Geluid, geluidsisolatie en decibel

Wanneer we praten over geluid en geluidsisolatie gaat het constant over decibels.

Maar kun je jezelf voorstellen hoe het klinkt als iets een geluidsdrukniveau van 20, 40, 60, 80 of 100 dB heeft?

1,3 5 of 10 dB stiller of luider? Hoe klinkt dat dan?

Is 40 dB luchtgeluidsisolatie goed of slecht? Hoe zou je dat ervaren?

Laten we eens dieper ingaan op de alomtegenwoordige decibel.

Vragen?

Contacteer me op 0470/44 22 19 of info@geluidsisolatiedokter.be

Geluidsdruk in Pascal

Een geluid is het gevolg van trillingen veroorzaakt door een geluidsbron, waardoor de omliggende luchtmoleculen verstoord raken.

Hierdoor bewegen de luchtmoleculen rond hun evenwichtspositie, wat leidt tot onderdrukken en overdrukken in vergelijking met de atmosferische luchtdruk (+/- 101300 Pascal).

Deze drukvariaties bereiken onze trommelvliezen en worden waargenomen als geluid.

Gezonde oren kunnen drukvariaties van 0.00002 Pascal (gehoordrempel bij 1000 Hz) detecteren, terwijl 20 Pascal al pijnlijk kan zijn voor de meeste mensen. De pijndrempel ligt meestal op 20 Pascal.

Geluidsdruk, oftewel de drukvariaties, bepaalt hoe luid geluid door onze oren wordt ervaren.

Geluidsdrukniveau in dB

Met een factor 1000.000 tussen gehoordrempel ( 0.0002 Pa) en pijndrempel (20 Pa) is dit een moeilijke schaal om te hanteren.

Daarom werken we niet met geluidsdruk in Pascal maar met een geluiddrukniveau uitgedrukt in decibel (10 Bel)

dB_SPL

SPL staat voor sound pressure level of geluidsdruknuveau

L_p = 10 x log (p²/p_ref²) = 20 x log (p/p_ref)

• p = gemeten luchtdrukvariatie

• p_ref = de gehoordrempel 0.00002 Pascal

Gemeten geluidsdruk = 10 Pascal geeft als dB_SPL 114 dB.

• L_p = 10 x log (10²/0.00002²) = 20 x log (500.000) = 114 dB

Logaritme

Het logaritme van een getal is de exponent of macht waartoe een basis moet worden verheven om een bepaald getal te krijgen. Wiskundig uitgedrukt is x het logaritme van n tot de basis  10 b als  10^x = n, in welk geval we x = log₁₀ n noteren.

• Beide vermogens zijn gelijk

• • verhouding 1 is logaritmisch uitgedrukt = 0
    • log₁₀ 1 = 0      want 10⁰ = 1 

• Vermogen A is 2 keer hoger dan vermogen B

• • verhouding 2 is logaritmisch uitgedrukt = 0.3
    • log₁₀  2 = 0.3    want 10^0.3 = 2

• Vermogen A is 10 keer hoger dan vermogen B
  • verhouding 10 is logaritmisch uitgedrukt = 1
    • log₁₀ 10 = 1     want 10¹ = 10

• Vermogen A is 100 keer hoger dan vermogen B

• • verhouding 100 is logaritmisch uitgedrukt 2
  • log₁₀ 100 = 2      want 10² = 100

dB-schaal

De decibelschaal is veel gemakkelijker hanteerbaar en loopt van 0 tot 140 dB dB

• 0 dB = de gehoordrempel of 0.00002 Pascal
  • 10 x log(0.00002²/0.0002²) = 0 dB

• 120 = de pijndrempel of 20 Pa
  • 10 x log(20²/0.00002²) = 120 dB

Om een idee geven van hoeveel geluidsdruk bekende geluiden vertegenwoordigen:

Geluidsvermogenniveau L_W van een bron

• Geluidsvermogen = de geluidsenergie die de bron uitzendt wordt uitgedrukt in Watt (Joule/seconde).
• Geluidsvermogenniveau wordt uitgedrukt in dB

L_w = 10 x log (W/W_ref)

• W = geluidsvermogen van de bron in Watt
• W_ref = referentie geluidsvermogen 0,0000000000012 Watt  (10^(-12) Watt)

Stel een bron heeft een geluidsvermogen van 0.01 Watt. Het geluidsvermogenniveau Lw van deze bron is dan = 10 x log (0.01/ 10^(-12)) = 100 dB.

