Geluidssterkte

Van Wikipedia

Het ene geluid klinkt zachter dan het andere. Geluiden verschillen onderling in geluidssterkte. Die sterkte is afhankelijk van het vermogen dat door het geluid aan ons oor wordt overgedragen. Omdat geluid bestaat uit kleine, snelle drukschommelingen om de atmosferische druk, is het ontwikkelde vermogen afhankelijk van de druk.

Inhoud 1 Geluidsdruk 2 Geluidsintensiteit 3 Geluidsniveau 4 Subjectieve geluidssterkte 5 Geluidsmeting 6 Meerdere geluidsbronnen

[bewerk] Geluidsdruk

Geluid wordt beschreven door de momentane afwijking p(t) van de atmosferische druk, meestal gemeten in de SI eenheid Pa (Pascal), of omdat de geluidsdruk maar zeer klein is, in μPa. Geluid is een trilling om de gemiddelde luchtdruk, zodat de gemiddelde waarde van de geluidsdruk gelijk is aan 0. Een sterker geluid zal een grotere maximale amplitude hebben dan een zwakker geluid. Omdat het in het oor ontwikkelde vermogen evenredig is met het kwadraat van de geluidsdruk, ligt het voor de hand om de middelbare, of effectieve (rms), geluidsdruk p_e als maat voor de sterkte van geluid te gebruiken. Van een gedurende een periode T stationair geluid met drukverloop p(t), is de effectieve waarde:

.

(Daarin zien we ook de betekenis van "rms", "root-mean-square", de wortel uit het gemiddelde van het kwadraat.

Omdat de geluidsdruk zelf slechts momentaan betekenis heeft, wordt de effectieve geluidsdruk meestal eenvoudig als 'geluidsdruk' aangeduid,

Ons oor kan geluiden waarnemen met een geluidsdruk in het bereik van ca. 20 μPa (= 0.00002 Pa) tot 200 Pa. De grenzen zijn indicatief en variëren met de persoon en de frequentie. De ondergrens noemt men de gehoordrempel en de bovengrens de pijngrens.

[bewerk] Geluidsintensiteit

Het vermogen, de hoeveelheid energie per seconde, dat een geluid in ons oor ontwikkelt, bepaalt hoe hard of zacht wij een geluid waarnemen. Een harder of intenser geluid zal dus op een oppervlakje loodrecht op de voortplantingsrichting een groter vermogen hebben dan een zachter geluid. Het vermogen van het geluid per oppervlakte-eenheid,de oppervlaktedichtheid van het vermogen, loodrecht op de voorplantingsrichting noemen we de geluidsintensiteit, meestal gemeten in Watt/m². De geluidsintensiteit is dus een vectoriële grootheid, met als richting de voortplantingsrichting van het geluid. Bij de gehoordrempel is de geluidsintensiteit ongeveer 10^-12 Watt/m², bij de pijngrens ongeveer 10^-5 Watt/m².

De geluidsintensiteit neemt af met de afstand r tot de bron als 1 / r². Voor grote afstanden, vanaf rond de 700 meter, wordt de geluidsintensiteit extra gedempt door het effect van wrijving van luchtmoleculen.

[bewerk] Geluidsniveau

Het menselijk gehoor werkt min of meer volgens een logaritmische schaal. Horen we een geluid dat 2 keer sterker is (in geluidsintensiteit) dan een eerder geluid en daarna weer een 2 keer sterker geluid, dan ervaren we het verschil in sterkte tussen de eerste twee als (ongeveer) even groot als het verschil tussen de laatste twee. Uitgedrukt in decibel (dB), een logaritmische schaal, is er in beide gevallen een zelfde toename van 3 dB, wat dus overeenkomt met onze ervaring.

Men definieert daarom het geluidsniveau L als logaritmische verhouding van de geluidsintensiteit J en een referentiewaarde J₀. Internationaal is afgesproken als referentiewaarde de intensiteit bij de gehoordrempel te gebruiken, deze bedraagt 10^-12 Watt/m². Dus:

dB.

Omdat de geluidsintensiteit evenredig is met het kwadraat van de geluidsdruk, kunnen we het geluidsniveau ook uitdrukken in de geluidsdruk:

dB.

Daarin is de referentiedruk p₀ de gehoordrempel, waarvan internationaal is afgesproken dat deze 20 μPa bedraagt . Het geluidsniveau van hoorbaar geluid heeft daarmee een bereik van 0 dB (gehoordrempel) tot ca. 140 dB (pijngrens).

Het geluidsniveau L wordt ook wel enigszins verwarrend SPL (Sound Pressure Level) genoemd. De term SPL, geluidsdrukniveau, suggereert een schaal voor het niveau van de geluidsdruk te zijn, maar is een schaal voor het kwadraat van de geluidsdruk, en daarmee voor het geluidsniveau. De term SPL komt ook voor als toevoeging aan dB in de aanduiding van een geluidsniveau. Men ziet dan bijvoorbeeld dat het geluidsniveau de waarde 50 dB SPL heeft. Daarmee wordt aangegeven dat het resultaat gebaseerd is op de gemeten geluidsdruk, zonder enige vorm van filtering.

Omdat de geluidsintensiteit omgekeerd kwadratisch afneemt met de afstand tot de bron, neemt het geluidsniveau logaritmisch af met de afstand tot de bron. Dit effect kan met deze calculator voor concrete gevallen uitgerekend worden.

[bewerk] Subjectieve geluidssterkte

De door ons oor ervaren geluidssterkte loopt niet gelijk met zo'n exacte maat als het geluidsniveau. Zo blijkt een subjectieve verdubbeling van de geluidssterkte overeen te komen met een stijging van het geluidsniveau met 10 dB, dus met een factor 10 voor de intensiteit. Bij geluidsniveaus boven ca. 90 dB gedraagt het gehoor zich heel anders en bestaat gevaar voor gehoorschade. Bovendien is ons oor niet voor alle frequenties even gevoelig. Er zijn curves opgesteld die voor de verschillende frequenties de geluidsdrukken van gelijke subjectieve geluidssterkte met elkaar verbinden; men noemt dergelijke curves isofonen.

Houdt men bij de bepaling van het geluidsniveau, door (elektronische) filtering van het geluidssignaal, rekening met deze effecten, dan drukt men het geluidsniveau uit in dB(A). Het zo verkregen geluidsniveau komt dan meer overeen met onze subjectieve geluidswaarneming.

[bewerk] Geluidsmeting

Om het geluidsniveau van een geluid te kennen, is het het eenvoudigst de geluidsdruk te meten. Dat kan met een microfoon. De meeste microfoons geven een elektrische spanning af evenredig met de ondervonden geluidsdruk. Als U de afgegeven spanning is en U₀ de spanning bij de referentiedruk, dan is het geluidsniveau L:

dB.

[bewerk] Meerdere geluidsbronnen

Het geluidsniveau van geluid afkomstig van twee verschillende geluidsbronnen kan waarden hebben die variëren van 0 tot de 2 keer de som van de niveaus van de afzonderlijke bronnen. Zie hiervoor het artikel optellen van geluidniveaus.

Zie ook: De hoogste geluidsdruk

{{{afb_links}}}	Akoestiek	{{{afb_rechts}}}	{{{afb_groot}}}
Geluid - Decibel - Geluidssterkte - Geluidsintensiteit - Geluidssnelheid - Geluidsgolf - Ultrageluid - Infrageluid - Puntbron - Lijnbron - Gehoordrempel - Gehoorschade - Geluidshinder