Helivaljus

Helivaljus on akustikas heliaistingu subjektiivne mõõt, mis väljendab heli kõrvaga tajutavat valjust..

Helivaljus oleneb helirõhutasemest ja helisagedusest, liitheli korral ka selle komponentide ajalisest vahekorrast.

Igapäevakeeles on helivaljuse tähenduses enamasti kasutusel helitugevus (resp heli tugevus), nagu ka muusikas.

Samavaljuskõverad
Helivaljuse sõltuvust sagedusest näitavad samavaljuskõverad, mis on saadud erinevatel helirõhutasemetel heliaistingute võrdlemise teel helivaljusega sagedusel 1000 Hz (see on valitud etalonsageduseks). Teiste sagedustega helide valjuse määramiseks võrdsustatakse kuulmise teel tundmatu heli põhjustatud heliaistingu tugevus etalonheli tasemega. Selleks reguleeritakse mõõdetaval sagedusel audiomeetrit kasutades helitase selliseks, et heli oleks kuuldav niisama valjult kui etalonheli sagedusel 1000 Hz, mille helirõhutase on teada.

Kõige laiemalt on tuntud H. Fletcheri ja W. A. Munsoni samavaljuskõverad artiklist, mis ilmus 1933. a Ameerika Akustika Ühingu ajakirjas (Journal of the Acoustical Society of America).  Edasiste uuringute alusel täpsustatud kujul esitab neid kõveraid  ISO standard 226:2003.

Mida madalam on puhta tooni heli sagedus, seda suurem peab olema helirõhutase, et heli oleks tajutav niisama valjuna kui etalonheli sagedusega 1000 Hz. Kuid erinevatel helivaljuse nivoodel on sõltuvused erinevad. Kui tugevate helide korral on see sõltuvus kordades, siis väga nõrkade helide puhul on erinevus tuhandetes kordades.

Kõige tundlikum on inimkõrv sagedusvahemikus 2...4 kHz. Sellest kõrgemate sageduste suunas väheneb kõrva tundlikkus, kuid mitte monotoonselt sagedusest sõltuvalt, vaid tundlikkuse mõningase kasvuga uuesti sagedustel üle 8 kHz ja edasi praktiliselt kuni ülemise kuulmispiirini.

Mõõtühikud
Helivaljust kui psühhoakustilist suurust mõõdetakse lähtuvalt helirõhust.  Kuulmistaju logaritmilise iseloomu tõttu väljendatakse helirõhutaset – helinivood –  detsibellides (vt helirõhutase).

Helivaljuse mõõtühik on foon (rahvusvaheline tähis: phon). Selle ühiku võttis kasutusele Saksa füüsik Heinrich Barkhausen 1925.a.

Foonide logaritmiline skaala on valitud nii, et 1000 Hz sagedusega siinustooni helivaljuse tase foonides on arvuliselt võrdne helirõhutasemega. Muude sagedustega helide korral erineb foonides väljendatud helivaljuse tase detsibellides esitatud helinivoost.

Heli muutub alates nivoost 40 dB subjektiivselt kaks korda tugevamaks siis, kui helirõhk suureneb 10 dB võrra. See seaduspärasus kehtib ka liithelide ja müra (laia spektriga heli) korral. Seepärast on helivaljuse mõõtmisel fooni kõrval kasutusel ka teine mõõtühik, nimelt soon (rahvusvaheline tähis: sone). Valjusele 1 soon on seatud vastavaks 40 fooni, sest sellest nivoost alates on fooni ja sooni vaheline sõltuvus lineaarne. Seega 50 foonile vastab 2 sooni, 60 foonile 4 sooni, 70 foonile 8 sooni jne. Valjusele 1 soon vastab tasane kõnelus.

Mõõtühik soon võeti USA psühholoogi Stanley Smith Stevensi ettepanekul kasutusele 1936. aastal.

Mõõtmine

Tavaliselt on vaja mõõta laia spektriga heliallikate heli valjust, sealhulgas müra valjust. Et mõõtmise juures oleks arvesse võetud kõrva tundlikkus eri sagedustel ja helivaljuse tasemetel, kasutatakse vastavates mõõteriistades spetsiaalseid sagedusfiltreid – nn korrektsioone, mille sageduskarakteristikud on üldjoontes vastupidised samavaljuskõveratele mõõdetavate helitugevuste vahemikus (teiste sõnadega, on vastavad kõrva tundlikkuse sageduskarakteristikutele erinevate helitugevuste vahemikus).

Neid lähendatakse mõõteriistades sõltuvalt mõõdetava heli valjusest, mõnel juhul ka sõltuvalt heli sagedusspektrist ja liigist (iseloomust) kasutades sisseehitatud kaalufiltreid normeeritud sageduskarakteristikutega A, B ja C (harvemini ka D): 
A-korrektsiooni alusel mõõdetakse helirõhutaset dB(A) helivaljusel ca 20–40 fooni
B-korrektsiooni alusel mõõdetakse helirõhutaset dB(B) helivaljusel ca 50–70 fooni
C-korrektsiooni alusel mõõdetakse helirõhutaset dB(C) helivaljusel ca 80–90 fooni

Viited

Välislingid
Psühhoakustika
Heli intensiivsus ja valjus, Tartu Ülikooli Füüsika Instituut, tekstifail, vaadatud 23. aprill 2015
Helivaljuse kalkulaator

Akustika
Heli