Algemene informatie over geluid

Geluid als golfbeweging

De voortbeweging van geluid door de lucht ontstaat in feite door variaties in de luchtdruk. Het geluid heeft een golflengte, frequentie en intensiteit. Geluid beweegt zich vanaf de bron voort tot het door een medium wordt ontvangen. Wanneer de energie in contact komt met de moleculen van het medium, beginnen de moleculen te vibreren en ontstaat een golf die geluidsenergie overdraagt. De geluidssnelheid is afhankelijk van het medium waar de golven doorheen gaan, en vormt een basiseigenschap van een materiaal. Zo hebben vaste materialen een uitstekende geluidsoverdracht, terwijl dit bij vloeistoffen al veel lager is en gassen heel slechte geluidsoverdracht hebben. Bij voortbeweging door de lucht haalt geluid bijvoorbeeld een snelheid van krap 340 meter per seconde, terwijl dit bij staal zo'n 5200 meter per seconde is.

Een geluidsgolf beweegt zich als een repeterend patroon van afwisselend hoge en lage druk voort door een medium, en wordt daarom ook wel een drukgolf genoemd. Geluidsgolven worden vaak weergegeven in grafieken zoals de onderstaande, waarbij de x-as het tijdsverloop aangeeft en de y-as de druk of dichtheid van het medium waar het geluid doorheen gaat.


Geluid als golfbeweging 

Fysieke waarde

symbool

Eenheid 

formule 

frequentie

 f=1/T

Hz=1/s 

 f=c/λ

Golflengte

 λ

λ=c/f

Periode of cyclusduur  

T=1/f 

 T=λ/c

Golfsnelheid

 c

m/s

 c=λxf



Het menselijk gehoor is uiterst gevoelig en voor onze waarneming hebben we slechts een geringe geluidsintensiteit nodig. Ons gehoor ligt in een bereik tussen 0 dB (de gehoordrempel) en 120 dB (de pijngrens), ofwel een frequentiebereik van 20 tot 20.000 Hz. Frequenties die onder de gehoorgrens liggen, staan bekend als infrasoon geluid en frequenties boven de 20.000 Hz als ultrasoon geluid.

Het belangrijkste frequentiebereik voor de waarneming van spraak is 300 tot 3000 Hz. Geluid bestaat meestal niet alleen uit tonen, maar ook uit geluidsenergie met een zeer ruime frequentieband. Voor het gebied van de middenfrequentie gelden internationale normen. In de onderstaande tabel ziet u enkele gangbare frequentiebanden.


octaafbanden

geluid grafiek

 


Het menselijk gehoor reageert op geluidsdruk, die wordt gemeten in eenheden Pa (N/m2). De laagst waarneembare geluidsdruk voor een gemiddeld oor is zo'n 0,00002 Pa, terwijl de pijngrens bij ongeveer 200 Pa ligt. Door dit grote drukbereik is een lineaire schaal niet het meest geëigende middel. De geluidsdruk wordt daarom doorgaans weergegeven op een logaritmische schaal (uitgedrukt in dB). De termen dB en Bel (=10 dB) zijn eigenlijk puur wiskundige uitdrukkingen en niet speciaal ontwikkeld voor geluidsmetingen.

Bel is de logaritme voor de verhouding tussen twee waarden.

Hoe geluid wordt ervaren, is afhankelijk van de persoon. Een geluid dat voor de ene persoon nauwelijks hoorbaar is, kan voor een ander erg irritant zijn. Ook kunnen mensen afhankelijk van hun stemming anders reageren op bepaalde geluiden. Doorgaans betekent een toename van 10 dB een verdubbeling van het waargenomen geluidsniveau en is een verandering van 1–2 dB het kleinst waarneembare verschil voor het menselijk oor.


De beleving van geluid is afhankelijk van:
  • Het geluidsniveau
  • De frequentie
  • Het soort geluid, of het constant of met tussenpozen aanwezig is
  • Of het lawaai of mooie muziek is
Geluidsdruk

Rekenen met decibels

Zoals gezegd, is decibel een logaritmische waarde en kan deze niet net als een lineaire waarde worden opgeteld en afgetrokken. Om te kunnen rekenen met decibels moeten we de waarden daarom eerst omrekenen naar de lineaire eenheid Pa, en daarna weer omzetten in logaritmische waarden.

Het resultaat van twee opgetelde geluidsniveaus ziet er bijvoorbeeld zo uit:

Lp1= 40 dB and Lp2=45 dB

De eenheden moeten eerst naar Bels worden omgezet door het aantal dB door tien te delen, en daarna weer worden omgezet in lineaire waarden die kunnen worden opgeteld:

104.0 + 104.5 =10 000 + 31 622 = 41 622

Daarna volgt weer de omzetting in logaritmische waarden: log (41 622) = 4.62 bel

Zodat:
Lp.tot = 46.2 dB

Dit resultaat kan worden afgeleid uit de bovenstaande afbeelding.

Decibel rekenkundige 

 

Als twee identieke geluidsbronnen bij elkaar worden opgeteld, neemt het niveau wiskundig gezien met drie dB toe, en bij tien identieke bronnen met tien dB. Dit is ook te zien in de volgende afbeelding.

Decibel rekenkundige


Bij een meting van het geluidsniveau worden verschillende filters gebruikt om de gevoeligheid van het oor mee te wegen. Deze filters worden uitgedrukt als dB(A), dB(B) en dB(C). De meest gebruikte filter is de A-gewogen filter, waarmee de filtering van geluid door het oor wordt nagebootst. Zie onderstaande afbeelding (dempingscurve voor de A-filter).

 

De dempingscurve voor de A-filter

 Afbeelding: de dempingscurve voor de A-filter


Reflectie, geluidsabsorptie en geluidsisolatie

Geluid kan worden geabsorbeerd, overgedragen of gereflecteerd. Wanneer het dak, de vloer of de muur van een gebouw wordt geraakt door een geluidsgolf, wordt een deel van de geluidsenergie weerkaatst, een deel geabsorbeerd door het materiaal en een deel doorgegeven door het materiaal (zie afbeelding).

Reflectie, geluidsabsorptie en geluidsisolatie


Welk gedeelte wordt weerkaatst, geabsorbeerd of doorgegeven, hangt af van enerzijds de vorm van het materiaal of de constructie waarmee de geluidsgolf in contact komt, en anderzijds de geluidsfrequentie. Op basis hiervan kunnen drie akoestische parameters worden gedefinieerd.

Absorptiecoëfficiënt, α = (geabsorbeerd geluid + overgedragen geluid)/(invallend geluid)

Reflectiecoëfficiënt, ζ = (gereflecteerd geluid)/(invallend geluid)

Transmissiecoëfficiënt τ = (overgedragen geluid)/(invallend geluid)