Äänen voimakkuus

Desibeliasteikko

Äänenvoimakkuuden mittayksikkö on desibeli, dB, kymmenesosa belistä.  Kun kuuntelemme arkielämän ääniä, juuri ja juuri kuultava ääni eli  kuulokynnys on 0 dB.  Todellisuudessa koko väestön kuulokynnys on muutamia desibelejä ylempänä.

Teknisesti voidaan mitata 0 dB:n äänen äänenpaine. Fysiikassa mittayksikkönä on Pascal. Kuulokynnys on 0,0002 pascalia 1000 Hz:n taajuudella. Kaikkia muita ääniä verrataan tähän äänenpaineeseen ja näin saadaan paljon käytetty desibeliasteikko.

Äänenpainetta ei yleensä arkielämässä huomaa, mutta nykyiset bassokaiutinsetit diskoissa ja konserteissa aiheuttavat selviä painetuntemuksia.

Desibeliasteikolla kuulokynnys on 0 dB ja kipukynnys n. 120-130 dB. Ihmispuheen voimakkuus on keksimäärin n. 50-55dB. Melurajana pidetään yleisesti 80 dB.

Desibeliasteikko on logaritminen. Desibeliarvoja ei voi suoraan laskea yhteen. Kun yksi soittaja soittaa 60 dB:n voimakkuudella, kaksi soittajaa soi korkeintaan  n. 63 – 64 dB:n voimakkuudella. Jos äänipöydässä miksatan yhteen kaksi yhtä voimakasta mutta erilaista  ääntä, voimakkuus lisääntyy 3-4 dB.  Jos äänet ovat täsmälleen samoja, voimakkuus lisääntyy 6 dB.

Korva kuulee äänen voimakkuuden kaksinkertaistuvan, kun voimakkuus lisääntyy 10 dB.  Kun radio-ohjelmassa on puhetta ja sen alla taustamusiikkia, hyvä nyrkkisääntö on vaimentaa musiikkia n. 10-15 dB, eli hieman alle puoleen.

Kuulokäyrät

Korvan herkkyys on erilainen eri taajuuksilla. Korvan herkkyyttä kuvataan ns. Munson-Fletcherin kuulokäyrillä. Kuulokäyräkuvassa vaaka-akselilla on äänen taajuus, pystyakselilla fysikaalinen voimakkuus.  Käyrät kuvaavat, miten voimakkaana ääni keskimäärin kuullaan.

Kuulokäyrien merkitys konkretisoituu, jos kuvittelemme pystyakselille voimakkuussäätimen. Miten paljon voimakkuutta pitää lisätä, jotta ääni nousisi kuulokynnyksen yläpuolelle? Matalilla äänillä voimakkuutta on lisättävä huomattavasti. Korva on herkin taajuusalueella 2000-5000 Hz.

Voimakkailla äänillä korvan herkkyyseroja ei juuri ole.

 Kuulokäyrien merkitys korostuu, kun ääntä häivytetään pois. Ensin häipyvät matalimmat ja kaikkein korkeimmat äänet. Viimeisinä jäävät kuuluviin preesensalueen äänet, 2000-5000 Hz. Tämä ilmiö toistuu joka kerta, kun pienennämme esim. radion kuunteluvoimakkuutta tai häivytämme äänikuvassa ääniä pois. Kalliimmissa radioissa on vuosikymmeniä ollut käytössä ns. loudness-säädin, joka voimakkuutta pienentäessä korostaa matalimpia ja korkeimpia taajuuksia. Tällä tavoin ääneen jää bassoja pienelläkin kuunteluvoimakkuudella.

Kuulokäyrät kuvaavat korvan ominaisuuksia. Korva on hyvin epäherkkä matalille äänille. Äänen voimakkuuden tulee olla varsin suuri, ennen kuin matala ääni aistitaan. Samoin korkeille taajuuksille korva on epäherkkä. Korva on herkin alueella 2-5 kHz. Kuvion yläosasta näkyy, että suurilla äänenvoimakkuuksilla, 80 dB ja yli, korvan herkkyyserot eri taajuusalueilla pienenevät.

Toisinaan kuulohavaintojen yhteydessä ei puhuta desibeleistä vaan foneista, jotka ovat suunnilleen sama asia.

