23.2.2 Geluidsterkte

Les Voortgang
0% voltooid

De geluidsterkte hangt af van de amplitude van een geluidsgolf: hoe groot is de variatie in luchtdruk ten opzichte van de omgeving?

Vaak wordt echter de intensiteit van de geluidsgolf bestudeerd. Dit is de hoeveelheid energie die per oppervlakte-eenheid en per tijdseenheid door de golf wordt vervoerd. In standaard-eenheden wordt geluidsterkte uitgedrukt in watt per vierkante meter (W/m2).

Stel dat een geluidsgolf in één punt begint en zich door de ruimte uitbreidt. Omdat de energie steeds verder uitgespreid wordt, neemt de intensiteit af. Op afstand d van de bron heeft men dus

$$I = \frac{P}{4 \pi r^2},$$

waarbij P het vermogen (in watt) is van de geluidsbron. (De noemer, $4 \pi r^2$ , is de oppervlakte van de bol met straal r waarover het geluid zich heeft verspreid.)

Het menselijk oor kan geluiden waarnemen met zeer kleine intensiteit. De zgn. gehoordrempel ligt rond

$$I_0 = 10^{-12} \; \text{W/m}^2.$$

De bovengrens is de zgn. pijngrens, ongeveer 1 W/m2—al vindt chronische beschadiging van het oor al plaats onder 0,1 W/m2.

Voor het beschrijven van geluidsterkte berekent men meestal het geluidsniveau (L) in decibel (dB). Het is gedefinieerd als:

$$L= 10 \cdot \text{log}\frac{I}{I_0}.$$

Dit is een logaritmische schaal, waarbij elke stap van 10 dB hoger overeenkomt met een tien maal zo hoge intensiteit; een stap van 20 dB betekent dan 10 x 10 = 100 maal hogere intensiteit, enz. Voor het werken met deze schaal zijn de volgende regels nuttig:

  • gehoordrempel = 0 dB
  • pijngrens = 120 dB
  • verdubbeling / halvering van intensiteit = 3 dB bijtellen / aftrekken (ongeveer)
  • 10 x zo hoge / lage intensiteit = 10 dB bijtellen / aftrekken.

Voorbeeld: Wat is de intensiteit (in W/m2) van een geluid van 87 dB?

Begin met de gehoordrempel:                        0 dB ~ 10–12 W/m2.

Vermenigvuldig 9x met tien:                        90 dB ~ 10–12 x 109 = 10–3 W/m2.

Halveer (–3 dB):                                             87 dB ~ ½ x 10–3 W/m2 = 5 x 10–4 W/m2.