Co to jest dźwięk?

Źródło dźwięku promieniuje mocą dźwięku, co powoduje fluktuację ciśnienia akustycznego w powietrzu. Przyczyną tego jest moc dźwięku. Efektem jest ciśnienie akustyczne. Rozważ następującą analogię: grzejnik elektryczny emituje ciepło do pomieszczenia i następuje zmiana temperatury. Zmiana temperatury w pomieszczeniu zależy oczywiście od samego pomieszczenia. Ale przy takim samym poborze mocy grzejnik emituje taką samą moc, która jest prawie niezależna od otoczenia. Związek między mocą akustyczną, a ciśnieniem akustycznym jest podobny. To, co słyszymy, to ciśnienie dźwięku, ale ciśnienie to jest spowodowane mocą dźwięku źródła dźwięku. Moc akustyczna wyrażona jest w watach. Poziom mocy akustycznej wyrażony jest w decybelach (dB), tj. skali logarytmicznej (skala dB) w odniesieniu do znormalizowanej wartości odniesienia:

Obserwowane ciśnienie akustyczne zależy od odległości od źródła i od środowiska akustycznego, w którym rozchodzi się fala dźwiękowa. W przypadku propagacji hałasu w pomieszczeniu zależy to od wielkości pomieszczenia i pochłaniania dźwięku przez powierzchnie. W rezultacie hałas emitowany przez maszynę nie może być w pełni określony ilościowo wyłącznie poprzez pomiar ciśnienia akustycznego. Moc akustyczna jest mniej więcej niezależna od środowiska, podczas gdy ciśnienie akustyczne nie.

Informacja o poziomie ciśnienia akustycznego musi zatem zawsze być uzupełniona o dodatkowe informacje: odległość pozycji pomiaru od źródła dźwięku (np. określona zgodnie z pewną normą) i stała pomieszczenia dla pomieszczenia, w którym dokonano pomiaru. W przeciwnym razie zakłada się, że pomieszczenie jest nieograniczone (tj. otwarte pole). W nieograniczonym pomieszczeniu nie ma ścian odbijających fale dźwiękowe, co wpływa na pomiar.

Kiedy fale dźwiękowe wchodzą w kontakt z powierzchnią, część fal jest odbijana, a inna część jest absorbowana na powierzchni materiału. Ciśnienie akustyczne w danym momencie zawsze składa się częściowo z dźwięku generowanego przez źródło dźwięku, a częściowo z dźwięku odbijanego od otaczających powierzchni (po jednym lub większej liczbie odbić). Skuteczność pochłaniania dźwięku przez powierzchnię zależy od materiału, z którego jest zbudowana. Zazwyczaj wyraża się to jako współczynnik absorpcji (od 0 do 1, przy czym 0 całkowicie odbija, a 1 całkowicie absorbuje).

Wpływ pokoju na rozprzestrzenianie się fal dźwiękowych zależy od stałej pomieszczenia. Stałą pomieszczenia dla pokoju o kilku ścianach i innych powierzchniach wewnętrznych można obliczyć, biorąc pod uwagę rozmiary i właściwości absorpcyjne różnych powierzchni. Obowiązujące równanie to:

W niektórych szczególnych warunkach związek między poziomem mocy akustycznej, a poziomem ciśnienia akustycznego można wyrazić w prosty sposób. Jeśli dźwięk jest emitowany z punktowego źródła dźwięku w pomieszczeniu bez odbijających powierzchni lub na zewnątrz, gdzie żadne ściany nie są blisko źródła dźwięku, dźwięk jest rozprowadzany równomiernie we wszystkich kierunkach, a zatem zmierzona intensywność dźwięku będzie taka sama w każdym punkcie znajdującym się w tej samej odległości od źródła dźwięku. W związku z tym intensywność jest stała we wszystkich punktach na kulistej powierzchni otaczającej źródło dźwięku.

Kiedy odległość do źródła zostanie podwojona, wówczas sferyczna powierzchnia w tej odległości zwiększy się czterokrotnie. Z tego możemy wywnioskować, że poziom ciśnienia akustycznego spada o 6 dB za każdym razem, gdy odległość do źródła dźwięku jest podwojona. Nie dotyczy to jednak pokoju o twardych, odblaskowych ścianach. W takim przypadku należy wziąć pod uwagę dźwięk odbity przez ściany.

Dla Q można zastosować wartości empiryczne (dla innych pozycji źródła dźwięku należy oszacować wartość Q):

Q = 1 Jeśli źródło dźwięku jest zawieszone na środku dużego pokoju.

Q = 2 Jeśli źródło dźwięku jest umieszczone blisko środka twardej, odbijającej ściany.

Q = 4 Jeśli źródło dźwięku znajduje się blisko skrzyżowania dwóch ścian.

Q = 8 Jeśli źródło dźwięku jest umieszczone blisko rogu (przecięcie trzech ścian).

W pobliżu źródła poziom ciśnienia akustycznego spada o 6 dB za każdym razem, gdy odległość jest podwojona. Jednak przy większych odległościach od źródła poziom ciśnienia akustycznego jest zdominowany przez dźwięk odbity, a zatem spadek jest minimalny wraz ze wzrostem odległości. Maszyny, które transmitują dźwięk przez swoje ciała lub ramy, nie zachowują się jak źródła punktowe, jeśli słuchacz znajduje się w odległości od środka maszyny, która jest mniejsza niż 2–3 razy największy wymiar maszyny.

Gdy więcej niż jedno źródło dźwięku emituje dźwięk do wspólnego odbiornika, ciśnienie dźwięku wzrasta. Ponieważ jednak poziomy dźwięku są zdefiniowane logarytmicznie, nie można ich po prostu dodać algebraicznie. Gdy aktywne są więcej niż dwa źródła dźwięku, dwa są najpierw dodawane razem, a następne są dodawane do sumy pierwszego i tak dalej. Pamiętaj, gdy należy dodać dwa źródła dźwięku o tych samych poziomach, wynikiem jest wzrost o 3 dB.

Dźwięk w tle to szczególny przypadek, który wymaga odjęcia. Dźwięk w tle jest traktowany jako osobne źródło dźwięku, a wartość jest odejmowana od zmierzonego poziomu dźwięku.