Hiljaiset äänet

Hiljainen ympäristökin on tulvillaan ääniä vaikka niitä ei arkiaskareiden keskellä ehkä huomaa Yleisradion tyhjässä musiikkistudiossa oli aikoinaan mittauksen mukaan 18 dB pohjahälyä lampuista, ilmastoinnista, teknisistä laitteista ja ulkoa.

Talvinen metsä on mielenkiintoinen, kun kuuntelee tarkkaan. Juuri satanut lumi vaimentaa ääniä, mutta siitä huolimatta lyhytkin kuuntelu paljastaa yksityiskohtia: lumi tömähtää alas oksalta, tiaisparvi piipittää, tuuli kohahduttaa puuryhmää, kaukaa kuuluu liikenteen ääniä. Hiljaisuus ei ole samaa kuin äänten puuttuminen, ”tyhjyys”. Luentosalissa ennen luennon alkua voi olla hiljaista, mutta siellä on valtavasti tukahdutettuja yskähdyksiä, liikeääniä, paperin kahinaa.

Moniin tehostekokoelmiin, kuten aikoinaan Yleisradion Tehostoon, kerättiin erilaisia taustoja eli ”akustiikkoja”. Niitä käytettiin esim. kuunnelmatuotannossa, kun haluttiin studiossa luoda aidontuntuinen ääniympäristö. Vieraissa maissa tehdyt taustat ovat usein ongelmallisia; niissä on usein sellaisia yksityiskohtia, jotka ovat vieraita. Esim. puistokatu Helsingin Munkkiniemessä vai puistokatu Pasadenassa. Autojen äänet ovat erilaisia, lähestyvä jäätelöauto soittaa erilaista melodiaa, jne.

Suuri osa pienimmistä äänistä arkielämässä on ihmisten toiminnasta ja liikkumisesta syntyviä vähäpätöisiä ääniä, joilla on kuitenkin mielikuville valtava merkitys. Vaatteiden kahina, elehtimisestä syntyvät lisä-äänet ja asennon muutokset kuuluvat.

Voimakkaat äänet

Voimakkaat luonnonäänet ovat melko harvinaisia. Ukkosilmalla lähelle iskevä salama voi aiheuttaa yli 120 dB:n äänen. Melkein kaikki voimakkaat luonnonäänet ovat mullistusten ja katastrofien ääniä. Kun Krakatoan tulivuori purkautui v. 1883, kaksi kolmasosaa 33 neliökilometrin saaresta räjähti. Räjähdysääni kuultiin jopa 4 500 km:n päässä. Purkaus aiheutti muitakin omalaatuisia ilmiöitä. Esim. iltaruskot olivat poikkeuksellisen kauniita seuraavina vuosina, koska ylempiin ilmakerroksiin oli joutunut suuri määrä tuhkaa.

Kun meteoriitti putosi Tunguskan taigalle, Siperiaan vuonna 1908,  sen aiheuttama räjähdys tuhosi metsää kymmenien kilometrien säteellä, ja räjähdysääni voitiin kuulla satojen kilometrien etäisyydellä. Länsi-Euroopassakin meteoriitti havaittiin valoilmiönä.

Suuret vesiputoukset kohisevat voimakkaasti. Ääni voi kuulua kilometrien päähän. 

Ihmiset ovat tuottaneet voimakkaita ääniä jo vuosituhansien ajan. Voimakkaita ääniä on käytetty sodissa vihollisen pelottelemiseen ja uskonnollisissa rituaaleissa pahojen henkien karkottamiseen. Roomalaisaikana sotaan lähtiessä otettiin urkujen kaltainen soitin mukaan joukkojen kärkeen. Keskiajalla tällainen ”pyhä melu” siirrettiin sisälle, suuriin kaikuviin kirkkoihin.

Työnteko on aina aiheuttanut voimakkaita ääniä. Sepän pajassa voimakkaimmat iskut ovat yli 100 dB. Työn teon äänet olivat ennen yksittäisiä iskuääniä, ja niiden avulla työntekijä kontrolloi työsuoritustaan. Teollinen vallankumous muutti varsin radikaalisti äänimaisemaa. Nyt ovat tyypillisimpiä yhtenäisenä jatkuvat laajakaistaiset polttomoottoreiden äänet. Ne syntyvät tiuhaan toistuvista ”räjähdysäänistä”, jotka korva kokee yhtenäisenä äänenä.

Äärimmäinen ääni-ilmiö on esim. Saturnus-raketti, joka kilometrin etäisyydellä pauhaa 130 dB:n voimakkuudella. 10 km:n etäisyydellä voimakkuus on vielä 110 dB.

