מהו רעש וכיצד רטט של אוויר בתדר מסוים עלול להיות כל כך לא נעים לאוזן?
אוטובוס חולף, משאית זבל, מטוס מנמיך טוס, מכונת כביסה, נביחה של כלב ואפילו רטט של הטלפון הנייד – כולם יוצרים קולות שאינם נעימים לאוזן האנושית. לעומת זאת, שיר של הזמרת האהובה עלינו או צלילי העוּד או הגיטרה המושמעים בהופעה חיה דווקא ערבים לאוזן שלנו גם כשעוצמתם גבוהה למדי. בנוסף, לא כל צליל צורם לכולם: לעומת המוני המעריצים של מוזיקת רוק כבד, לדוגמה, יש רבים שרואים בה (כלומר: שומעים בה) רעש בלתי נסבל.
כדי להבין מהו רעש צריך קודם כל להבין שקול נוצר בעקבות רטיטה של אוויר. כשאנחנו פורטים על מיתר של גיטרה, האוויר סביב המיתר רוטט וכשהרטט הזה מגיע לאוזנינו הוא מתפרש כקול. באופן דומה, כשאנו מרטיטים את מיתרי הקול שלנו באופנים מסוימים, אנחנו מרטיטים דרכם את האוויר ומשמיעים צלילי דיבור. מקובל לתאר את הרטיטות של האוויר כ"גלי קול". אם לדייק קצת יותר, הגלים הללו יכולים להתקדם גם דרך מים, אם כי באופן מעט שונה מאשר באוויר.
אחד המאפיינים המרכזיים של גלי קול הוא התדר שלהם, שמוגדר כמשך הזמן שנדרש לגל להשלים תנועת נדנוד שלמה. היחידה המקובלת למדידת התדר של גלי קול היא הרץ (Hertz), שמוגדרת כמספר מחזורי התנודה שגל משלים בשנייה. בעזרת תדרי קול שונים יכולים כלי נגינה להשמיע צלילים שונים. בנוסף לתדר יש לגל קול גם עוצמה, שאינה קשורה כלל לתדר. יכולים להיות שני גלים בעלי אותו תדר, שעוצמתו של אחד מהם גבוהה בהרבה מהשני.
הדרך המקובלת למדידת עוצמת הצליל היא ביחידות שנקראות דציבלים, שהיא עשירית הבל (דצי = עשירית, בל היא יחידת מידה הקרויה על שם הממציא האמריקני אלכסנדר גרהם בל). כדי לקבל קנה מידה, נציין שעוצמת הקול של נשימה אנושית היא כעשרה דציבלים, ואילו דיבור רגיל מגיע לכ-50 דציבל. רכבת, משאית זבל או מטוס חולף כבר משמיעים רעש בעוצמה שיכולה להגיע ל-100 דציבל, ואילו מטוס ממריא יכול להגיע גם לרעש של 130 דציבל. סולם הדציבלים מבוסס על סולם הבלים הלוגריתמי, כלומר קול בעוצמה של 100 דציבלים יהיה חזק פי עשרה מקול של 90 דציבלים, ופי 100 מ-80 דציבלים.
תדר זהה ועוצמה שונה. העuצמה של הגל הצהוב כפולה מזו של הכחול, והכחול כפול מהאדום | איור: לביא ביגמן
אז מהו רעש?
מה מבדיל בין רעש לסתם קול? המילה לרעש באנגלית (Noise), נגזרת מהמילה הלטינית Nausea, שפירושה "מחלת ים" או תחושת אי נעימות כללית. לכן אין פלא שההגדרה לרעש נוטה להיות סובייקטיבית – יש אנשים שמוזיקה מסוימת, כמו מטאל או כלי נגינה סיניים, נעימה לאוזניהם, בעוד שמבחינת אחרים זה רעש. מבחינה אובייקטיבית, בהופעת רוק טיפוסית מושמעת מוזיקה בעוצמה של 140-110 דציבלים), המורכבת מצלילים בתדירויות שונות, שנמדדות בהרץ. הפרשנות של הצלילים האלו כבר סובייקטיבית.
