Äänenpaineen

Äänenpaineen käsite kuvaa ilman paineen pienimuotoisia vaihteluita, jotka syntyvät ääniaaltojen kulkiessa. Paine poikkeaa ympäröivästä tasaisesta paineesta p0 ja vaihtelee ajan funktiona p(t). Äänilähteet, kuten puhe tai musiikki, aiheuttavat näitä vaihteluita. Äänenpaine ilmoitetaan yleisesti pascaleina (Pa) sekä äänitasoina desibeleinä (dB).

Äänitaso, tavallisesti merkitty SPL, kuvaa p_rms-arvon suhteessa referenssiarvoon p0 = 20 µPa ilmassa, ja se lasketaan Lp = 20 log10(p_rms/p0). p_rms on äänenpaineen neliöjuuri aikavaihtelusta. Käytännössä mittaukset tehdään mikrofonilla ja ne voidaan korjata sekä haluttaessa soveltaa kuulovasteen kaltaisia painotuksia (esim. A-painotus).

Äänenpaineen ja äänitehon (intensiteetin) välinen yhteys on I = p_rms^2 / (ρ c), missä ρ on ilman tiheys ja c sen nopeus. Planeetopeissa käytetään akustista impedanssia Z = ρ c, joten p_rms ja I ovat suoraan yhteydessä toisiinsa. Esimerkkilukuarvot: ilman tiheys noin 1,2 kg/m3 ja nopeus noin 343 m/s, jolloin Z ≈ 410 Pa·s/m.

Kuulon herkkyys ja taajuusvaste vaihtelevat taajuuden mukaan, jolloin SPL-arvot voivat antaa erilaisen vaikutelman. Siksi mittauksissa käytetään usein painotuksia (esim. A-weighting) ja usein myös spektrin erottelua taajuus- tai aikajaksojen mukaan.

Äänenpaineen mittaaminen ja siihen liittyvät mittausmenetelmät ovat keskeisiä ympäristö- ja työympäristöjen melutason arvioinnissa sekä ääniteknologian suunnittelussa. Pitkäaikainen altistus korkeille SPL-arvoille voi aiheuttaa kuulovaurioita; kipu alkaa tavallisesti noin 120–140 dB SPL. Käytännössä arvoja seurataan standardien ja turvallisuussuositusten mukaisesti.