Decibely, Watty a jiné zapeklité pojmy

Ještě před tím, než se pustíme do rozboru teoretické úvahy z první kapitoly, drze naznačující, že může 10wattový zesilovač „přeřvat“ svého 100wattového konkurenta, přiblížíme si malinko nezbytné teorie o lidském sluchu a fyzikálních veličinách s tím spojených.

Lidský sluch je poměrně fenomenální v tom, jaký rozsah hodnot hlasitosti dokáže citlivě vnímat. Od jemného šepotu či lehounkého šumění listí, přes zurčení potůčků a dusot běžících koní, až po energický hřmot symfonického orchestru či houkání sirén. Pokud se člověk octne v prostoru dokonale zvukově izolovaném, a bez možnosti odrazů zvukových vln od okolního povrchu (např. stěny, strop a podlaha v místnosti), dokáže dokonce zaslechnout tlukot vlastního srdce.

Podstatou našeho sluchu je vnímání rychlých změn akustického tlaku ve vzduchu (obecně v prostředí, jehož částice více či méně umožňují šíření zvuku, např. ve vakuu bychom slyšeli leda tak velké víte, co…). A co že jsou to ty rychlé změny akustického tlaku? Jednoduše ty, které odpovídají kmitočtovému rozsahu přibližně 20 Hz až 20 kHz. Tato hodnota je ovšem pouze orientační, zejména horní konec pásma se může u každého individua podstatně lišit a citlivost sluchu na vysoké kmitočty se zhoršuje s věkem.

Pro doplnění uveďme, že pomalejší změny tlaku sice dokážou někteří lidé vnímat, avšak ne sluchem. Pomalejší změny souvisí s celkovými změnami tlaku v atmosféře, tedy s charakterem počasí. Za ustálenou hodnotu atmosférického tlaku považujeme 100 kPa (po staru 1000 hPa). Zvuk tedy představuje aktuální hodnotu akustického tlaku v daném místě jakožto okamžitou odchylku od hodnoty 100 kPa.

Pro naše zjednodušení a další výklad je podstatné to, že pro účely popisu fyziologických vlastností lidského sluchu se operuje s pojmem hladina akustického tlaku, která bývá označována symbolem L_P, ale také je známa pod zkratkou SPL (Sound Pressure Level). Ta je definována jako logaritmus podílu okamžité a referenční hodnoty akustického tlaku. Platí vztah:

Veličinou p v tomto vzorci je okamžitá hodnota akustického tlaku, symbol p₀ pak představuje referenční hodnotu akustického tlaku, která byla stanovena na 20 µPa.

Různým zvukům, s kterými se denně setkáváme, odpovídají různé hodnoty akustického tlaku. Referenční hodnota 20 µPa odpovídá dolnímu prahu slyšitelnosti člověka. Práh bolesti představuje hodnota tlaku 62,2 Pa, čemuž odpovídá hladina akustického tlaku 130 dB. Další hodnoty akustického tlaku a SPL odpovídající zvukům/hluku, jak je známe z každodenní reality, uvádí ilustrační obrázek níže.

Teď se na chvilku pozastavme nad číselně popsaným rozsahem akustického tlaku, který umí náš sluch zpracovat, aniž by došlo k jeho destrukci. Mezi prahem slyšitelnosti (20 µPa, tedy 0,00002 Pa) a prahem bolesti (62,2 Pa) je rozdíl sedmi řádů (obdobně jako rozdíl mezi čísly 1 a 10 000 000), tedy deset milionů! Převedeno na rozsah hladin akustického tlaku, což je poměrná logaritmická veličina, činí rozdíl mezi minimem a maximem „pouhých“ 130 dB. Příklady různých hodnot poměru dvou veličin a tomu odpovídající hodnoty v dB uvádí následující tabulka:

Pozorný čtenář již možná začíná tušit, kde je zakopaný pes v tom, o čem byla řeč na začátku článku – Změna o pouhých „pár decibelů“ může představovat obrovský rozdíl v hlasitosti (akustickém tlaku vyvinutém nějakým měničem, např. reproduktorem). Abychom to mohli lépe rozlousknout, pojďme si ještě popsat základní vlastnosti reproduktorů.

Už byla řeč o výkonech, tedy zjednodušeně řečeno o tom, jaké napětí a proud může téct do reproduktoru, aniž by to vedlo k jeho destrukci. Výkon sám o sobě však ještě nevypovídá nic o tom, jak efektivně dokáže reproduktor přeměňovat dodávanou elektrickou energii na zvuk (velikost akustického tlaku v určité vzdálenosti od reproduktoru).

Možná se teď budete divit, ale účinnost této přeměny je podobně (ne)dokonalá jako světelná účinnost u klasických žárovek (které nám nařízení Evropské komise postupně zakazuje používat). To znamená, že stejně jako u žárovky se i u reproduktoru většina elektrické energie přemění na teplo a jen zlomek je vyzářen v podobě zvuku. O tom, jak přesně reproduktory fungují, a čím to je, že neshoří, když především „topí“ a jen málo „hrají“, si povíme v jiném článku.