GLASNOAOsnovni pojmovi koji prethode definiciji glasnoeZvuni tlakZvuni tlak je poremeaj atmosferskog tlaka uzrokovan zvukom. IliZvuni tlak je izmjenini tlak superponiran atmosferskom tlaku(Jelakovi, 1977). Jedinica za izraavanje atmosferskog tlaka, pa tako i za zvuni tlak zove sepaskal(Pa). Stare jedinice za tlak su bar i mikrobar. Paskal je 10 puta vei od mikrobara.1 Pa = 1 N/m2N je jedinica za silu (od Newton).Newton (N) jedinica sile u MKS sustavu. To je sila koja masi od jednog kilograma daje ubrzanje od 1m/s2. Newton je 9, 81 puta manja jedinica od kiloponda. (Lii i Velimirovi, 1965)Atmosferski tlak ima oko 105Pa (1000 hektopaskala), ili 106mikrobara, odnosno 1bar. Za bar postoji jo nazivatmosfera.Najmanji zvuni tlak kojega ljudsko uho moe zamijetiti (uti kao zvuk) iznosi oko 0.00002Pa, ili 2x10-5Pa. Tu je vrijednost Internacionalna standardizacijska organizacija (ISO) odabrala (standardizirala) kao referentnu veliinu referentni zvuni tlak.Najvei zvuni tlak kojega ljudsko uho moe podnijeti je milijun puta vei od referentnoga, odnosno 20Pa (prema 106x 2x10-5).Atmosferski tlak mjeri sa barometrom a zvuni tlak mikrofonom.IntenzitetZvunim se valom prenosi mehanika energija. Koliina energije koja u jednoj sekundi prostruji kroz plohu veliine 1 m2, okomito postavljenu na smjer irenja zvuka, naziva se jakost ili intenzitet zvuka (Jelakovi, 1977). Prema tome jakost i intenzitet, ovako definirani, postaju sinonimi.Intenzitet zvuka moe se izraunati pomou poznate veliine zvunog tlaka i poznatih svojstava medija (zraka) prema:I = p2/(oc)W/m2pri emu je p zvuni tlak,ogustoa zraka,a c brzina zvuka.S obzirom na to da za zrak umnoakoc iznosi 410, prva se formula moe pojednostaviti kao:I = p2/410 W/m2Prama ovoj formuli, ako se umjesto p uvrsti referentni zvuni tlak,moe se izraunati ireferentni zvuni intenzitet,koji iznosi 9.76x10-13, odnosno, priblino 10-12W/m2.Na isti nain, uvrstimo li u formulu za intenzitet maksimalnu veliinu zvunog tlaka kojeg ovjek moe podnijeti dobit emo zvuni intenzitet od 1 W/m2.Treba istaknuti kako je dinamika sluha velika: najmanji i navei zvuni tlak kojeg uho moe registrirati odnose se kao 1 : 106a zbog toga to intenzitet zvukak ovisi o kvadratu zvunog tlaka, najmanji i najvei zvuni intenzitet odnose se kao 1 : 1012.SnagaSnaga (P) zvuka definira se kao koliina energije koja sekundi prostruji kroz povrnu veliine S, izraava se watima (W), a rauna se kao umnoak intenziteta i veliine povrine na kojoj taj intenzitet djeluje.P = I x S(W)Iz toga proizlazi da se snaga izvora zvuka moe izraunati na temelju izmjerenog zvunog tlaka i podatka o udaljenosti od izvora na kojoj je izmjeren zvuni tlak. O veliini zvunog tlaka zavisi intenzitet zvuka. Uz pretpostavku kuglastog irenja (u svim smjerovima) zvunog vala od izvora do mjesta na kojem se mjeri zvuni tlak, povrina na koju se rasporeuje zvuni intenzitet rauna se prema formuli za oploje kugle prema:S = 4r2(m2)Prema tome, ako na primjer elimo znati koju zvunu snagu mora imati izvor zvuka da na udaljenosti od 5 metara moe proizvesti zvuni intenzitet od 1 W/m2,treba najprije izraunati koja je povrina oploja kugle radiusa 5 m:S =4x52=100= 314 m2Prema tome, izvor zvuka mora ima ti snagu od 314 W, (prema 314x1) da na udaljenosti od 5 metara djeluje intenzitetom zvuka od 1 W/m2.DecibelDecibel se definira kao veliina koja predstavlja logaritam odnosa dvaju intenziteta. Zapravo, tako definirana veliina jebel(prema Grahamu Bellu izmumitelju telefona), a prikladnija, deset puta manja jedinica zove se decibel (dB).Broj decibela izraunava se prema:n = 10 log (I1/I2)(dB)gdje n predstavlja broj decibela, a I1i I2su bilo koja dva intenziteta zvuka.Na taj nain dinamika slunog polja, odnos najjaeg i najslabijeg zvuka kojega ovjek moe uti,od odnosa1012: 1 svodi se na 120dB prema:N = 10 log (1012/1) = 120 (dB)Prema tome, ako se dva intenziteta (ili dvije snage) zvuka odnose kao 2 : 1, u decibelima izraeno to predstavlja odnos od 3 dB prema:n = 10 log (2/1)zato to je log 2 oko 0,3.Na isti nain, 10 puta vei intenzitet predstavlja 10dB, 100 puta vei 20dB itd.Budui da je decibel definiran preko odnosa intenziteta, aintenzitet zvuka ovisi o kvadratu zvunog tlaka, u sluaju kad se u decibelima eli izraziti odnos dvaju zvunih tlakova, formula poprima oblik:n = 20 log (p1/p2)Zbog toga dvostruki intenzitet predstavlja poveanje intenziteta od priblino 3 dB, a dvostruki zvuni tlak predstavlja poveanje zvunog tlaka od 6 dB.RAZINA ZVUNOG INTENZITETA I RAZINA ZVUNOG TLAKARazina zvunog intenzitetaje u decibelima izraen odnos nekog intenziteta zvuka prema referentnom zvunom intenzitetu. Analogno tome jerazina zvunog tlaka(sound presure level - SPL)u decibelima izraen odnos nekog zvunog tlaka prema referentnom zvunom tlaku.Jednostavnim uvrtavanjem u formulu dobivamo da je razina intenziteta referentnog zvunog intenziteta - nula decibela. Drugim rijeima, zvuni intenzitet od 10-12W/m2po definiciji predstavlja veliinu od nula decibela razine zvunog intenziteta. Analogno tome, razina zvunog tlaka od0.00002 Pa takoer predstavlja nula decibela.Ako se jaina nekog zvuka izrazi u decibelima i ne kae se eksplicitno koja se dva intenziteta usporeuju, onda se podrazumijeva da je jedan od intenziteta referentni zvuni intenzitet, 10-12W/m2. Isto vrijedi i za razinu zvunog tlaka.GLASNOA(Zwicker-Fastl)Razina glasnoeUsporeivanje glasnoa dovodi do konzistentnijih rezultata nego procjena veliine (comparison/ magnitude estimation). Ideju razine glasnoe uveo je Barkhausen dvadesetih godina prolog stoljea.Razina glasnoe nekog zvuka (loudness level) jest razina zvunog tlaka (sound preassure level, SPL) tona od 1 kHz koji je isto glasan kao taj zvuk. Jedinica takve dimenzije zove se "fon" (phon). Razina glasnoe moe se izmjeriti i izraziti za bilo koji zvuk. Najee se ilustrira za iste tonove razliitih frekvencija. Linije krivulje koje povezuju mjesta iste razine glasnoe zovu se izofone.

