Heliintensiivsus

Heliintensiivsus I on füüsikaline suurus, mis kirjeldab helienergia voogu, mis läbib heli levimissuunaga risti oleva ühikulist pinda (m²) ajaühikus (s). Et energia ühik on džaul (J) ja J/s = W (vatt), siis on heliintensiivsuse mõõtühik W/m².

Heliintensiivsus I on vektorsuurus, mis on defineeritud, kui helirõhu p ja heliosakese kiiruse u korrutis^[2].

${\displaystyle \mathbf {I} =p\mathbf {u} }$

Heliintensiivsus I on tasalaine korral võrdeline helivõimsusega P_ak:

${\displaystyle I={\dfrac {P_{\text{ak}}}{A}},}$

kus A on pindala m². Antud seosest järeldub, et allika korral, mis asuks hüpoteetilises lõpmatus kadudeta keskkonnas on pindalaühikut läbiva heli intensiivsus pöördvõrdeline heliallika kauguse r ruuduga: I ~ 1/r². Näiteks kauguse kahekordistamisel väheneb helienergia neljakordselt (6 dB), kümnekordistamisel sajakordselt (20 dB).

Võrdtasalaine heliintensiivsus on helirõhu ruutude keskmise ${\displaystyle {\overline {p^{2}}}}$ jagatis häirimata voolise tiheduse ${\displaystyle \rho }$ ja helikiiruse ${\displaystyle c}$ korrutisega^[3]. Valemina

${\displaystyle I_{eq}={\frac {\overline {p^{2}}}{\rho c}}}$

Heliintensiivsuse taset L_I mõõdetakse detsibellides lähteintensiivsuse I₀ suhtes, milleks on 10⁻¹² W/m² = 1 pW/m². See 0-dB-tase vastab helirõhu lähtetasemele 2∙10^–5 Pa. ^[4] Nimelt on heliintensiivsus I ja helirõhk p seotud valemiga (analoogne Ohmi seadust väljendava seosega)

${\displaystyle I={\dfrac {p^{2}}{Z_{0}}},}$

kus Z₀ = 400 N·s/m³ on akustiline impedants (takistus); see on kokkuleppeline väärtus, sest tegelikult pole akustiline impedants püsiv, vaid sõltub teataval määral õhu tihedusest, see aga omakorda temperatuurist, õhurõhust ja õhuniiskusest (kuiva õhu akustiline takistus normaalrõhul ja 20 °C juures on 410 N·s/m³).

Nii valitud Z₀ väärtuse alusel arvutades saamegi, et rõhule 2∙10^–5 = 0,00002 Pa vastab intensiivsus

${\displaystyle I={\dfrac {0,00002^{2}}{400}}=1\cdot 10^{-12}\,{\frac {\text{W}}{{\text{m}}^{2}}}.}$

Sellest seosest tulenevalt väljendab mingit helirõhu taset ja vastavat heliintensiivsuse taset ühesuurune detsibellide arv. Seetõttu võib lühidalt kõnelda helitasemest või helinivoost, lühend SPL (ingl k sõnadest sound pressure level).

Heliintensiivsuse I tase L_I detsibellides lähteintensiivsuse I₀ suhtes arvutatakse valemiga

${\displaystyle L_{\text{I}}=10\log \!\left({\frac {I}{I_{0}}}\right)\!~\mathrm {dB} .}$

Näiteks kui heliintensiivsus I on 0,01 W/m², siis heliintensiivsuse tase

${\displaystyle L_{\text{I}}=10\log \!\left({\frac {10^{-2}}{10^{-12}}}\right)\!~\mathrm {dB} =10\cdot 10=100\;{\text{dB}}.}$

Heliintensiivsuse taset võib väljendada ka helirõhkude suhte kaudu. Lähtudes tasalaine lähendist ${\displaystyle I=|P|^{2}/2\rho _{0}c_{0}}$ on heliintensiivsus ${\displaystyle I}$ võrdeline helirõhu ruuduga (I ~ p²). Tulenevalt logaritmi omadusest lg a² = 2 lg a:

${\displaystyle L_{\text{I}}=20\cdot \operatorname {log} \left({\frac {p}{p_{0}}}\right)\qquad (p_{0}=0,00002\;{\text{Pa}})}$.

• Ilmar Eiskop, Aleksander Sillart. Akustika ja helitehnika. Tallinn, Valgus, 1988