Akoestische temen

Op deze pagina vind je een een beetje achtergrondinformatie en een beknopt overzicht van de meest gebruikt akoestische termen.

Geluidshinder

• geluidshinder ervaren = perceptie, emotie en interpretatie
• overdreven focus op het stoorgeluid
• type geluidsbron en het ervaren van geluidsoverlast
• impact geluid op gezondheid
• omgaan met geluidshinder
• treshold of annoyance
• het geluidsdrukniveau in dB zegt niet alles

Geluidsmaskering

• geluidsmaskering
• slaaponderbreking

Geluidsisolatie

• geluidslekken
• massawet
• grensfrequentie/coïncidentie

Algemeen

• wat is geluid
• geluidsgolf
• sferische golven
• cylindrische golven
• vlaklopende golven
• geluidsveld
• vrije veld
• diffuus veld
• frequentie / toonhoogte
• golflengte
• geluidsdrukniveau in dB
• kenmerken van een geluidsbron
• geluidsvermogen van een bron in dB
  
• link geluidsvermogen bron & geluidsdrukniveau bij de ontvanger
• geluidsintensiteit in dB
• rekenen met decibels
• geluidssnelheid
• spectrale analyse
• tertsband
• A-weging

Geluidshinder ervaren = perceptie, emotie en interpretatie

Geluidshinder ontstaat wanneer stoorgeluid als indringend in de persoonlijke leefomgeving ervaren wordt.

De mate waarop de dagelijkse activiteiten verstoord worden door geluid bepaalt de mate van overlast.

Het stoorgeluid van activiteiten zoals een gesprek voeren , TV kijken, muziek beluisteren,… wordt als enorm hinderlijk ervaren.

De mate waarin  het geluid van de ene bron storender gevonden wordt dan het geluid van een andere bron bij hetzelfde geluidsniveau  hangt af van contextuele en persoonsgebonden factoren.

Een stoorgeluid dat met iets onaangenaams geassocieerd wordt zal zelfs als het fluisterstil is snel gaan irriteren. Denk daarbij aan het geluid van een mug of een tikkende klok.

Overdreven focus op het stoorgeluid

Zodra een persoon terugkerend overlast ervaart van  bepaalde geluiden bestaat het risico dat deze persoon zich gaat focussen op het detecteren van die geluiden.

Door zich op die geluiden te focussen zal die persoon zelfs indien het stoorgeluid een lager niveau heeft dan het achtergrondgeluidsniveau het stoorgeluid waarnemen terwijl andere (gezinsleden) deze geluiden niet waarnemen.

Voor personen die negatief begeesterd zijn door de stoorgeluiden is het best mogelijk dat noch geluidsisolatie, noch geluidsdemping, noch geluidsmaskering voldoende soelaas gaan brengen.

Aandachtstraining, waarbij deze personen leren deze geluidsprikkels te negeren is in die gevallen aangewezen om de waarneming van de stoorgeluiden ergens te kunnen relativeren.

Bepaalde vormen van horen worden soms omschreven als een soort van fantoomhoren waarbij personen laagfrequent geluid waarnemen dat de sonometer in A-weging niet registreert.

Geluidsoverlast ervaren gebeurt onbewust. Het overgevoelig worden aan geluid wordt nog versterkt als het geluid negatieve emoties oproept.

Het is dus perfect mogelijk dat binnen een gezin slechts 1 van de gezinsleden overlast ervaart terwijl de anderen er totaal geen last van hebben.

Type geluidsbron en het  ervaren van geluidsoverlast

• Controle over de bron = minimale overlast
  • De overlast wordt als minder erg ervaren als je de geluidsbron naar believen kunt aan- of uitschakelen/ stiller of luider zetten.
  • Voorbeeld: stofzuiger

• Kunnen inschatten wanneer de bron gaat stoppen = beperkte overlast

• Bronnen die je niet kunt zien en niet kunt controleren zorgen voor het meeste overlast.

Impact geluid op de gezondheid

• Gehoorschade
• Slaaptekort
• Concentratieproblemen
• Psychische problemen
• …

Onze oren werken 24/7. Als er een  “onverwacht geluid” wordt waargenomen trekt dat onze aandacht.

Vooral laagfrequent geluid zorgt voor stress. Een vaak gehoorde theorie is dat het in ons DNA zit dat laagfrequent geluid met gevaar geassocieerd wordt. Het geluid van een aardbeving is laagfrequent en bijgevolg zijn de prehistorische mensen die laagfrequent geluid negeerden in hun holen bedolven geraakt waardoor deze hun DNA niet hebben kunnen overdragen. Laagfrequent geluid waarnemen brengt ons daardoor in een soort van fight or flight modus.

