Äänenvoimakkuus ja Desibeli;

Desibeli on yksikkö, jolla ilmoitetaan kahden äänenpaineen, tehotiheyden tai tehon keskinäistä suuruutta tai äänenvoimakkuuden tasoa suhteessa  sovittuun vertailutasoon. Voimakkaasta äänestä käytetään myös sanaa melu.

Äänenvoimakkuutta mitataan tilanteesta riippuen joko äänitehona [W] (wattia, etäisyys 1 m), Äänen tehotasona tai äänen intensiteettinä  [W/m²] tai äänen intensiteettitasoa L [dB] tai [dB(A)]. Kuulotutkimuksissa on kehitetty myös käsite  fooni, jolla mitataan kuulovoimakkuutta. Myös äänenpainetta ja äänenpainetasoa käytetään, jolloin äänenvoimakkuuden tarkastelu perustuu äänen tuottamaan paineeseen [Pa] (pitkittäin aaltoliikkeenä etenevään paineenvaihteluun).
Äänitehon P yksikkö on [W] (watti), äänen intensiteetin (tehotiheyden) I yksikkö on [W/m²]. Muut ilmoitetaan desibeleinä.

Äänenpainetaso (äänen aiheuttaman paineenvaihtelun) taso L_p = 20*log₁₀(p/p₀) [dB]. Tässä p ja p₀ on paine [Pa].

Äänen (fysikaalinen , melu) intesiteettitaso L [dB] (= 10 * lg(I/I_o)) on yhtäsuuri kuin äänen tehotaso P [dBw] (=10 * lg(P/P₀)) . Tässä P ja P₀ = teho [W].

Ääni on kuuloaistimme välittämä aistimus ilmanpaineen vaihteluista, joita kutsutaan äänenpaineeksi. Ääni on kimmoisissa väliaineissa etenevää pitkittäistä aaltoliikettä, joka syntyy molekyylien värähtelystä sijaintipaikkansa molemmin puolin. Värähtelevät molekyylit aiheuttavat ilmassa vuoroittaisia tihentymiä ja harventumia, jotka aiheuttavat ilmanpaineen nopeita muutoksia. Äänenpaineen voimakkuus ilmaistaan logaritmisen suureen, äänenpainetason avulla ja sen yksikkö on desibeli (dB). Kuuloaistimuksen tuottavat värähtelyt, joiden värähtelytaajuus on noin 20 Hz - 20000 Hz. Ihminen aistii keskitaajuiset äänet voimakkaampina kuin pieni- ja suuritaajuiset äänet. Jotta äänenpainetasomittaukset antaisivat kuulohavainnon mukaisia tuloksia, käytetään melumittauksissa A-suodatinta. Näin mitattu äänenpainetaso on A-äänitaso  (= 20*lg (p/p₀)) ja sen yksikkö on [dB(A)].

Melun aiheuttamat haitat riippuvat sekä melutasosta että melun kestosta.  Toistuvaa yli 80 dB:n melutasolle altistumista pidetään yleisesti haitallisena. Kuulovamman riskirajana pidetään tasoa 85 dB. Asuinkiinteistön pihoilla keskimääräinen melutaso (ekvivalenttimelutaso, L Aeq) ei saisi olla päivällä yli 55 dB(A) ja yöllä tasoa 40 dB(A) jne. Melun mittauksissa käytetty äänen intesiteettitaso L [dB] (= 10 * lg(I/I₀)) on yhtäsuuri kuin äänen tehotaso [dB] (=10 * lg(P/P₀)). Melun ekvivalenttitasoa (L _Aeq ) mitattaessa käytetään A-suodatinta ja sitä vastaava yksikkö on [dBA] = [dB(A)].

Aänenpainetaso  L_p ilmoittaa äänen paineen äänenpaineen ja äänenpaineen (0 dB = 20 [µPa]) vertailutason suhteen 10-kantaisen logaritmina kerrottuna 20:llä.