Dynamiikka

Musiikissa dynamiikka tarkoittaa äänenvoimakkuuksien vaihtelua. Puheessa on joillakin puhujilla suuria dynaamisia vaihteluita, jotkut puhuvat tasaisesti.

Konserttisalissa musiikkiesityksen dynamiikka syntyy voimakkaiden ja hiljaisten jaksojen vuorottelusta. Sinfoniaorkesterin dynamiikka voi olla jopa 70 dB. Kun kaikki soittavat kovaa, voimakkuus on jopa 110 dB. Esityksen hiljaisimman jakson tulee olla voimakkaampi kuin salin yleinen hälytaso, joka on n. 30 dB (yleisön äänet, ulkoa kuuluvat äänet, ilmastointi, jne.).

Musiikissa dynamiikan tasoja kuvataan italiankielisin termein.

• Piano pianissimo / Pianissimo possible – ppp – niin hiljaa kuin mahdollista
• Pianissimo – pp – hyvin hiljaa
• Piano – p – hiljaa
• Mezzopiano – mp – aika hiljaa
• Mezzoforte – mf – aika kovaa
• Forte – f – kovaa
• Fortissimo – ff – hyvin kovaa
• Forte fortissimo – fff – niin kovaa kuin mahdollista

Dynamiikkatasot riippuvat äänenvoimakkuudesta, mutta myös äänen taajuusrakenne vaikuttaa huomattavasti voimakkuuselämykseen. Mitä laajempi taajuusalue äänessä on, sitä voimakkaammalta se kuulostaa. Kovaa soitettaessa äänessä on paljon yläsäveliä, hiljaa soitettaessa yläsäveliä on vain muutama. Tämä korostuu erityisesti matalissa äänissä, koska niissä on yleensä paljon yläsäveliä. Hyvin korkeisiin ääniin ”mahtuu” vain muutama yläsävel.

Kuuluvuus

Milloin kaksi ääntä kuulostavat yhtä voimakkailta? Se on tärkeää äänitarkkailijalle, joka säätää esimerkiksi uloslähtevää radio-ohjelmaa. Fletcher-Munsonin kuulokäyrät kertovat paljon siitä, miten voimakkaina äänet kuullaan. Kuulo on erittäin epäherkkä matalilla ja hyvin korkeilla taajuuksilla. Korva on herkin alueella 2-5 kHz.

Mutta muutkin tekijät vaikuttavat äänten koettuun voimakkuuteen, kuuluvuuteen. Yksi näistä tekijöistä on taajuusalue. Mitä laajempi taajuusalue äänessä on, sitä voimakkaampana se koetaan. Koko kuuloalue jakaantuu suunnilleen 1/3 oktaavin levyisiin ”kriittisiin kaistoihin”, joiden sisäpuolella voimakkuushavainto pysyy samana, mutta mitä useampia kriittisiä kaistoja ääni kattaa, sitä voimakkaammalta ääni kuulostaa.

Äänenvoimakkuuden kokemus syntyy pitemmän ajanjakson kuluessa. Voimakkuuskokemus ei vaihtele koko ajan äänen hetkellisten muutosten mukaan ( kuin korkki myrskyaallokossa), vaan pitemmän ajanjakson kuluessa syntyy yhtenäinen voimakkuuskokemus. Aivot jollain tavoin laskee äänen keskimääräisen voimakkuuden. Äänitarkkailijan tulisi havaita tämä ”keskimääräinen” voimakkuus ja säätää ohjelman eri jaksot samalle voimakkuudelle.

Asiaa monimutkaistaa moni asia. Yksi niistä on adaptoituminen eli mukautuminen. Kun ääni jatkuu täsmälleen muuttumattomana pitkään, korva ”väsyy” ääneen ja lakkaa kuulemasta sitä. Sen vuoksi esim. ääninauhasta lähtevä sihinä häiritsee aluksi, mutta vähitellen se häviää lähes kuulumattomiin.
 
Äänten keskimääräiset voimakkuudet voivat  vaihdella paljon myös äänten rakenteen perusteella. Musiikki on usein jatkuvaa, yhtenäistä. Puhe on katkeilevaa, äänteet ovat lyhyitä ja jotkut äänteet hyvin hiljaisia. Jos arvioidaan musiikin ja puheen keskimääräistä voimakkuutta, musiikki kuulostaa voimakkaammalta.