Fysiikan oppikirja/Ääni

Yleistä

Ääni määritellään pitkittäisiksi aalloiksi jotka kulkevat kiinteässä, nestemäisessä tai kaasumaisessa väliaineessa. Luonnon äänet koostuvat useista eri ääneksistä, mutta siniääneksen voidaan katsoa olevan "puhdas" ääni, jolla on vain yksi taajuus ja amplitudi.

Ihminen prosessoi korviensa välittämää ääntä monin tavoin niin, että äänestä erotetaan informaatiota ja ääntä tulkitaan ihmisen havaintomaailman perusteella, yhdistäen muistikuviin ja opittuun tietoon.

Ihmisen kuuloalue on noin 16-20000 Hz ja se huononee iän mukana.

Taajuus

Taajuus on tietyssä ajassa tapahtuva toistojen määrä. Taajuutta voidaan mitata määrittelemällä ensin jokin aikayksikkö, ja tutkimalla sen jälkeen kuinka monta kertaa jokin ilmiö tapahtuu tämän aikayksikön aikana. Kun kertojen lukumäärä jaetaan aikayksiköllä, saadaan taajuus. Jos taas tiedetään kahden tapauksen välinen aika T (eli jakso), saadaan taajuus tämän ajan käänteisluvusta 1/T.

Taajuuden yksikkö on 1/s, jota kutsutaan nimellä hertsi (tunnus Hz), joka tulee saksalaisen fyysikon Heinrich Rudolf Hertzin nimestä. Yksi hertsi kertoo tapahtuman toistuvan kerran sekunnissa - kymmenellä hertsillä toistoja on kymmenen sekunnissa.

Sähkötekniikan sini-signaaleilla puhutaan usein myös kulmataajuudesta. Taajuuden f ja kulmataajuuden ω välillä on seuraava riippuvuus:

ω = 2π·f 

Äänenvoimakkuus

Äänenvoimakkuus on määre, jolla yleensä mitataan havaittua äänenvoimakkuutta eli sitä, kuinka kovana jokin ääni koetaan. Tällöin on kyse subjektiivisesta, havaitusta äänenvoimakkuudesta eli äänekkyydestä, jonka mittayksikkö on soni. Äänenvoimakkuudella voidaan myös tarkoittaa äänipainetasoa, jota mitataan desibeleinä (dB) ja joka kertoo äänen fysikaalisen voimakkuuden.

Äänekkyys ja äänipainetaso eivät ole suoraan verrannollisia toisiinsa, johtuen ihmisen kuulon toiminnasta. Näiden välisenä yhteytenä kuitenkin toimii äänekkyystaso (yksikkö foni), joka on kokeellisesti määritelty niin, että sen lukuarvo on 1 kHz:n ääneksen tapauksessa sama kuin ääneksen äänipainetaso desibeleinä.