Massachusettsissa laki määrää, että tietyt äänilähteet eivät saa aiheuttaa melua. Mitä määritellään meluksi, saatat kysyä? No, Commonwealthissa melua esiintyy jommassakummassa kahdessa tapauksessa: jos äänilähteestä tuleva ääni aiheuttaa 10 dB:n nousun ympäristön/taustaäänen yläpuolelle tai jos ääni tuottaa niin sanotun ”puhtaan äänen”. Tässä blogissa perehdymme jälkimmäiseen ehtoon.
Mikä on puhdas ääni? BBN:n perustaja Leo Beranek kutsuu puhdasta ääntä ”yksinkertaisimmaksi jaksolliseksi ääneksi”. Hänen määritelmänsä on ”Pure Tone -ääni on painehäiriö, joka vaihtelee sinimuotoisesti kiinteänä taajuutena”. Toinen arvostettu akustiikan professori Cyrill Harris menee suoraan asiaan ja määrittelee Pure Tone -äänen seuraavasti: ”ääni, joka koostuu yhdestä ainoasta taajuudesta.”
Kokeillaanpa pari esimerkkiä äänistä, jotka sisältävät Pure Tonen. Esimerkki, jota käytän puhuessani asiakkaiden kanssa, on jarrujen vinkuminen tai kynsien ääni liitutaululla. Noise & Vibration Group -ryhmän kollegani tarjosivat muutamia muita todellisia esimerkkejä, kuten äänihaarukan ääni, kirkonkello, veneen tai junan pilli ja hydrauliikkajärjestelmien ääni. Samoin, jos olet joskus käynyt kuulotestissä, sinut pannaan kuuntelemaan tietyn taajuuden ääniä ja sitten muutetaan amplitudia ja taajuutta. Nämä äänet ovat puhtaita ääniä, ja ne keskittyvät yleensä tietyille taajuuksille, joita kutsutaan oktaavikaistoiksi.
Minusta kun ihmistä häiritsee ääni, on todennäköisempää, että häntä häiritsee puhtaan äänen läsnäolo kuin vain äänen taso. Väärillä taajuuksilla Pure Tone voi olla erittäin ärsyttävä ääni. Hätäajoneuvojen sireeneissä käytetään moduloitua puhdasta ääntä, koska ne kuuluvat helposti taustaäänen yli. Saatat kysyä itseltäsi, mistä tiedän, onko minulla puhdas ääni? Jos häiritsevässä melussa on surinaa, kirskuntaa tai vinkumista, se on todennäköisesti Pure Tone.
Akustinen luonne voidaan mitata helposti, mutta tarvitset äänitasomittarin, jossa on taajuusriippuvainen mittausominaisuus. Tämä sisältää oktaavikaistan, yhden kolmasosan oktaavikaistan, FFT- (Fast Fourier Transform) tai spektrianalyysivalmiuden. Koska puhtaan äänen mittaus on riippumaton sen amplituditarkkuudesta, voidaan käyttää älypuhelinsovellusta, kuten Analyzeria, tarkkaan puhtaan äänen analyysiin.
Olen ollut mukana monissa yhdyskuntien melututkimuksissa sekä yhdyskuntien että teollisuuden puolelta. Vuonna 2009 eräs esikaupunkiyhteisö valitti häiritsevästä melusta, jonka oli aiheuttanut teollinen naapuri muutaman vuoden ajan. Yrityksen konsultti suoritti melumittauksia, mutta ne eivät rekisteröityneet MassDEP:n standardien mukaan Pure Toneiksi. Tämän jälkeen yhteisöryhmä palkkasi minut tekemään mittauksia heidän puolestaan. Se, mitä löysin, oli hyvin mielenkiintoista. Mittaukseni osoittivat, että Commonwealthin menetelmää käyttäen ei itse asiassa ollut mitään puhdasta ääntä. Tässä menetelmässä ääni mitataan oktaavikaistoittain, mikä on karkea äänimittausmenetelmä. Puhdas ääni tunnistetaan, kun äänenpainetaso jollakin oktaavikaistalla on yli 3 desibeliä korkeampi kuin molemmilla viereisillä kaistoilla.
Vuonna 2009 korvilleni oli selvää, että kyseinen laitos tuotti puhdasta ääntä. Saavuin asiakkaan luokse, nousin autostani ja kuulin heti ongelman. Kuten hätäajoneuvon sireeni, Pure Tone keskitaajuudella, vaikkapa yli 250 hertsin, on ilmeinen. Koska korvani kertoivat minulle, hankin tarkemman resoluution tietoja, joihin sisältyi sekä yhden kolmasosan oktaavikaistan että FFT-mittauksia (kapeakaistaisia mittauksia). Hienommilla 1/3-oktaavikaistoilla mitatut tiedot osoittivat todennäköisiä ääniä kahdella kaistalla, 400 ja 800 hertsissä. Mittaukset, joissa käytettiin vielä hienompaa FFT/spektrianalyysiä, tuottivat tarkat taajuudet, ja tässä tapauksessa meillä oli ääniä 363 ja 726 hertsin kohdalla. Tässä tapauksessa 726 hertsin puhdas ääni on täsmälleen kaksi kertaa 363 hertsin puhdas ääni. Korkeamman taajuuden ääntä kutsutaan matalamman taajuuden äänen harmoniseksi.
Miksi oktaavikaistan kohinamittaukset eivät rekisteröineet sisältävän puhdasta ääntä, kun hienommat mittaukset osoittivat selvästi päinvastaista? Tämä oli ilmeinen kysymys tapaukseen osallistuneilta henkilöiltä. Tietyt äänet, jotka sisältävät harmonisia ääniä, ääni, joka on kokonaisluku kertaa ensisijainen ääni, voivat peittää valtion käyttämän oktaavikaistaisen Pure Tone -menetelmän. Lääketieteellistä analogiaa käyttäen se on kuin käyttäisi röntgenkuvaa havaitakseen nivelsiteen repeämän, joka voidaan nähdä vain magneettikuvauksessa.
Esimerkiksi 250 hertsin taajuusalueella oleva Pure Tone -ääni, jossa on yksi harmoninen, tuottaisi Pure Tone -äänen 500 hertsin taajuusalueella. Jos kumpikin ääni esiintyisi yksinään, se määriteltäisiin MassDEP-menetelmällä Pure Tone -ääneksi, mutta kun se otetaan yhteen, se johtaa tilanteeseen, jossa yhtään Pure Tone -ääntä ei luokiteltaisi MassDEP-menetelmällä. Niin kauan kuin missä tahansa kahden oktaavin kaistalla on enemmän kuin yksi ääni, MassDEP-menetelmä ei pysty tunnistamaan Pure Tone -tilaa.
Mitä tehdä? On olemassa muitakin menetelmiä, joilla voidaan määrittää, onko puhdas ääni olemassa käyttäen hienompia mittausmenetelmiä; yhden kolmasosan oktaavikaistoja ja kapeakaistaisia kaistoja. Vuonna 2009 antamani suositus on edelleen voimassa, MassDEP:n on otettava käyttöön parempi menetelmä. Lääketieteellistä vertauskuvaa käyttäen lääkäri voi aluksi pyytää sinua ottamaan röntgenkuvan, mutta jos siinä ei löydy mitään, hän määrää sinulle magneettikuvauksen.