Slika 8.1 Linije iste glasnoe - izovone za iste tonove. Brojevi kojima su krivulje oznaene izraeni su u fonima (jedinica za razinu glasnoe) i u sonima (jedinica za glasnoe).Prema definiciji, sve krivulje neke razine glasnoe (parametar oznaen nad krivuljom) na mjestu koje oznaava frekvenciju od 1000 Hz imaju isti broj fona i decibela. Prag sluha, koji je takoer krivulja iste glasnoe, oznaen je crtkanom linijom. Zbog toga to je razina zvunog tlaka (SPL) na pragu sluha za 1000 Hz 3 dB, a ne 0 dB, parametar nad crtkanom krivuljom je 3 fona. Za tihe zvukove, oko 20 fona, krivulje iste glasnoe gotovo su paralelne s krivuljom koja oznaava prag sluha. Za tonove iznad 200 Hz krivulje su paralelne i na veim intenzitetima. Za frekvencije ispod 200 Hz, krivulje na veim intenzitetima sve su poloenije, meu njima je manji razmak. Ton od 50 Hz 50 dB razine zvunog tlaka dosie razinu glasnoe od 20 fona, dok 50 Hz 110 dB (SPL) dosee 100 fona. Razlika u broju fona i broju decibela na malim intenzitetima je 30 a na velikim samo 10. Najosjetljivije mjesto u spektru, izmeu 2 i 5 kHz oznaeno je na pragu sluha sniavanjem krivulje. Na velikim intenzitetima taj je udolina jo izraenija.Funkcija glasnoeGlasnoa je osjet koji odgovara (korelira) s intenzitetom stimulusa. Odnos veliine stimulusa i veliine osjeta moe se mjeriti tako da ispitanici odgovaraju na pitanje koliko je puta neki zvuk glasniji ili tii od referentnoga. To se moe postii tako da ispitanik ugaa intenzitet stimulusa tako da osjet glasnoe prema prema referentnom zvuku ima neki zadani odnos, ili na taj nain da se procjenjuje veliina (odnos) dvaju prezentiranih zvukova. Standardni ton 1000 Hz 40 dB SPL predstavlja glasnou jednog sona. Za procjenu glasnoa najjednostavniji je odnos udvostruavanja, odnosno, prepolovljavanja. Ispitanici trae na koju se razinu zvunog intenziteta mora poveati intenzitet da zvuk bude dvostruko glasniji od poetnoga ili koliko treba smanjiti razinu intenziteta da se procjenjuje upola glasnim od poetnoga.

