Helirõhk

Heli iseloomustavad suurused
ja nende tasemed

Suurus (ühik)	Tase (ühik)
Helirõhk p (Pa)	Helirõhutase (SPL) Lp (dB-SPL)
Heliintensiivsus I (W/m2)	Heliintensiivsuse tase LI (dB-SIL)
Helivõimsus Pak (W)	Helivõimsuse tase LPak (dB-PWL)
Helienergia W (J)	Helienergia tase LW (dB-SWL)
Helienergia tihedus E (J/m3)	Helienergia tiheduse tase LE (dB-SEL)
Helivaljus N (sone)	Helivaljuse tase LN (phone)

Helirõhk on akustikas lokaalne helilaine tekitatud rõhu hetkeline hälve ümbritseva rõhu keskväärtusest (tasakaaluväärtusest). Lühidalt on helirõhk heli panus kogurõhku.

Helirõhu kirjeldus

Helirõhu diagramm:
1 – vaikus;
2 – heli esinemine;
3 – atmosfäärirõhk;
4 – helirõhk

Helirõhk p lisandub (positiivse või negatiivse märgiga) vahelduvasuunalise rõhuna staatilisele rõhule p_stat (nt õhurõhule õhuakustikas)

$p_{\mathrm {kogu} }=p_{\mathrm {stat} }+p$

ja seega on tal staatilise või kogurõhuga sama ühik ehk paskal, mis avaldub pinna A pindalaühikule (ruutmeetrile) mõjuva jõuna F (njuutonites), ehk mõõtühik Pa on N/m²:

$p={\frac {F}{A}}.$

helirõhu p suurus on staatilisest rõhust p_stat tavajuhtudel oluliselt väiksem. Kui näiteheliks on lihtheli, siis saab helirõhu muutust ajas kirjeldada valemiga

$p(t)={\hat {p}}\sin(\omega t),$

kus ${\hat {p}}$ on helirõhu amplituud ja ω ringsagedus $\omega =2\pi f\,$.

Helirõhutase

Tingituna sellest, et kuulmisaistingu tundlikkus pole võrdeline helirõhu muutusega, vaid ligikaudu hoopis ligikaudu logaritmiga helirõhu suhtelisest muutusest, ei kirjeldata helirõhku tema muutuse suurusega. Selle asemel ongi laialdaselst kasutusel logaritm helirõhu suhtelisest muutusest ehk helirõhutase. Helirõhutaset esitatakse enamasti ka kümnekordse antud logaritmis väärtusega ehk helirõhutaset esitatakse ühikutes detsibellid.

Helirõhutaseme arvutamisel võrreldakse mõõdetavat helirõhku p kontrollväärtusega p₀. Õhuakustikas on kontrollväärtuseks valitud inimese kuuldelävele vastav kokkuleppeline helirõhk, milleks on 20 mikropaskalit ehk

$p_{0}=20\,\mu \mathrm {Pa} =2\cdot 10^{-5}\,\mathrm {Pa} =0,00002\,\mathrm {Pa}$

Veeakustikas on kasutusel õhust erinev kontrollväärtus. Veeakustikas on kontrollväärtus 1 mikropaskal ehk

$p_{0}=1,0\,\mu \mathrm {Pa} =1,0\cdot 10^{-6}\,\mathrm {Pa}$.

Teades mõõdetavat helirõhku p on helirõhutase L_p vastava kontrollväärtusega p₀ arvutatav valemiga

$L_{p}=10\,\log _{10}\left({\frac {\overline {p^{2}}}{p_{0}^{2}}}\right)=20\,\log _{10}\left({\frac {p_{rms}}{p_{0}}}\right)\,\mathrm {dB} .$

kus

• ${\overline {p^{2}}}$on helirõhu ruutude keskmine;
• $p_{rms}$ on helirõhu ruutkeskmine;
• $p_{0}$on helirõhu kontrollväärtus.

