Natężenie dźwięku a głośność - czy to jedno i to samo?

Dlaczego? Natężenie dźwięku jest zjawiskiem obiektywnym - możemy je zmierzyć i pomiar taki da wynik powtarzalny w każdych warunkach i dla każdego poprawnie działającego miernika. Głośność to wrażenie subiektywne, właściwe danemu osobnikowi. Poza tym, że zależy oczywiście od natężenia dźwięku, na jego wartość ma wpływ również częstotliwość danego dźwięku. Jasne jest dla wszystkich, że im natężenie dźwięku większe, tym większa jest głośność, ale dwa dźwięki mające te same natężenia dźwięku, ale różne częstotliwości, mogą mieć zupełnie różną głośność.

Głośność najlepiej jest określać w odniesieniu do głośności tonu o ustalonej częstotliwości i natężeniu - przyjmuje się tu ton o częstotliwości 1.000 Hz. Na rysunku poniżej przedstawiono krzywe jednakowej głośności, a w zasadzie krzywe jednakowego poziomu głośności (izofony) - czym się różni poziom głośności od samej głośności, za moment. Wartość poziomu natężenia dźwięku dla tonu 1.000 Hz odpowiada poziomowi głośności wyrażanej w jednostkach zwanych fonami. I tak, dla przykładu: ton o częstotliwości 1.000 Hz i poziomie dźwięku 40 dB ma poziom głośności równy 40 fonom. Ale aby uzyskać taką samą wartość poziomu głośności dla tonu 200 Hz, musimy osiągnąć poziom natężenia dźwięku dla tego tonu równy 53 dB.

Odbiegając nieco od tematu, przy okazji, chciałbym poruszyć jeszcze jeden temat. Pisałem wyżej: ton taki, ton owaki. Czy ton i dźwięk to nie to samo? I znowu, jako odwieczny buntownik, muszę zaprzeczyć (podobno zaprzeczanie wychodzi mi tak dobrze, że czasami nawet zaprzeczam sam sobie). Dokładnie rzecz ujmując, w jedną stronę tak, ale w drugą już nie, czyli każdy ton jest dźwiękiem, ale nie każdy dźwięk jest tonem.

A to dlatego, iż ton jest to dźwięk wytworzony przez sinusoidalne drgania akustyczne. Natomiast dźwięk jest to wrażenie słuchowe, wytworzone drganiami akustycznymi - dowolnymi drganiami. Mogą to być drgania okresowe lub nieokresowe, sinusoidalne lub niesinusoidalne, jakiekolwiek. Dlatego ton jest tylko jednym, i to najprostszym, z całej gamy otaczających nas dźwięków.

Wróćmy do naszego tematu. Jeszcze raz przyjrzyjmy się rysunkowi przedstawiającemu krzywe jednakowej głośności. Wynikają z nich dwa zasadnicze fakty:
1. Poziom natężenia dźwięku potrzebny do uzyskania jednakowej głośności jest różny dla różnych częstotliwości.
2. Jednakowe zmiany natężenia dźwięku wywołują różne zmiany głośności dla różnych częstotliwości.

Musimy brać te dwa fakty pod uwagę, gdy odtwarzamy dźwięki na poziomie innym, niż "oryginalny". Czyli, gdy np. ustawimy brzmienie gitary przy określonym ustawieniu gałki głośności na piecu, a następnie nastąpi staropolski zwyczaj "w górę serca", czyli pan Gitara nagle przekręci gałę "Master" o drugie tyle dalej, to niech nas nie zdziwi fakt, że nagle gitara zrobi się "szklista" i ma więcej dołu.

I na odwrót, jeśli zmniejszymy wzmocnienie, brzmienie zrobi się bardziej "telefoniczne", to znaczy uwypukli się "środek", a ucieknie bas i "górka". Nie należy wtedy zwalać winy na pętającego się w okolicy kolegę, który na pewno pokręcił nam "gały" od korekcji, albo na sprzęt, że "zjada" nam pasmo. Pamiętajmy tylko o tej niedoskonałości naszego (i innych) słuchu, która powoduje takie "hocki-klocki".

