Decibelschaal: een handige schaal voor geluidsniveaus

Op deze pagina

1. Decibelschaal: van geluidsdruk in Pascal naar geluidsdrukniveau in decibel
2. Geluidsdruk in Pascal
3. Logaritme
4. Decibel
5. De decibelschaal is een logaritmische schaal
   
6. Voordelen van de decibelschaal
7. Geluidsintensiteit in W/m² - geluidsintensiteitsniveau in decibel

8. Geluidsdrukniveau of dB_SPL (sound pressure level)
   

9. Decibelschaal
10. Geluidsvermogen in Watt - geluidsvermogen niveau in dB

11. A-gewogen decibel of dB(A)

12. Wat betekent dit met betrekking tot geluidsisolatie?

Decibelschaal: van geluidsdruk in Pascal naar geluidsdrukniveau in decibel

Blootgesteld worden aan een geluid van 140 dB is de kans groot dat er permanente gehoorschade optreedt.

Geluidsdruk in Pascal

Een geluidsbron brengt de luchtmoleculen aan het trillen waardoor de ene molecule zijn buur aanstoot en vervolgens terugkeert naar zijn evenwichtspositie. Dit proces zorgt voor een serie onderdrukken en overdrukken ten opzichte van de atmosferische druk.

Een geluidsgolf is dus niets meer of minder dan een zich voorplantende serie onderdrukken en overdrukken veroorzaakt door het trillen van luchtmoleculen.

Druk wordt uitgedrukt in Pascal.

Geluidsdrukken zijn slechts minieme drukveranderingen ten opzichte van de atmosferische druk die +/- 101.300 Pascal bedraagt.

De minimale luchtdrukvariatie die mensen kunnen waarnemen is 0.00002 Pascal. Bij een drukverschil van 20 Pascal beginnen onze trommelvliezen pijn te doen.

Het dynamische bereik van ons oren, het verschil tussen gehoordrempel en pijndrempel, een factor 1.000.000.

Als we een lineaire schaal om de sterkte van geluiden uitgedrukt in Pascal zouden opstellen krijgen we een veel te grote en bijgevolg onoverzichtelijke schaal.

Een logaritmische schaal is daarom beter geschikt.

Logaritme

Als we het logaritme van een getal nemen, vragen we onszelf af tot ot welke macht we 10 moeten verheffen om dat getal te krijgen.

• Log₁₀(1) = 0, omdat 10⁰ = 1
• Log₁₀(10) = 1, omdat 10¹ = 10
• Log₁₀(100) = 2, omdat 10² = 100
• Log₁₀(1000) = 3, omdat 10³ = 1000

Meestal noteren we het logaritme met basis 10 gewoon als log en laten we het subscript 10 vallen.

Decibel om vermogensverhoudingen uit te drukken

Decibel is een dimensieloze eenheid 

Decibel = 10 keer het logaritme van een verhouding.

De decibelschaal is een logaritmische schaal

Dit betekent dat betekent dat elke stap van 10 dB een tienvoudige verandering in intensiteit vertegenwoordigt.

Een verhoging met 10 decibel staat gelijk met een toename van energie met een factor 10 (want 10 = 10¹).

Een verhoging met 20 dB staat voor met een vermeerdering met een factor 100 (want 100 = 10² ).

Een toename een met 30 dB is een verhoging met een factor 1000 ( want 1000 = 10³).

Voordelen van de decibelschaal

• Overzichtelijkelijkheid

Daar een logaritmische schaal te gebruiken krijgen we een veel kleinere en bijgevolg eenvoudigere decibelschaal. 

Het enorme dynamische bereik van de mens heeft een factor 1000000 tussen de gehoordrempel en pijndrempel wordt als decibelschaal tussen 0 en 120 dB.

• De respons van het menselijk oor is tevens logaritmisch

Een vertienvoudiging van het geluidintensiteitsniveau (+ 10 dB)  wordt door het menselijke oor geïnterpreteerd als een verdubbeling van de geluidssterkte.

Een toename van het geluidsintensiteitsniveau met factor 100 (+20 dB) wordt geïnterpreteerd als een verviervoudiging van de geluidssterkte. 

Een toename met factor 1000 (+30 dB) wordt geïnterpreteerd als een verachtvoudiging van de geluidssterkte.

