Šta je zvuk, kako se mjeri i koja je maksimalna jačina zvuka koja se može postići?

Zvuk ili akustički pritisak lokalno je odstupanje pritiska od atmosferskog (prosječnog ili ravnotežnog) atmosferskog pritiska, uzrokovano zvučnim valom. U zraku se zvučni pritisak može mjeriti pomoću mikrofona, a u vodi s hidrofonom. SI jedinica zvučnog pritiska je pascal (Pa).

Matematička definicija

Zvučni val u mediju za prijenos uzrokuje odstupanje (zvučni pritisak, dinamički pritisak) u lokalnom pritisku okoline, statički pritisak.
Pritsak zvuka, označen sa p, definiran je pomoću

gdje

p total je ukupni pritisak;
p stat je statički pritisak.

Mjerenja zvuka

Jačina zvuka
U zvučnom valu komplementarna varijabla na zvučni pritisak je brzina čestica. Zajedno, oni određuju jačinu zvuka vala.
Jačina zvuka, označena s I i izmjerena u W · m-2 u SI jedinicama, određena je s

gdje

p je tlak zvuka;
v je brzina čestica.

Inverzno-proporcionalno pravilo

Prilikom merenja zvučnog pritiska koji stvara objekat, važno je izmeriti rastojanje od objekta, jer zvučni pritisak sfernog zvučnog talasa opada kao 1 / r od centra sfere (a ne kao 1 / r2 , poput intenziteta zvuka).
Zvučni pritisak može se razlikovati u pravcu od centra sfere, tako da su mjerenja u različitim uglovima možda potrebna, u zavisnosti od situacije. Očigledan primer izvora zvuka čiji se sferni zvučni talas razlikuje u nivou u različitim pravcima je muf.

Nivo zvučnog pritiska
Nivo zvučnog pritiska (SPL)  je logaritamska mjera efektivnog pritiska zvuka u odnosu na referentnu vrijednost.
Nivo zvučnog pritiska, označen Lp i mjeren u dB, definisan je:

gdje

p je srednji kvadratni korijen zvučnog pritiska
p0 je referentni zvučni pritisak;
1 Np je neper;
Najčešće korišćeni referentni zvučni pritisak u vazduhu je

što se često smatra pragom ljudskog sluha (približno zvuk komarca koji leti na udaljenosti od 3 m). Odgovarajuće oznake za nivo zvučnog pritiska koristeći Lp / (20 μPa) ili Lp (re 20 μPa), ali su suštinske oznake dB SPL, dB (SPL), dBSPL ili dBSPL veoma česte, čak i ako nisu prihvaćen od SI.

Većina mjerenja nivoa zvuka će biti napravljena u odnosu na ovu referencu, što znači da će 1 Pa biti jednak SPL od 94 dB. U drugim medijima, kao što je voda, koristi se referentni nivo od 1 μPa.  Ove reference su definirane u ANSI S1.1-2013.

Glavni instrument za mjerenje nivoa zvuka u okruženju je mjerač nivoa zvuka. Većina instrumenata za mjerenje nivoa zvuka pružaju očitavanje u decibelima od A, C i Z i moraju ispunjavati međunarodne standarde kao što su IEC 61672 – 2013.

Razumevanje skale decibela
Morate vrlo pažljivo razmišljati o skali decibela, jer je to logaritamska skala i na drugačiji način funkcioniše od linearne skale. Kod linearne skale rastojanje od 20cm je dvostruko daleko, dok je rastojanje od 10cm i 30cm tri puta duže. Međutim, skala logaritamska  decibel-a povećava se po deset: svako povećanje od 10dB na skali je ekvivalentno povećanju intenziteta zvuka 10 puta (što u velikoj mjeri odgovara dupliranju glasnoće). To znači da je zvuk od 20dB 10 puta više intenzivan nego zvuk od 10dB i zvuk od 30dB je 100 puta jači. Zvuk od 100dB je zapravo 1.000.000.000 puta intenzivniji nego zvuk od 10dB a ne 10 puta jači, kako biste pretpostavili. Zato zvuči visoko na skali decibela (od oko 85-200dB) glavni razlog za zabrinutost: zvučni talasi imaju toliko energije da će oštetiti vaš sluh, prije ili kasnije.

Ali kako se sve ovo pretvara u “glasnost” – šta mi zapravo osjećamo o obimu zvuka? Skala decibela je logaritamska jer je u suštini način kako naše uši reaguju. Povećanje intenziteta zvuka od 10 puta, mjereno kao povećanje od 10 dB mjeračem zvuka, osjećalo bi se kao približno udvostručavanje glasnoće. Još jedan 10-kratni porast, a još jedan porast od 10 dB, osjećao bi se kao još jedno udvostručenje. Postavljanjem ove dvije stvari zajedno, povećanje intenziteta zvuka 100 puta dalo bi povećanje od 20dB na našem mjeraču zvuka i osećalo bi se kao četvorostruko glasno. Dakle, zvuk od 100dB je 90dB glasniji od zvuka od 10dB, što je milijardu puta intenzivnije ili približno 500 puta jače.

Primjeri
Donja granica zvuka definisana je kao SPL od 0 dB, ali gornja granica nije toliko jasno definirana. Dok je 1 atm (194 dB ) najveća varijacija pritiska koji neporemećen zvučni talas može imati u Zemljinoj atmosferi, veći zvučni talasi mogu biti prisutni u drugim atmosferama ili drugim medijima kao što su pod vodom ili kroz Zemlju.
Konvencija jednake jačine
Uši otkrivaju promjene u zvučnom pritisku. Ljudski sluh nema ravnu spektralnu osjetljivost (frekvencijski odziv) u odnosu na frekvenciju nasuprot amplitude. Ljudi ne primjećuju niske i visokofrekventne zvukove, kao i one koji percipiraju zvuk između 3,000 i 4,000 Hz, što je prikazano u konturi  jačine zvuka. Pošto se frekvencijski odziv ljudskog sluha mijenja amplitudom, utvrđene su tri težine za mjerenje zvučnog pritiska: A, B i C. A  se primjenjuje na nivo zvučnih pritisaka do 55 dB, B se primjenjuje na nivo zvučnih pritisaka između 55 dB i 85 dB, a C je za mjerenje zvučnog pritiska iznad 85 dB.

Da bi se razlikovale različite mjere zvuka, koristi se sufiks: A nivo zvučnog pritiska piše se kao dBA ili LA. B nivo zvučnog pritiska piše se kao dBB ili LB, a nivo C zvučnog pritiska piše se kao dBC ili LC. Nenadmašni nivo zvučnog pritiska naziva se “linearni nivo pritiska zvuka” i često se zapisuje kao dBL ili samo L. Neki mjerni instrumenti koriste slovo “Z” kao indikaciju linearnog SPL-a.