Näiteks juhul, kui ruutkeskmine helirõhk $p_{rms}$ on 100 Pa (see vastab inimese valulävele) ja tegemist on heliga õhus ehk p₀ = 20 μPa, siis helirõhutase

$L_{p}=20\,\log _{10}\left({\frac {100}{0,00002}}\right)=134\,\mathrm {dB} .$

Kui on teada helirõhutase, saab arvutada sellele vastava helirõhu ruutkeskmise väärtuse (näites L_p = 80 dB):

$p_{rms}=p_{0}\cdot {10}^{\frac {L_{\text{p}}}{20}}=0,00002\cdot {10}^{\frac {80}{20}}=0.2\;{\text{Pa}}.$

Mingit helirõhutaset ja vastavat heliintensiivsuse taset väljendab ühesuurune detsibellide arv (vt Heliintensiivsuse tase). Seetõttu võib lühidalt kõnelda helitasemest või helinivoost (lühend SPL ingl k sõnadest sound pressure level).

Helirõhutasemega seotud mõisteid

• Helirõhutaseme korrigeeritud väärtus on helirõhutase, mille mõõtmisel on kasutatud asjakohaste standardite nõuetele vastavaid sagedusfiltreid A ja C ja mida tähistatakse vastavalt L_pA ja L_pC.
• Ekvivalentne helirõhutase L_pA,eq,T või L_pC,eq,T on helirõhutase teatud ajavahemikul, mille mõõtmisel kasutatakse A- või C-korrektsiooni ja mida mõõdetakse detsibellides (dB).
• Maksimaalne helirõhutase L_pA,max või L_pC,max on helirõhutaseme maksimaalne väärtus teatud ajavahemikul, mille mõõtmisel kasutatakse A- või C-korrektsiooni ja ajakarakteristikut "Fast", kui mõõtmismeetodites ei ole sätestatud teisiti, ja mida mõõdetakse detsibellides (dB).
• Heli kokkupuutetase L_AE on üksiku mürasündmuse A-korrigeeritud helirõhutase, mis on mõõdetud teatud ajavahemikus T ja taandatud ajavahemikule T₀ = 1 s.

Mitmesuguste heliallikate efektiivsed helirõhud ja vastavad helirõhutasemed

Heliallikas või olukord	Kaugus heliallikast või mõõtekoht	Helirõhk prms Pa	Helirõhutase Lp dB
Reaktiivlennuk	30 m	630 Pa	150 dB
Kahuripauk	1 m	200 Pa	140 dB
Valulävi	kõrvas	100 Pa	134 dB
Kuulmiskahjustus lühiajalisel toimel	kõrvas	alates 20 Pa	120 dB
Lahingulennuk	100 m	6,3–200 Pa	110–140 dB
Suruõhuvasar, diskoteek	1 m	2 Pa	100 dB
Kuulmiskahjustus kestval toimel	kõrvas	alates 0,36 Pa	85 dB
Liiklus magistraalteel	10 m	0,2–0,63 Pa	80–90 dB
Auto	10 m	0,02–0,2 Pa	60–80 dB
Teler keskmisel tugevusel	1 m	0,02 Pa	60 dB
Normaalne vestlus	1 m	2 · 10−3 –2 · 10−2 Pa	40–60 dB
Vaikne tuba	kõrvas	2 · 10−4 –6,3 · 10−4 Pa	20–30 dB
Puulehtede sahin, vaikne hingamine	kõrvas	6,32 · 10−5 Pa	10 dB
Kuuldelävi sagedusel 2 kHz	kõrvas	2 · 10−5 Pa (20 µPa)	0 dB

Heli kiirgusrõhk

Heli kiirgusrõhk on keskmine rõhk, mida heli avaldab heliväljas olevale kehale. See heli rõhk P on võrdeline helienergia tihedusega ja oleneb heli langemisnurgast ning ka pinna peegeldustegurist. Ülalkirjeldatud helirõhust p on kiirgusrõhk P mitu suurusjärku väiksem. Näiteks kui heliintensiivsus on 1 W/m² (tase vastavalt 160 dB), siis p = 3000 Pa, aga P normaalisihis ainult ca 10 Pa.