Een fysiche verdubbeling van het geluidsintensiteitsniveau (+3 dB) wordt door het mens als een kleine maar wel merkbare verhoging van de geluidssterke ervaren.

Geluidsintensiteit & geluidsintensiteitsniveau

Wat wij mensen waarnemen als sterkte van geluid is de intensiteit van een geluid of de hoeveelheid geluidsenergie die op een oppervlakte invalt.

Geluidsintensiteit in Watt/m²

Geluidsintensiteit is een vectoriële grootheid wat betekent dat ze een richting heeft. Alswe een bord van 1m² loodrecht op de wind plaatsen dan gaat dit veel wind vangen. Plaatsen we het bord echter parallell met de wind dan gaat het weinig wind opvangen.

Geluidintensiteitsniveau L_I in dB.

Voor intensiteitsniveau's zoals het geluidintensiteitsniveau (L_I) geldt de formule:

Als referentiegeluidsintensiteit I₀ of I_ref nemen we 10^-12 W/m², dit is de geluidsintensiteit die we net kunnen waarnemen.

Geluidsdrukniveau of dB_SPL (sound pressure level) of L_p

Geluidsintensiteit is niet zo gemakkelijk te meten. Maar er bestaat wel een verband tussen de gemakkelijk te meten geluidsdruk is en de geluidsintensiteit.

Op enige afstand van de geluidsbron lopen is de kromming van de geluidsgolven klein waardoor het lijken op vlak lopende golven.

Voor vlaklopende geluidsgolven komt de geluidsintensiteit ongeveer overeen met:

We krijgen volgende formules die we gaan herschrijven.

Als referentie geluidsdruk nemen we de gehoordrempel of 0.00002 Pascal.

In dB_SPL krijgen we bij de referentie geluidsdruk het nulpunt van onze decibelschaal.

Zetten we pijndrempel van 20 Pascal om in dB_SPL krijgen we 120 dB of zowat het eindpunt van onze decibelschaal.

Geluidsvermogen en geluidsvermogenniveau

Geluidsvermogen in Watt

Het vermogen van een geluidsbron wordt uitgedrukt in Watt.

Geluidsvermogenniveau L_w in decibel

Voor vermogensniveau's geldt de formule:

Als referentievermogen nemen we 10^-12 Watt

A-gewogen decibel of dB(A)

De meeste geluiden die ons omringen bevatten meerdere frequenties die terzelfdertijd aan ons oor worden aangeboden

Mensenoren zijn minder gevoelig voor laagfrequent en hoogfrequente geluid. aanwezig. Voor een geluidsdrukmeter die ongewogen decibels aangeeft is 20 dB bij 50 Hz hetzelfde als 20 dB bij 1000 Hz.

Voor ons mensen is 20 dB bij 50 Hz echter onhoorbaar. Om een idee te krijgen van de geluidssterkte heeft het dus geen zijn om laag-, midden- en hoogfrequent geluid even sterk te wegen.

Beter is een filter te gebruiken laagfrequent en hoogfrequente geluiden in mindere of meerder mate onderdrukken.

Afhankelijke van het geluidsniveau gebruikt met de A, B of C-weging.

Bij niet al te hoge geluidsniveaus gebruikt men de A-weging die de contouren van de 40 foon lijn.

Bij een A-gewogen decibel noteren we niet dB maar dB(A).

Geluidsisolatie en decibel

Een typische gewogen geluidsverzwakkingsindex van enkel glas is 20 dB. Een geluidsverzwakkingsindex van 20 dB wil zeggen dat 1/100^’ste van de invallende geluidsenergie op het glas doorkomt.

Een typische gewogen geluidsverzwakkingsindex van een muur bestaande uit baksteen is 50 dB, dit wil zeggen dat

1/100000^’ste van de invallende geluidsenergie doorkomt.

Een goede geluidsisolatie stemt overeen met een gewogen geluidsverzwakkingsindex van 60 dB, 1/1000000^’ste van de invallende geluidsenergie doorkomt.

De geluidsisolatie verbeteren van 40 dB (1 op 10.000)  naar 50 dB (1 op 100.000) gaat nog vrij gemakkelijk. Maar van 50 dB (1/100.000) naar 60 dB (1/1.000.000) is een veel moeilijkere stap.

Subjectieve indruk van de gewogen geluidsverzwakkingsindex in-situ