Om een geluidsvermogenniveau van 100 dB te verkrijgen zijn er 10 mensen nodig die zo hard schreeuwen als ze kunnen of  10.000 mensen die normaal praten.

Geluidsintensiteitsniveau in dB

Wat wij mensen horen is eigenlijk niet de geluidsdruk maar de geluidsintensiteit.

Geluidsintensiteit is de hoeveel geluidenergie die loodrecht op een oppervlakte invalt en wordt uitgedrukt in W/m².

Geluidintensiteit is een vectoriële grootheid (met een richting) terwijl geluidsdruk een scalaire grootheid is.

Geluidsintensiteit is niet gemakkelijk te meten, geluidsdruk daarentegen wel. Dat is de reden waarom we het meestal over geluidsdruk hebben en niet over geluidsintensiteit.

Vrije veld

Geluidsintentsiteit en geluidsdruk zijn in het vrije veld (buiten, waar er geen reflecties zijn) eenvoudig in elkaar om te rekenen.

     geluidsintensiteit = geluidsdruk²/ akoestische impedantie van lucht

• akoestische impedantie = densiteit x geluidsnelheid in het medium
• akoestische impedantie van lucht = 1.22 kg/m³ x 340 m/sec = +/- 415 rayls

Diffuse veld

In het diffuse veld (binnen, met reflecties) wordt dit:

     geluidsintensiteit = geluidsdruk²/ 4 x akoestische impedantie van lucht

Geluidsintensiteitsniveau L_I in dB

    L_I = 10 x log (I/Iref)

• • I_ref =  0,0000000000012 Watt/m²  (10^(-12) Watt/m²)

• In het vrije veld is  L_I = L_p

• In het diffuse is  L_I =  L_p - 6 dB

Rekenen met de decibels

Logaritmisch rekenen is net dat tikkeltje ander dan we we gewoon zijn.

• 60 dB + 60 dB = 63 dB
  • verdubbeling = + 3 dB
    • voor onze oren is dit net op te merken

• 60 dB + 60 dB + 60 dB = 65 dB
  • verdrievoudiging = + 5 dB
    • we gaan dit duidelijk merken

• 60 dB + 60 dB + 60 dB + 60 dB + 60 dB + 60 dB + 60 dB + 60 dB + 60 dB + 60 dB = 70 dB
  • vertienvoudiging = +10 dB
    • voor onze oren stemt dit overeen met een verdubbeling van het geluidsdrukniveau

• 60 dB + 70 dB = 70 dB
  • Wanneer er 10 dB verschil zit tussen 2 geluiden dan horen we enkel het luidste geluid

A-gewogen decibel

De gevoeligheid van het menselijk oor is niet voor alle frequenties hetzelfde.

Geluidsdrukniveau is objectief - luidheid is subjectief 

Met de A-weging proberen we het objectieve geluidsdrukniveau aan te passen aan de subjectieve luidheid.

De luidheid zoals mensen ze ervaren hangt uiteraard af van het geluiddrukniveau maar ook van de frequentie van het geluid.

Mensen horen het best middenfrequent geluid. Lagere en hogere frequenties horen we minder goed.

Wanneer de sonometer een ongewogen geluidsdrukniveau van 30 dB meet in de tertsband met middenfrequentie 25 Hz dan is dat voor de mens onhoorbaar.