Mitä ääni on – ja kuinka sen kuulemme?

Kuuleminen, ja oikeastaan vielä enemmän kuunteleminen, on paljon muutakin kuin äänen havaitsemista. Mitä kaikkea on syytä tietää, jos omaa kuuloaan haluaa parantaa, ja voiko kenestä vain tulla kultakorva?

Teksti: Teppo Hirvikunnas & AVPlus-toimitus
Kuvat ja piirrokset: Teppo Hirvikunnas, Pexels.com (CC0)

Äänen perusta

Kuuntelemisesta ei voi puhua lähtemättä liikkeelle ensin äänestä. Äänen perusta on yksinkertaistettuna mekaanista värähtelyä ja sen aaltomaista etenemistä väliaineessa. Esimerkiksi ilmassa ääni etenee värähtelyn aiheuttamina paineaaltoina nopeudella 343 metriä sekunnissa (1 235 kilometriä tunnissa).

Värähtelyn vaihtelunopeutta sekunnin aikana kutsutaan äänen taajuudeksi. Taajuuden yksikkö on hertsi (lyhenne Hz), ja esimerkiksi 100 hertsiä on 100 värähdystä sekunnissa. Mitä nopeampaa värähtely on, sitä korkeampi on taajuus. Kääntäen: mitä hitaampaa, sitä matalampi taajuus.

Ihmisen teoreettinen kuuloalue on 20–20 000 hertsiä, mutta usein varsinkin korkeampien taajuuksien osalta kuulokynnys sijaitsee matalammalla ja laskee esimerkiksi iän myötä. Ihminen voi myös aistia alle 20 hertsin taajuuksia, mutta varsinaisesta kuulemisesta ei näiden infraäänien kohdalla voi puhua.

Ääni etenee ilmassa paineenvaihtelun aaltoliikkeenä (1). Hidas vaihtelu tarkoittaa matalaa taajuutta (2), nopeampi vaihtelu korkeampaa taajuutta (3). Paineen vaihtelun suuruus puolestaan määrittää äänen voimakkuuden (4). Eri taajuuksilla on sen taajuuden mukainen aallonpituus. Ilmassa äänen paineaalto etenee noin 343 metriä sekunnissa. Esimerkiksi 100 hertsillä taajuuden aallonpituus on siten 343 m/100 = 34,3 senttimetriä ja 1 000 hertsillä 343 m/1 000 = 3,43 senttimetriä.

Pianon ja eri instrumenttien tyypillisesti kattamat taajuusalueet (perustaajuudet ja niiden harmoniset kerrannaiset).

Äänenvoimakkuus

Värähtelyn aiheuttaman painevaihtelun suuruus puolestaan määrittää äänen havaitun voimakkuuden. Puhutaan myös äänenpaineesta, vaikkakin kyse on tavallaan kahdesta eri asiasta. Äänenpaineen yksikkö on desibeli (lyhenne dB).

Desibeli on logaritminen yksikkö. Esimerkiksi 10 desibelin muutos koetaan äänenvoimakkuuden kaksinkertaistumisena tai puoliintumisena riippumatta lähtötasosta (Esimerkiksi 60:n ja 70 desibelin tai 100:n ja 110 desibelin välinen ero kuullaan yhtä suurena). Juuri havaittava äänenpaineen muutos on 1–2 desibeliä.