Czy to, co napisałem wyżej o tym, czym rożni się poziom natężenia dźwięku (w dB) od poziomu głośności (w fonach), jest jasne? Jeśli nie, to teraz będzie jeszcze gorzej. Otóż, oprócz wspominanego poziomu głośności istnieje też skala opierająca się na zasadzie jednakowych przyrostów wrażenia głośności.

Rzecz ma się następująco: za pomocą poziomu głośności w fonach możemy stwierdzić, że dane tony różnią się (lub nie) głośnością i o jaką wartość. Prościej mówiąc, jeśli mamy 3 tony o poziomach głośności: 20, 30 i 40 fonów, możemy stwierdzić, że pierwszy ton jest najcichszy, drugi nieco głośniejszy, a trzeci z nich najgłośniejszy, oraz że różnice przyrostów poziomów głośności pomiędzy nimi są jednakowe (czyli 10 fonów).

Nie oznacza to jednak, że odczuwalne przez nasze ucho przyrosty głośności są jednakowe. Zagadnienie to wiąże się z kwestią stosunków między bodźcem a wrażeniem. Bodźcem będziemy nazywać tu mierzalne zjawisko fizyczne (np. poziom dźwięku), natomiast wrażeniem - zjawisko odbierane przez nasz narząd słuchu. Stwierdzono np., że w celu wywołania odczuwalnego przyrostu wrażenia jest potrzebny przyrost bodźca proporcjonalny do bodźca istniejącego.

Co to wszystko oznacza, na litość Boską?! Mały przykład - badania w Bell Telephone Laboratories wykazują, że przy poziomie dźwięku bodźca równym 60 dB względny, ledwie wyczuwalny przyrost natężenia dźwięku jest niemal stały dla wszystkich częstotliwości w zakresie od 60 do 10.000 Hz. To samo odnosi się do poziom bodźca 40 dB, lecz dla niższych poziomów bodźca względny odczuwalny przyrost natężenia dźwięku jest dla małych i dużych częstotliwości znacznie większy, niż dla średnich.

Mówiąc bardziej obrazowo, mając tony o częstotliwościach 100 Hz, 1.000 Hz i 5.000 Hz, przy poziomie dźwięku 60 dB wyczujemy zmianę poziomu już przy poziomie ok. 63 dB dla wszystkich trzech tonów.Natomiast gdy tony te odtwarzamy z poziomem 10 dB, rzecz wygląda następująco:
- dla tonu 100 Hz odczujemy zmianę poziomu dźwięku, gdy osiągnie on wartość ok. 30 dB,
- dla tonu 1.000 Hz - gdy osiągnie poziom dźwięku ok. 16 dB,
- dla tonu 5.000 Hz - przy poziomie dźwięku ok. 20 dB,

Należało zatem ustalić subiektywną skalę głośności, która umożliwiałaby określenie, ile razy głośniej jest słyszany dany dźwięk, niż inny. Dlatego ktoś mądry wymyślił skalę, której jednostką jest 1 son, odpowiadający wartości 40 fonów. Dzięki niej możemy określić relację pomiędzy poszczególnymi dźwiękami. Zależność między głośnością w sonach a poziomem głośności w fonach przedstawia wykres powyżej.

Może cały ten artykuł wygląda nazbyt zawile, ale najważniejszą rzeczą do zapamiętania jest to, że na głośność ma wpływ nie tylko natężenie danego dźwięku, ale i jego częstotliwość, oraz że dla zachowania wrażenia jednakowej głośności inny poziom dźwięku muszą mieć basy, inną soprany, a jeszcze inną (relatywnie najmniejszą) dźwięki leżące w paśmie środkowym. Co równie ważne, te proporcje zmieniają się wraz ze wzrostem natężenia dźwięku, a więc dla głośnych dźwięków (o dużym natężeniu) różnice między górą i dołem pasma a średnicą będą dużo mniejsze, niż w przypadku dźwięków cichych. I jeśli to Wam zostanie w głowach, będzie bardzo dobrze.

Piotr Sadłoń