למרות זאת, המדד המרכזי לרעש הוא בכל זאת עוצמת הקול. כל מוזיקה, ולא משנה אם מדובר בהיפ-הופ, פופ אלקטרוני או מוזיקה קלאסית, אפשר לשמוע בעוצמות גבוהות מאוד שעלולות אפילו להזיק לשמיעה. בנוסף, ברור שמשאית זבל מרעישה הרבה יותר ממקרר ביתי. ואכן מקרר מגיע לעוצמה של כ-40 דציבלים, ואילו משאית זבל יכולה להגיע גם ל-80 דציבלים.
היה מנוע?
מכשירי יומיומיים רבים, כמו מכונת הכביסה, שואב האבק והמכונית, מפיקים רעשים בעוצמות שונות, בדרך כלל מהמנוע שלהם. מנוע חשמלי, שממיר אנרגיה חשמלית לתנועה (אנרגיה קינטית), מורכב משילוב של מגנטים, חוטי נחושת ומערך של מיסבים החגים במקומם. כשרכיבי נעים, הם מתחככים זה בזה בעוצמה ובקצב (בתדירות) מסוימים, וכך גורמים לרטט של האוויר ויוצרים רעש. העוצמה המדויקת של הרעש תלויה במבנה של כל מנוע.
נוסף למנוע, גם החלקים האחרים של המכשיר משפיעים על הרעש שהוא מפיק. המנוע של שואב האבק, לדוגמה, מפעיל מאוורר שדוחף אוויר במעלה שואב האבק. פעולת המאוורר מרטיטה גם היא את האוויר ומפיקה רעש. ואכן עוצמת הפעולה של המאוורר משפיעה בדרך כלל על עוצמת הרעש ששואב האבק יוצר.
באופן דומה, מנוע מכונת הכביסה מסובב את התוף שלה במהירות. במהלך הסיבוב הוא מתחכך עם חלקים אחרים של המכשיר, ולכן מרטיט את האוויר ויוצר רעש. גם מכונת כביסה רועשת יותר בדרך כלל כשהיא מסתובבת במהירות גדולה יותר, למשל בשלב הסחיטה. מקור נוסף לרעש שמפיקים המכשירים הוא הרטט של המכונה עצמה עקב פעולת המנוע.
עיקרון הפעולה של מנוע בעירה פנימית במכונית שונה מזה של מנוע חשמלי, אך גם הרעש שהוא יוצר נובע מרטיטות של האוויר. בשונה ממנוע חשמלי, שממיר חשמל לתנועה, מנוע המכונית ממיר חום שנוצר מדלק לתנועה. לשם כך הוא שואב אוויר ודלק ליצירת בעירה. הבעירה משחררת גזים שגורמים לבוכנות המנוע לזוז מעלה ומטה בתוך גלילים (צילינדרים). הגזים האלה נפלטים בסופו של דבר דרך צינור הפליטה (האגזוז). שאיבת האוויר והדלק, תנועת הבוכנות ויציאת הגז דרך צינור הפליטה – כולם יוצרים רטט, ולכן רעש.
לא רק המנוע מרעיש. מדידת רעשי תחבורה בעזרת מד דציבלים | צילום: Choksawatdikorn, Shutterstock
"משתיקי קול"
יצרני מכשירי חשמל ומכוניות משקיעים מאמצים רבים להפחית את עוצמת הרעש שלהם. הפחתת החיכוך בין חלקי המנוע או חלקים אחרים של המכשיר או שימוש במעין "משתיקי קול" המותקנים על צינור הפליטה של המכונית יכולים לסייע בהפחתת הרעש. פעמים רבות, כשמכשיר מתבלה, החיבורים בין חלקיו מתבלים גם הם והוא מרעיש יותר.
בסביבה עתירת כלי תחבורה ומכשירי חשמל כשלנו, הרעש נוכח מאוד בחיינו. הוא מפריע, עלול לשבש את השינה ובמקרים קיצוניים עלול לפגוע גם בשמיעה. אולם בסופו של דבר רעש שקול בסך הכול למוזיקה חזקה מאוד בתדרים שאינם ערבים לאוזן.