Slika 8.3. Potrebno poveanje (smanjenje) razine intenziteta da bi se postigao osjet dvostruke (rapolovljene) glasnoe tona od 1 kHz u zavisnosti poetnoj razini.Prosjena vrijednost dobivena na temelju mnogobrojnih mjerenja ovoga tipa jest da ton od 1000 Hz treba pojaati 10 dB da bi izazvao osjet dvostruke glasnoe. To znai, ton od 40 dB SPL treba pojaati na 50 dB SPL da bi osjet glasnoe porasao od 1 na dva sona. Od 40 dB (fona) navie vodoravna linija oznaava da oko 10 dB predstavlja osjet dvostruke glasnoe. Ispod 40 dB smanjuje se potrebna razlika u razini intenziteta da bi se postigla promjena glasnoe 1:2. Dakle, poveanje razine intenziteta za 10 fona rezultira poveanjem dvostrukim poveanjem glasnoe, a poveanje razine od 20 fona rezultira etiri puta glasnijim zvukom, 4 sona. Meutim, zvukovi koji imaju samo 20 fona, nisu samo 4 puta tii od zvukova s 40 fona, ve su tii s faktorom 6,6 odnosno imaju samo 0,15 sona (1/6,6), a ne 0,25 sona. Da bi se udvostruila glasnoa tonu razine zvunog tlaka od 20 dB, potrebno je samo 5 dB, a na razini 10 dB potrebno je samo 2 dB da se zvuk ini dvostruko glasnijim. Zvuk od 3 fona, predstavlja prag sluha, pa je to dakle glasnoa od 0 sona.Glasnoa djelomino maskiranih tonovaum razine gustoe (density level) od 30 dB (po hercu) djeluje kao maskirajui zvuk i podie prag ujnosti tona od 1 kHz tako da je tek ujan uz razinu zvunog tlaka od 50 dB. Dakle, njegova je glasnoa u tom sluaju nula sona. Da nema maskirajueg tona, takav zvuk imao bi glasnou od 2 sona. Meutim, ako se razina tona od 1 kHz povea uz prisustvo istog maskirajueg uma, do 80 dB, provocirati e osjet glasnoe slian kao da nema maske. To znai da je krivulja glasnoe u tom sluaju strmija.

Slika 8.10. Glasnoa tona od 1 kHz u funkciji njegove razine. Crtkana linija predstavlja funkciju glasnoe u tihim uvjetima. Druge dvije krivulje predstavljaju glasnou tona od 1 kHz uz prisustvo ruiastog uma razine intenziteta od 40 i 60 dB po 1/3 oktave. Vidimo da su uz viu razinu uma krivulje strmije i da uz vee razine tona od 1 kHz konvergiraju slinim vrijednostima.Loudness recruitment (iz Moore 1997)Rekritman glasnoe nalazi se kod pereptivne nagluhosti, odnosno kod oteenja kohlee, a primjeuje se po veem porastu glasnoe uz isti porast stimulusa. Pretpostavimo da netko ima jednostrano oteenje na 4000 Hz od 60 dB. Ako zdravom uhu emitiramo 4 kHz sa 100 dB SPL tada e to sluatelju biti isto tako glasno kao kad mu isti ton (4 kHz, 100 dB) emitiramo u oteeno uho. Prema tome ton koji je samo 40 dB iznad praga u oteenom uhu, ini se isto glasnim kao ton koji je 100 dB iznad praga u zdravom uhu. Takvo se ponaanje u ovom sluaju smatra nenormalnim, meutim, treba primijetiti da je to slian fenomen kao u sluaju sluanja vrlo niskih i vrlo visokih frekvencija (za normalno uho).

