Măsurarea sunetului

Acest articol răspunde la unele dintre întrebările de bază adresate de către nou-veniți în cadrul unui program de măsurare a zgomotului. Acesta oferă o scurtă explicație la întrebări precum: ce este sunetul și de ce îl măsurăm?

Sunetul este o parte atât de obișnuită a vieții de zi cu zi, încât rareori îi apreciem toate funcțiile. El oferă experiențe plăcute, cum ar fi ascultarea muzicii sau a cântecului păsărilor. Sunetul permite comunicarea verbală cu familia și prietenii. Ne poate alerta sau avertiza – de exemplu, prin sunetul unui telefon sau prin sunetul unei sirene.

Ce este sunetul?

Sunetul poate fi definit ca orice variație de presiune (în aer, apă sau alt mediu) pe care urechea umană o poate detecta. Cel mai cunoscut instrument de măsurare a variațiilor de presiune în aer este barometrul.

Cu toate acestea, variațiile de presiune care apar odată cu schimbarea condițiilor meteorologice sunt mult prea lente pentru a fi detectate de urechea umană și, prin urmare, nu corespund definiției noastre de sunet. Însă, dacă variațiile de presiune atmosferică se produc mai rapid – de cel puțin 20 de ori pe secundă – ele pot fi auzite și, prin urmare, se numesc sunet.

Numărul de variații de presiune pe secundă se numește frecvența sunetului și se măsoară în Hertz (Hz). Frecvența unui sunet produce tonul său distinctiv. Astfel, zgomotul unui tunet îndepărtat are o frecvență joasă, în timp ce un fluier are o frecvență înaltă. Gama normală de auz pentru o persoană tânără sănătoasă se întinde de la aproximativ 20 Hz până la 20 000 Hz (sau 20 kHz), în timp ce gama de la nota cea mai joasă la cea mai înaltă a unui pian este de 27,5 Hz până la 4186 Hz.

Scara dB (decibel)

Cea de-a doua mărime principală folosită pentru a descrie un sunet este mărimea sau amplitudinea variațiilor de presiune.

Fig. 1. Comparație între scara în dB si scara în μPa a nivelului de presiune acustica

 

Cel mai slab sunet pe care îl poate detecta o ureche umană sănătoasă are o amplitudine de 20 micro Pascal (20 μPa) – de 5000000000 de ori mai mică decât presiunea atmosferică normală. În mod uimitor, urechea poate tolera presiuni sonore de peste un milion de ori mai mari. Astfel, dacă am măsura sunetul în Pa, ne-am trezi cu numere destul de mari și imposibil de gestionat. Pentru a evita acest lucru, se folosește scara decibelilor sau dB.

Decibelul nu este o unitate de măsură absolută, ci una relativa, respectiv un raport între o cantitate măsurată și un nivel de referință convenit.

Scala dB este logaritmică și utilizează pragul auditiv de 20 μPa ca nivel de referință, definit ca 0 dB.

Atunci când înmulțim presiunea acustică în Pa cu 10, adăugăm 20 dB la nivelul dB. Astfel, 200 μPa corespunde la 20 dB (re 20 μPa), 2000 μPa la 40 dB și așa mai departe. Nivelurile de presiune acustică (SPL) în dB și Pa ale diferitelor sunete cunoscute sunt prezentate în figură.

Ce auzim?

Am definit deja sunetul ca fiind orice variație de presiune care poate fi auzită de urechea umană. Aceasta înseamnă o gamă de frecvențe de la 20 Hz la 20 kHz pentru o ureche umană tânără și sănătoasă. În ceea ce privește nivelul de presiune acustică, sunetele audibile variază de la pragul de auz de 0 dB până la pragul durerii, care este 130 dB.

Deși o creștere de 6 dB reprezintă o dublare a presiunii sonore, este necesară o creștere de aproximativ 10 dB pentru ca sunetul să pară, din punct de vedere subiectiv, de două ori mai puternic. (Cea mai mică schimbare pe care o putem auzi este de aproximativ 3 dB).

Intensitatea subiectivă sau percepută a unui sunet este determinată de mai mulți factori complecși Unul dintre acești factori este faptul că urechea umană nu este la fel de sensibilă la toate frecvențele. Ea este mai sensibilă la sunetele între 2 kHz și 5 kHz și mai puțin sensibilă la frecvențe mai înalte și mai joase.

Cum auzim?

Urechea umană este formată din trei părți principale: urechea externă, urechea medie și urechea internă. Urechea externă, formată din pavilionul urechii și canalul auditiv, colectează undele sonore transmise prin aer, care apoi vibrează timpanul, care reprezintă interfața cu urechea medie.

Urechea medie acționează ca un dispozitiv de adaptare a impedanței și are trei oase mici care funcționează ca un set de pârghii. Aceste oase transferă vibrațiile către urechea internă, care este formată din două sisteme separate, canalele semicirculare pentru controlul echilibrului și cohleea. Cohlea este un tub în formă de melc, umplut cu lichid, care este împărțit longitudinal în două părți de către membrana bazilară.

Fig. 2. Secțiune a urechii. Se pot observa cel 3 parți ale urechii: urechea externa, urechea medie si urechea interna

 

Expunerea îndelungată la sunete puternice provoacă deteriorarea celulelor ciliate, ceea ce are ca rezultat afectarea progresivă a capacității auditive. La început, deteriorarea câtorva celule ciliate nu este vizibilă, dar pe măsură ce mai multe celule ciliate sunt deteriorate, creierul nu mai poate compensa pierderea de informații. Pierderea auzului cauzată de expunerea la zgomot este, în mod normal, mai mare la acele frecvențe (în jur de 4 kHz) la care urechea este cea mai sensibilă.