Üldine informatsiooni heli kohta

Helilainete liikumine

Õhumüra võib vaadelda kui rõhu erinevust õhus. See on lainepikkus, sagedus ja intensiivsus. Heli liigub allikast punktini, kus ta siseneb keskkonda. Kui energia põrkub molekulidega keskkonnas, põhjustab see molekulide vibreerimist edasi-tagasi ning tekitades lained, mis edastavad heli energiat. Helikiirus sõltub keskmisest laine läbivusest ning on põhiline materjali omadus. Tahked ained on suurepärased heli edasikandjad, kõige nõrgemad heli edasikandjad on gaasid. Näiteks, õhus liigub heli kiirusega 340 meetrit sekundis aga terasest liigub heli läbi kiirusel 5200 meetrit sekundis.

Kuivõrd heli on korduv muster üles-alla liikuvatest rõhkudest läbi keskmise, siis eelistatakse sageli öelda selle kohta surve laine. Helilained on tihti kujutatud graafikutena, nagu allpool näha, kus x-teljel on aeg ja y-teljel on keskmine rõhk või tihedus, millega heli liigub.

Heli kui laine liikumine 

 Füüsikaline väärtus

sümbol

ühik

valem

Sagedus

 f=1/T

Hz=1/s 

 f=c/λ

Lainepikkus

 λ

λ=c/f

ajaperiood või tsükli kestvus  

T=1/f 

 T=λ/c

Laine kiirus

 c

m/s

 c=λxf


Inimese kõrv on äärmiselt tundlik ja kuulmiseks on vaja ainult väikese võimsusega võnget. Inimene kuuleb helisid tugevusega 0 dB (kuulmise künnis) kuni 120 dB (valu künnis) sagedustel 20-20000Hz. Sagedusi, mis jäävad kuulmisalast alla poole, nimetatakse infraheliks, ning sagedusi, mis jäävad üles poole, nimetatakse ultraheliks.

Kõige olulisem sagedusvahemik kõneeristatavuse seisukohast on 300-3000Hz. Müra ei ole tavaliselt puhast tooni, küll aga sisaldab heli energiat, mis jaotub laiale sagedusribale. Kesksagedused on rahvusvaheliselt standardiseeritud ning alljärgnev tabel näitab mõningaid standartseid sagedusribasid.

Helisagedus

Helisagedus

 

Inimkõrv reageerib helirõhule, mida mõõdetakse ühikutes pA (N/m2). Kõige madalam helirõhk, mida harilik kõrv kuuleb on 0.00002 Pa ja valulävi on umbes 200 Pa. Sellise ulatusliku rõhu vahemiku tõttu on ebapraktiline kasutada lineaarset skaalat ja seega on õhurõhud kujutatud üldiselt logaritmiliste skaalade abil (tähistatakse dB). Terminid dB ja bel (=10 dB) on tegelikult puhtalt matemaatilised terminid ja ei ole spetsiaalselt akustikale mõeldud.

Bel on kahe näitaja vaheline logaritm.

Heli tajumine on inimeste puhul erinev. Heli, mida üks inimene vaevu tajub, võib olla kellegi teise jaoks juba häiriv. Olenevalt olukorras võib sama heli tajumine ka individuaalselt erineda. Üldiselt peetakse heli 10 dB võrra tõusmise kahekordseks valjuduseks ja 1-2 dB on kõige väiksem muutus, mida inimkõrv tajub.

Heli tajumine sõltub
  • Heli nivoost 
  • Sagedusest 
  • Heli tüübist, kas see on pidev või katkendlik 
  • Kas see on müra või muusika 
     
Helisurve 

Aritmeetilised detsibellid

Nagu eelnevalt mainitud, on detsibellid aritmeetilised väärtused ning neid ei saa liiita või lahutada samamoodi nagu lineaarseid väärtusi. Seepärast on vaja muuta väärtused lineaarseteks ühikuteks (Pa), et määratleda aritmeetika ning seejärel minna tagasi logaritmiliste väärtuste juurde.

Näitena liidame kahe heli väärtused:

Lp1= 40 dB     Lp2=45 dB

Esiteks, muuda ühikud bel’ideks jagades kümnega ning seejärel muuda tagasi lineaarseteks väärtusteks, et võimaldada liitmine:

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

Ning muutes väärtused tagasi logaritmideks saame: log (41 622) = 4.62 bel

Seega:
Lp.tot = 46.2 dB

Samuti saab kasutada ülaltoodud joonist, et saada sama tulemus.

Aritmeetilised detsibellid 

 

Matemaatiliselt kahe väärtuse liitmisel tõuseb nivoo 3 dB võrra ja 10 ühiku liitmisel 10 dB võrra. Seda on võimalik kujutada järgneva joonise abil.

Aritmeetilised detsibellid


Kui mürataset mõõdetakse kõrva tundlikkusega, siis kasutatakse erinevaid filtreid. Need filtrid on märgistatud dB(A), dB(B) ja dB(C). Kõige tihedamini kasutatakse A-kaaluga filtrit, mis imiteerib seda, kuidas kõrv helisid kuuleb. Vaata alljärgnevat joonist (kõvera sumbumine A-filtriga).

 

Kõvera sumbumine A-filtriga

Pildil: kõvera sumbumine A-filtriga


Peegeldus, mürasummutus ja heliisolatsioon

Heli võib neelduda, edasikanduda või peegelduda. Kui ruumi piire, nagu näiteks katust, põrandat või seina, on tabanud helilaine, siis osa energiast peegeldub, osa neeldub materjali ning osa kandub sellest läbi - nagu on näha alljärgnevalt jooniselt.

Kajaheli sumbuvus ja heli isolatsioon


Osakaal, mis peegeldub, neeldub või kandub edasi, sõltub materjali kujust või konstruktsioonist, mida helilaine tabab, ja helisagedusest. Sellele tuginedes võib eristada kolme akustilist parameetrit.

Neelduvustegur, α = (neeldunud heli + edasikantud heli)/(otsene heli)
Peegeldumise tegur, ζ = (peegeldunud heli)/(otsene heli)
Edasikandumise tegur, τ = (edasikantud heli)/(otsene heli)