Etäisyys ja käänteislakijärjestelmä

Seiso kaiuttimen vieressä ja kävele poispäin. Ääni hiljenee, aluksi nopeasti. Syynä on se, että äänen energia leviää.

Kuvittele pieni äänilähde avoimessa ilmassa, joka lähettää saman tehon joka suuntaan. Etäisyydellä r energia leviää pallon pinnalle, jonka pinta-ala on 4πr². Kun etäisyys kaksinkertaistuu, pallon pinta-ala on nelinkertainen, joten jokaiselle neliömetrille tulee neljäsosa intensiteetistä. Tätä kutsutaan käänteisen neliön laiksi: I ∝ 1/r².

Desibeleinä etäisyyksien r₁ ja r₂ välinen muutos on ΔL = −20 × log₁₀(r₂ / r₁). Käytännössä:

• Etäisyyden kaksinkertaistaminen pienentää tasoa 6 dB.
• Etäisyyden kymmenkertaistaminen pienentää tasoa 20 dB.

Esimerkki: äänilähteen taso on 90 dB yhden metrin etäisyydellä. Kahden metrin etäisyydellä taso on 84 dB, neljän metrin etäisyydellä 78 dB ja 8 m:n etäisyydellä 72 dB (kaava antaa tulokseksi 71,9 dB, joka pyöristetään).

Se ei ole täydellinen sääntö. Laki on täsmällinen vain pienelle lähteelle vapaassa tilassa, jossa mikään ei heijasta ääntä. Tosielämässä:

• Sisätiloissa seinät heijastavat ääntä takaisin. Lähellä lähdettä kuulet enimmäkseen suoran äänen, ja taso laskee 6 dB aina, kun etäisyys kaksinkertaistuu. Kauempana olet jälkikaiuntakentässä, ja taso tasaantuu. Etäisyys, jossa nämä kaksi ovat yhtä suuria, on kriittinen etäisyys. 1 000 m³:n huoneessa, jonka jälkikaiunta-aika on 1,6 s, pienen joka suuntaan säteilevän lähteen kriittinen etäisyys on noin 1,4 m. Siksi suuren, kaikuvan huoneen perältä ei voi kuulla kaiutinta selvästi.
• Suunnalla on merkitystä. Puhuessaan ihminen lähettää enemmän ääntä eteenpäin. Korkeat taajuudet ovat kaikkein suuntaavimpia. Matalat taajuudet, joiden aallonpituudet ovat pitkiä, taipuvat esteiden ympäri ja leviävät kaikkiin suuntiin. Siksi kuulet naapurin musiikin jytkeen seinän läpi mutta et puheääniä.
• Esteet ja maanpinta heijastavat, vaimentavat ja estävät ääntä. Ilma itsessään vaimentaa korkeita taajuuksia, ja vaimennus lisääntyy hieman etäisyyden kasvaessa. Tuuli ja lämpötilakerrokset taivuttavat ääntä.

Koettu voimakkuus. 6 dB:n pudotus on mittauksessa suuri muutos, mutta ääni kuulostaa vain hieman hiljaisemmalta. Koska noin −10 dB kuulostaa puolet hiljaisemmalta, lähteestä täytyy siirtyä noin kolme kertaa kauemmas, jotta ääni kuulostaisi puolet hiljaisemmalta. Siksi etäisyys on halvin kuulon suojaus.

Useampi kuin yksi lähde. Kaksi toisistaan riippumatonta samanlaista kaiutinta (esimerkiksi kaksi eri ihmistä puhumassa) tuottaa +3 dB, ei kaksinkertaista voimakkuutta. Neljä tuottaa +6 dB. Jos kaksi kaiutinta toistaa samaa signaalia, aallot yhdistyvät eri tavalla ja taso voi vaihdella paljon paikasta toiseen. Tähän tutustut Maailmassa 4.