Ciśnienie Akustyczne (p)

Definicja profesjonalna

Zanim przejdziemy do prostszych wyjaśnień, spójrzmy na formalną definicję, z którą spotkamy się w normach i literaturze technicznej. Jest ona dwuczęściowa, ponieważ jedno pojęcie wynika bezpośrednio z drugiego.

Ciśnienie statyczne – ciśnienie, które istnieje w danym punkcie ośrodka, gdy nie ma w nim drgań akustycznych; jest to ciśnienie atmosferyczne.

Ciśnienie akustyczne (p) – różnica między ciśnieniem istniejącym w danym punkcie ośrodka w chwili przejścia fali akustycznej, a ciśnieniem statycznym.

Mówiąc krótko, ciśnienie akustyczne nie jest wartością absolutną, lecz chwilową zmianą, wahaniem wokół "normalnego" ciśnienia, które nas otacza.

Akustyka w prostych słowach

Wyobraźmy sobie idealnie spokojną taflę jeziora. To nasz stan spoczynku, czyli ciśnienie statyczne (atmosferyczne). Panuje wokół nas cały czas, choć go nie odczuwamy. Teraz wrzućmy do wody kamień. Powstaje fala, która rozchodzi się po powierzchni. Ta fala ma swoje "górki" (wierzchołki) i "dołki" (doliny).

Ciśnienie akustyczne jest dokładnie tym samym, tylko w powietrzu. Źródło dźwięku (np. struna gitary, nasze struny głosowe) działa jak ten kamień – wprawia cząsteczki powietrza w drgania. Te drgania rozchodzą się, tworząc mikroskopijne, naprzemienne strefy:

• Zagęszczenia (chwilowy wzrost ciśnienia, "górka" na fali).

• Rozrzedzenia (chwilowy spadek ciśnienia, "dołek" na fali).

Te błyskawiczne wahania ciśnienia wokół stałego poziomu ciśnienia atmosferycznego to właśnie fala dźwiękowa. Gdy dociera ona do naszego ucha, porusza błoną bębenkową, a nasz mózg interpretuje te drgania jako dźwięk.

Im większa amplituda tych wahań – czyli im wyższe "górki" i głębsze "dołki" – tym większe ciśnienie akustyczne i tym głośniejszy dźwięk odbieramy.

Warto uświadomić sobie, jak niewyobrażalnie czułym instrumentem jest ludzkie ucho.

• Ciśnienie atmosferyczne (statyczne) to ok. 100 000 Paskali (Pa).

• Próg słyszenia, czyli najcichszy dźwięk, jaki jesteśmy w stanie usłyszeć, odpowiada ciśnieniu akustycznemu na poziomie zaledwie 0,00002 Pa (czyli 20 mikropaskali, µPa).

To właśnie ta wartość (20 µPa) została przyjęta jako uniwersalny punkt odniesienia w pomiarach akustycznych.

Kluczowe wnioski

Operowanie na tak małych i jednocześnie tak zróżnicowanych wartościach (od progu słyszenia do progu bólu na poziomie ok. 20 Pa) jest bardzo niewygodne. Dlatego w praktyce rzadko posługujemy się samą wartością ciśnienia akustycznego w Paskalach. Zamiast tego, odnosimy ją do progu słyszenia (20 µPa) i przeliczamy na znacznie wygodniejszą, logarytmiczną skalę – decybele (dB). Temu zagadnieniu, czyli poziomowi ciśnienia akustycznego, przyjrzymy się w jednym z kolejnych artykułów.

Pamiętaj:

• Dźwięk to fizyczne, mierzalne zjawisko – szybkie wahania ciśnienia w ośrodku.

• Ciśnienie akustyczne to amplituda tych wahań.

• Większe ciśnienie akustyczne to (w uproszczeniu) głośniejszy dźwięk.