fig.2.12 Primjer rekritmana glasnoe za jednostranih oteenja. Ton fiksne razine u oteenom uhu alternira se s tonom promjenjive (ugodljive) razine glasnoe u zrdavom uhu. Ispitanici su ugaali razinu intenziteta u zdravom uhu tako da se izjednai s glasnoom u oteenom uhu. Prema tome dijagram (puna linija) predstavlja razinu intenziteta (SPL) tona u zdravom uhu u funkciji razine intenziteta u oteenom uhu u sluaju kad su po glasnoi izjedaneni. Crtkana linija (nagib 1) predstavlja funkciju za oba zdrava uha.Za oba zdrava uha funkcija zapravo nije pravac nagiba 1, nego je malo na velikim intenzitetima krivulja malo blaeg nagiba zbog toga jer ipistanici izbjegavaju jako glasne zvukove.Pogledamo li dijagram, ton od 60 dB SPL u oteenom uhu ini se jednako glasnim kao ton od 27 dB SPL u zdravom uhu. Tu se vidi razlika u apsolutnom pragu izmeu oba uha. Meutim, ton od 90 dB SPL u oteenom uhu ini se jednako glasnim kao ton od 80 dB u zdravom uhu. Treba pretpostaviti da bi se uz vee intenzitete eksperimentiranja krivulja susrela s onom za normalno sluanje.

Utjecaj trajanja na glasnou zvukaVeina prirodnih zvukova dinamiki je modulirana u vremenu. To se posebno odnosi na govor i glazbu. Pokusima je ustanovljeno da osjet glasnoe ovisi o trajanju zvuka. Isto tako zavisi o uestalosti ponavljanja kratkotrajnih impulsa.

slika 8.12 Glasnoa isjeaka zvuka iz tona od 2 kHz 57 dB SPL u funkciji trajanja tih isjeaka.Glasnoa u funkciji trajanja mijenja se (smanjuje) samo za krae zvukove od 100 milisekundi. Za due zvukove od 100 ms, glasnoa je neovisna o njihovu trajanju. Na slici 8.12 prikazana je glasnoa (soni na ordinati) isjeaka tona od 2 kHz. (Ton od 2 kHz upotrijebljen je umjesto tona od 1 kHz zato jer dozvoljava vee skraivanje bez bitnog utjecaja proirenja spektra) Isjeci tona oblikovani su postepenim poecima i zavecima.Glasnoa se smanjuja s faktorom 2 za skraivanje zvuka faktorom 10. To znai, ako ton skratimo od 100 ms na 10 ms, glasnoa mu padne od 4 sona na 2 sona. Nadalje, ekstrapoliramo li krivulju, skraenje do 1 milisekude dovest e do redukcije na glasnou od 1 son.

slika 8.13 Razina glasnoe isjeaka tona od 2 kHz od 57 dB SPL u funkciji njihova trajanja. Crtkane linije predstavljaju upotrebljivu aproksimaciju.Usporedimo li podatke slike 8.12 sa slikom 8.13, vidimo prije opisanu zavisnost, ovdje na drugi nain prikazanu. Razina glasnoe (izraena fonima) opada za 10 fona ako se trajanje smanji 10 puta. Slina se zavisnost nalazi ako se eksperimentira i drugim frekvencijama.Kako vidimo na dijagramu 8.13, ton 2 kHz trajanja 5 ms ima razinu glasnoe od 47.5 fona. Takav je zvuni isjeak upotrijebljen za promatranje zavisnosti o njegovu ponavljanju (repetition rate).

slika 8.14 Razina glasnoe isjeka od 5 ms trajanja tona od 2 kHz 57 dB SPL , u funkciji o broju ponavljanja (u sekundi) Uz 200 ponavljanja u sekundi postie se kontinuriani ton.Do otprilike 5 ponavljanja u sekundi takav tonski isjeak ima priblino istu razinu glasnoe kao i jedan izolirano emitiran, to jest 47.5 fona. Uz veu uestalost tonskih isjeaka razina glasnoe raste postepeno sve do uestalosti od 200 puta u sekundi, kad se niz impulsa pretvara u kontinuirani ton, a razina glasnoe dosegne razinu dugotrajnih tonova 60 fona.