Βασικές έννοιες και παράμετροι του θορύβου
Συχνότητα
Η συχνότητα είναι ο αριθμός των κύκλων μιας περιοδικής κίνησης ανά δευτερόλεπτο. Τα αντικείμενα και τα σωματίδια του αέρα μπορούν να πάλλονται με διαφορετικό αριθμό κύκλων ανά δευτερόλεπτο. Η συχνότητα εκφράζει τον αριθμό των κύκλων ταλάντωσης που ολοκληρώνονται σε ένα δευτερόλεπτο. Υποδηλώνεται με το σύμβολο "f" και μετράται σε Χερτζ (Hz). Όσο πιο γρήγορα πάλλονται τα σωματίδια τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα των ταλαντώσεών τους μετρούμενη σε Hz. Συχνά χρησιμοποιούνται και πολλαπλάσια της μονάδας μέτρησης της συχνότητας όπως το κιλοχέρτζ (kHz), 1000Hz = 1kHz
Ο ήχοι που μπορούν να ακουστούν από τον άνθρωπο ονομάζονται ακουστοί ήχοι. Οι συχνότητες των ακουστών ήχων περιλαμβάνονται στη ζώνη συχνοτήτων 20Hz – 20kHz.
Οι ήχοι στη ζώνη συχνοτήτων κάτω των 20Hz ονομάζονται υπόηχοι, ενώ οι ήχοι στη ζώνη συχνοτήτων άνω των 20.000 Hz ονομάζονται υπέρηχοι. Τόσο οι υπόηχοι όσο και οι υπέρηχοι δεν γίνονται αντιληπτοί από το ανθρώπινο αυτί. Ωστόσο, οι ήχοι σε αυτές τις ζώνες συχνοτήτων μπορούν να επηρεάσουν δυσμενώς τον ανθρώπινο οργανισμό, προκαλώντας πονοκεφάλους, κόπωση κ.λπ.
Ηχητική πίεση και στάθμη ηχητικής πίεσης
Η ηχητική πίεση (ή ακουστική πίεση) είναι μια μεταβολή στην ατμοσφαιρική πίεση, η οποία διαδίδεται μέσω του αέρα ως κύμα. Ο αέρας του περιβάλλοντος χώρου έχει μια δεδομένη πίεση γνωστή ως ατμοσφαιρική πίεση, η τιμή της οποίας μεταβάλλεται καθημερινά ανάλογα με τις μετεωρολογικές συνθήκες. Όταν ο ήχος διαδίδεται μέσω του αέρα, δημιουργεί στον αέρα περιοχές υψηλής και χαμηλής πυκνότητας. Αυτό σημαίνει ότι σε χώρους όπου η πυκνότητα του αέρα είναι υψηλή, η πίεση του αέρα του περιβάλλοντος χώρου είναι ελαφρώς υψηλότερη από την ατμοσφαιρική πίεση. Αντιθέτως, σε χώρους όπου η πυκνότητα του αέρα είναι χαμηλή (τοπικά αραιωμένος αέρας), η πίεσή του είναι ελαφρώς χαμηλότερη από την ατμοσφαιρική πίεση. Ως εκ τούτου, κατά τη διάδοση του ήχου μέσω του αέρα προκαλούνται μικρές μεταβολές στην πίεσή του. Κάθε μικρή μεταβολή στην πίεση του αέρα, η οποία προκαλείται από τη διάδοση του ήχου ονομάζεται ηχητική πίεση και υποδηλώνεται με το σύμβολο "p". Η μονάδα μέτρησης της ακουστικής πίεσης είναι το Pascal [Pa]. Το ανθρώπινο αυτί αντιδρά στην ηχητική πίεση και γι' αυτό ακούμε ήχους.
