Helirõhk

Helirõhk on akustikas helilaine tekitatud lisarõhk gaasis või vedelikus, mida mõõdetakse paskalites.^[2].

Heli iseloomustavad suurused
ja nende tasemed ^[1]

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)

Definitsioon

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

Helirõhk ${\displaystyle p}$ lisandub vahelduvasuunalise (positiivse või negatiivse märgiga) rõhuna staatilisele rõhule ${\displaystyle p_{st}}$ (nt õhurõhule):

${\displaystyle p_{\mathrm {kogu} }=p_{\mathrm {st} }+p}$

Helirõhk avaldub pinna ${\displaystyle A}$ pindalaühikule (ruutmeetrile) mõjuva jõuna ${\displaystyle F}$:

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

Helirõhk on suuruselt staatilisest rõhust oluliselt väiksem.

Helirõhu muutust ajas saab lihtheli (siinustooni) korral kirjeldada valemiga

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

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

Helirõhutase

Tingituna sellest, et kuulmisaisting pole võrdeline helirõhu muutusega, vaid ligikaudu selle logaritmiga, kasutatakse akustikas helirõhu asemel helirõhkude suhte logaritmi ja väljendatakse seda detsibellides. Õhus leviva helilaine korral on lähtetasemeks (kontrollväärtuseks) ${\displaystyle p_{0}}$, millega helirõhkusid võrreldakse, kuuldelävele vastav kokkuleppeline helirõhk

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

Veeakustikas on kontrollväärtus 1 mikropaskal ehk

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

Teades mõõdetava helirõhu efektiivväärtust (ruutkeskmist väärtust ${\displaystyle p}$, on helirõhutase ${\displaystyle L_{p}}$ vastava kontrollväärtuse ${\displaystyle p_{0}}$ suhtes arvutatav valemiga

${\displaystyle L_{p}=20\log _{10}\left({\frac {p}{p_{0}}}\right)~{\text{dB}}.}$

Näiteks juhul, kui helirõhk ${\displaystyle p}$ on 100 Pa (see vastab inimese valulävele) ja tegemist on heliga õhus, siis helirõhutase

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

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

${\displaystyle p_{rms}=p_{0}\cdot {10}^{\frac {L_{\text{p}}}{20}}=0,00002\cdot {10}^{\frac {80}{20}}=0,2\;{\text{Pa}}.}$

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^[2]

• 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.

Viited

1. Schallgrößen und ihre Pegel
2. Keskkonnaminister (30.05.2020, 2). "Välisõhus leviva müra normtasemed ja mürataseme mõõtmise, määramise ja hindamise meetodid". Riigi Teataja. Vaadatud 05.05.2021. {{netiviide}}: kontrolli kuupäeva väärtust: |Aeg= (juhend)