Kaiuttimen hyötysuhde ('herkkyys') eli kyky muuttaa sähköteho ääneksi: Herkkyys on periaatteessa sama kuin kaiuttimen hyötysuhde, silloin kun herkkyys ilmaistaan desibeleinä äänenpainetta per joku wattimäärä ja etäisyys kaiuttimesta. Tyypillisesti herkkyys ilmoitetaan kuinka monta desibeliä ääntä kaiutin tuottaa metrin päähän kun siihen syötetään 1 watin teho.
Joskus herkkyys ilmoitetaan desibeleinä verrattuna 0 dB tasoon (noin 2.8284.. volttia (AC) kaiuttimeen; Z = 8 [ohm]).
Asia ei käytännössä ole ihan näin helppo. Kaiuttimen suuntaavuus vaikuttaa siten, että suuntaavampi kaiutin antaa enemmän desibelejä eteenpäin kuin hyötysuhteeltaan samanlainen mutta vähemmän suuntaava kaiutin. Lisäksi herkkyys ja/tai hyötysuhde joskus ilmoitetaan puoliavaruuden (2*Pii) kuormituksen mukaan, jolloin arvot ovat korkeampia. Joskus herkkyys halutaan ilmoittaa kaiuttimen hyötysuhde desibeleinä verrattuna 0 dB tasoon. Tällöin 0 dB on jännite, joka syntyy 8 ohmin kuormaan (impedanssiin) 1 W teholla. U₀ = sqrt(8 [V/A]*1 [VA]) eli noin 2.8284.. [V]. Näinollen impedanssi myös vaikuttaa lopputulokseen, mikäli herkkyydestä haluaa laskea hyötysuhteen.
Tyypillisten HIFI (High Fidelity) kaiuttimien hyötysuhteet ovat alueella 85-95 dB 1 watin teholla metrin päästä. Pääteaste äänentoistoon tehdyissä kaiuttimissa (eli 'kovaäänisissä') hyötysuhde on yleensä parempi (tyypillisesti luokkaa 95-105 dB 1 watin teholla 1 metrin päästä).
Esim HIFI-kaiuttimen hyötysuhde on 94 dB ja vertailu kaiuttimen 100 dB. Tällöin HIFI-kaiuttimeen pitää syöttää 6 dB suurempi (eli nelinkertainen) (sähkö)teho kuin 100 dB:n kaiuttimeen ennenkuin ne tuottavat saman äänenvoimakkuuden (tarkasti äänen intensiteetin eli tehotiheyden tai äänenpaineen,) mitattuna 1 metrin päässä). 

Fooni on kuulovoimakkuutta mittaava yksikkö. Fooni kuvaa paremmin kuulemistasoa, koska se on kokeellisesti etsitty ihmisjoukkoja testaten. Fooni on myös logaritminen ja 1 kHz taajuudella foonilukema on yhtä suuri kuin desibeliarvo. Fooni ottaa kuitenkin taajuuskohtaisesti huomioon korvan herkkyyden muuttumisen taajuuden muuttuessa.

Esimerkki 1: Äänen intensiteettitaso (-tehotaso, -voimakkuustaso) L = 85 dB. Laskettava äänen intensiteetti I?. Intensiteettitason logaritmiksi saadaan lg(I/I₀) = 8.5, josta saadaan I/I₀ = 10^(8.5) = 0.3162*10⁹. Ja edelleen äänen intensiteetiksi saadaan 0.3162*10⁹ * I_0. Ja kun otetaan huomionn, että I₀ = 10^-12 [W/m²], niin Intensiteetiksi saadaan 0.0003162 [W/m²] eli  äänen intensiteetti I (= P/A [W/m²]) on tällöin 3.1622*10^-4 [W/m²]

Esimerkki 2: Äänen intensiteetiksi on mitattu 1.8·10^-6 [W/m²]. Laskettava äänen intensiteettitaso L [dB].? Lasketaan ensin intensiteetti suhteessa vertailutasoon I_o. Saadaan I/I_o = 1.8·10^-6 [W/m²] / 1·10^-12 [W/m²] = 1.8·10⁶. Lasketaan saadun osamäärän logaritmi lg(I/I_o) = 6.255 Beliä. Äänen intensiteettitasoksi ( = äänen tehotaso) L (=10*lg(I/I_o)) saadaan 62.55 [dB].