Η στάθμη ηχητικής πίεσης (SPL) είναι ένα λογαριθμικό μέγεθος μέτρησης της ηχητικής πίεσης ενός δεδομένου ήχου ως προς μια ηχητική πίεση αναφοράς. Υποδηλώνεται με το σύμβολο "Lp" και εκφράζεται σε ντεσιμπέλ [dB]. Η ηχητική πίεση αναφοράς ισούται με 20µPa (μικροπασκάλ). Σε συχνότητα 1000 Hz, ο χαμηλότερος ήχος που μπορεί να γίνει αντιληπτός από έναν άνθρωπο με καλή ακοή έχει πίεση 20µPa, δηλαδή 0,00002 Pa. Αντιστρόφως, ο δυνατότερος ήχος που μπορεί να ανεχτεί ένα ανθρώπινο αυτί έχει πίεση 20 Pa (ένας ήχος με τόσο υψηλή πίεση γίνεται επώδυνα αντιληπτός από το αυτί). Συνεπώς, οι τιμές της ηχητικής πίεσης των δυνατότερων ήχων που μπορούν να γίνουν αντιληπτοί από το ανθρώπινο αυτί είναι ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερες από αυτές των ασθενέστερων ακουστών ήχων. Ο ηχητική πίεση του θορύβου που παράγεται από ορισμένες συσκευές υπερβαίνει σημαντικά την τιμή στην οποία προκαλείται ακουστική βλάβη στους ανθρώπους, π.χ. ο πυροβολισμός ενός πυροβόλου όπλου (1000 Pa)
Έτσι, λόγω του μεγάλου αυτού φάσματος τιμών ηχητικής πίεσης, κρίθηκε σκόπιμη η εισαγωγή ενός κατάλληλου μεγέθους μέτρησης της ηχητικής πίεσης. Εκφρασμένο σε ντεσιμπέλ [dB], το λογαριθμικό αυτό μέγεθος ονομάζεται Στάθμη Ηχητικής Πίεσης (SPL) και υποδηλώνει το κατά πόσες φορές η ηχητική πίεση υπερβαίνει την τιμή αναφοράς των 20µPa.
Για ηχητική πίεση 20µPa, η στάθμη ηχητικής πίεσης είναι 0dB.
Η στάθμη ηχητικής πίεσης σε dB δίνεται από τη σχέση:
dB (SPL)= 10 log10(p/p0)2 = 20log10(p/p0), όπου p0=20μPa
Η στάθμη ηχητικής πίεσης αποτελεί συνάρτηση της ηχητικής ενέργειας. Όταν διπλασιάζεται η ηχητική ενέργεια ή η διάρκεια έκθεσης, η στάθμη ηχητικής πίεσης αυξάνεται κατά 3dB και αντίστροφα. Όταν η στάθμη ηχητικής πίεσης αυξάνεται ή μειώνεται κατά 10dB, ο ήχος γίνεται συνήθως αντιληπτός με τη διπλάσια ή τη μισή ένταση αντιστοίχως, όμως τα +/- 10dB συνεπάγονται δεκαπλάσια αύξηση ή μείωση η οποία συνιστά και στις δύο περιπτώσεις κίνδυνο για το αυτί! Ένα άτομο με καλή ακοή μπορεί να αναγνωρίσει μεταβολές στη στάθμη ηχητική πίεσης της τάξης των 1 – 3dB περίπου (ανάλογα με τη συχνότητα του ήχου και τη στάθμη πίεσης).
Ηχητική ισχύς και στάθμη ηχητικής ισχύος
Η ηχητική ισχύς (P) είναι η ποσότητα της ενέργειας που εκπέμπεται από μια ηχητική πηγή σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα (δηλαδή σε ένα δευτερόλεπτο). Η ηχητική ισχύς εκφράζεται σε Watt (W) και αποτελεί μια από τις βασικές παραμέτρους που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή μιας ηχητικής πηγής διότι παραμένει αμετάβλητη ανεξαρτήτως του περιβάλλοντος της ηχητικής πηγής. Βάσει της ηχητικής ισχύος, είναι συνήθως εφικτό να προσδιοριστεί η στάθμη ηχητικής ισχύος μιας επιλεγμένης τοποθεσίας κοντά σε μια πηγή θορύβου.
Παραδείγματα ηχητικών πηγών και αντίστοιχων τιμών ηχητικής ισχύος είναι: ο ψίθυρος – 0,0000001W, ένα μουσικό συγκρότημα – 5W, ένα αεριωθούμενο αεροσκάφος – 100.000W.
Λόγω του μεγάλου εύρους τιμών της ηχητικής ισχύος που εκπέμπεται από ηχητικές πηγές, η στάθμη ηχητικής ισχύος (Lw) εκφράζεται σε ντεσιμπέλ (όπως η στάθμη ηχητικής πίεσης). Η τιμή αναφοράς της στάθμης ηχητικής ισχύος είναι P0=10-12W=0,000000000001W
Η στάθμη ηχητικής ισχύος σε dB δίνεται από τη σχέση:
dB (PwL)=10 log10(P/P0) , όπου P0=10-12W
Με τον ίδιο τρόπο ορίζεται και η ένταση του ήχου (ΙL) ως το ποσό της ηχητικής ενέργειας που διέρχεται από μία επιφάνεια, κάθετη στην ακτίνα μετάδοσης του ηχητικού κύματος, στη μονάδα του χρόνου. Εκφράζεται σε Watt/m2και δίνεται σε dB από τη σχέση:
dB (IL)= 10 log10(I/I0) , όπου I0=10-12W/m2
