovisi o kvadratu zvučnog tlaka, najmanji i najveći zvučni intenzitet odnose se kao 1 : 1012.

 

Snaga

Snaga (P) zvuka definira se kao količina energije koja sekundi prostruji kroz površnu veličine S, izražava se watima (W), a računa se kao umnožak intenziteta i veličine površine na kojoj taj intenzitet djeluje.

 

P = I x S  (W)

 

Iz toga proizlazi da se snaga izvora zvuka može izračunati na temelju izmjerenog zvučnog tlaka i podatka o udaljenosti od izvora na kojoj je izmjeren zvučni tlak. O veličini zvučnog tlaka zavisi intenzitet zvuka. Uz pretpostavku kuglastog širenja (u svim smjerovima) zvučnog vala od izvora do mjesta na kojem se mjeri zvučni tlak, površina na koju se raspoređuje zvučni intenzitet računa se prema formuli za oplošje kugle prema:

 

S = 4r2 P (m2)

 

Prema tome, ako na primjer želimo znati koju zvučnu snagu mora imati izvor zvuka da na udaljenosti od 5 metara može proizvesti zvučni intenzitet od 1 W/m2,  treba najprije izračunati koja je površina oplošja kugle radiusa 5 m:

 

S =   4x52 P =  100P = 314 m2

 

Prema tome, izvor zvuka mora ima ti snagu od 314 W, (prema 314x1) da na udaljenosti od 5 metara djeluje intenzitetom zvuka od 1 W/m2.

 

Decibel

Decibel se definira kao veličina koja predstavlja logaritam odnosa dvaju intenziteta. Zapravo, tako definirana veličina je bel (prema Grahamu Bellu izmumitelju telefona), a prikladnija, deset puta manja jedinica zove se decibel (dB).  Broj decibela izračunava se prema:

 

n = 10 log (I1/I2)  (dB)

 

gdje n predstavlja broj decibela, a I1  i I2 su bilo koja dva intenziteta zvuka.

Na taj način dinamika slušnog polja, odnos najjačeg i najslabijeg zvuka kojega čovjek može čuti,  od odnosa  1012 : 1 svodi se na 120 dB prema:

 

N = 10 log (1012/1) = 120 (dB)

 

Prema tome, ako se dva intenziteta (ili dvije snage) zvuka odnose kao 2 : 1, u decibelima izraženo to predstavlja odnos od 3 dB prema:

 

n = 10 log (2/1) 

 

zato što je log 2 oko 0,3.

Na isti način, 10 puta veći intenzitet predstavlja 10 dB, 100 puta veći 20 dB itd.

 

Budući da je decibel definiran preko odnosa intenziteta, a  intenzitet zvuka ovisi o kvadratu zvučnog tlaka, u slučaju kad se u decibelima želi izraziti odnos dvaju zvučnih tlakova, formula poprima oblik:

 

n = 20 log (p1/p2)

 

Zbog toga dvostruki intenzitet predstavlja povećanje intenziteta od približno 3 dB, a dvostruki zvučni tlak predstavlja povečanje zvučnog tlaka od 6 dB.

 

RAZINA ZVUČNOG INTENZITETA I RAZINA ZVUČNOG TLAKA

Razina zvučnog intenziteta je u decibelima izražen odnos nekog intenziteta zvuka prema referentnom zvučnom intenzitetu. Analogno tome je razina zvučnog tlaka (sound presure level - SPL)  u decibelima izražen odnos nekog zvučnog tlaka prema referentnom zvučnom tlaku.

Jednostavnim uvrštavanjem u formulu dobivamo da je razina intenziteta referentnog zvučnog intenziteta - nula decibela. Drugim riječima, zvučni intenzitet od 10-12 W/m2 po definiciji predstavlja veličinu od nula decibela razine zvučnog intenziteta. Analogno tome, razina zvučnog tlaka od  0.00002 Pa također predstavlja nula decibela.

Ako se jačina nekog zvuka izrazi u decibelima i ne kaže se eksplicitno koja se dva intenziteta uspoređuju, onda se podrazumijeva da je jedan od intenziteta referentni zvučni intenzitet, 10-12 W/m2. Isto vrijedi i za razinu zvučnog tlaka.