Ons auditieve systeem is er om ons te waarschuwen zodat we alert zijn en adequaat op “het gevaar” reageren.

Maar niet alle geluid dat we waarnemen wijst op gevaar maar trekt wel onze aandacht waardoor het storende karakter ervan hinderlijk wordt.

Omgaan met geluidshinder

Geluidsisolatie voorzien, de bron akoestisch omkasten, geluidsschermen plaatsen, demping in de ontvangstruimte voorzien om het diffuse geluidsveld te onderdrukken….zijn allemaal ingrepen om het geluidsniveau van de stoorbron in de ontvangstruime te verlagen.

Maar soms is het geluidsniveau van de bron dermate hoog dat bovenstaande ingrepen in combinatie met het verhogen van het achtergrondgeluidsniveau in de ontvangstruimte onvoldoende kunnen blijken om het stoorgeluid onhoorbaar te maken.

Dan is het stoorgeluid accepteren de enige manier om de negatieve gevolgen van het ervaren van overlast te vermijden/beperken.

Een goede relatie blijven onderhouden met de veroorzaker van het stoorgeluid in geval van burengeluid is belangrijk zodat de buren bereid zijn/blijven om mee te werken aan een oplossing.

Hoe kwader je wordt op de veroorzaker, des te moeilijker het is om het stoorgeluid te accepteren.

Hoe je met het stoorgeluid omgaat heb je zelf in de hand.

De treshold of annoyance

Een andere belangrijke opmerking is wat in het Engels "the treshold of annoyance" heet. Van zodra iemand zich aan geluid begint te storen traint hij onbewust zijn hersenen om het geluid te detecteren. Zelfs als het storend geluid stiller is dan het achtergrondgeluid dan nog zal die persoon het signaal kunnen detecteren als hij zich op het geluid focust. Denk aan een gesprek op een druk feestje waarbij het geluidsvermogen van de spreker niet boven de muziek uitkomt, maar we toch de spreker kunnen horen.

Eens de drempel van de overlast overschreden werd dan is het enorm moeilijk om die klanten nog tevreden te stellen. Opmerkingen genre " het is wel vele keren stiller, maar we horen de buren nog steeds en dus kunnen we niet zeggen dat we tevreden zijn over de uitgevoerde werken" hebben we helaas al meerdere keren te horen gekregen.

Ja, de geluidsisolatie is dankzij de door ons uitgevoerde isolatiewerken verbeterd (de fysische component van het geluid) maar het is de psychologische component die ervoor zorgt dat we met tevreden of ontevreden klanten te maken krijgen.

Het geluidsniveau in dB zegt niet alles

Met een sonometer meet je wel hoe dik het broodje is maar dit zegt niets over hoe het broodje smaakt.

Mensen storen zich bij een gelijke L_Aeq* veel meer aan fluctuerend geluid (luid/stil – wel/niet) dan aan een constant geluid.

*L_Aeq

• zet de energie-inhoud van het fluctuerend geluid om in dat van een continu geluid
• A-gewogen = aangepast aan hoe wij mensen geluid horen
• Is een soort energetisch gemiddelde van geluid dat fluctueert in de tijd

Geluidsmaskering

Zelfs de beste geluidsisolatie kan nooit alle stoorgeluiden weren.

Storend omgevingslawaai isoleren  gaat vaak samen met het verhogen van het achtergrondgeluidsniveau in de ontvangstruimte met geluiden die door de meeste mensen als aangenaam/rustgevend worden ervaren om de stoorgeluiden die als onaangenaam ervaren worden te maskeren.

Een (stoor)geluid wordt waargenomen wanneer voldaan is aan twee voorwaarden:

• het geluidsdrukniveau moet de gehoordrempel overstijgen
• het geluidsdrukniveau moet gelijk zijn aan of hoger dan het achtergrondgeluid

Met geluidsmaskering  is het mogelijk een ongewenst geluid onhoorbaar te maken.

Zelfs indien het maskeergeluid het stoorgeluid niet volledig onhoorbaar maakt dan kan het in veel gevallen toch de aandacht er van afleiden.

Geluidsoverlast ervaren is persoonsgebonden maar het feit dat je zélf een geluid produceert en het dus op elk moment stiller of uit kunt zetten maakt het continue achtergrondgeluid draaglijker dan het fluctuerende stoorgeluid.  In controle zijn werkt altijd beter op de gemoedstoestand dan overgeleverd zijn aan een oncontroleerbare bron.

Het maskeergeluid zelf moet zowel continu als zo betekenisloos mogelijk zijn.

Omdat muziek niet betekenisloos is en zowel qua volume als spectrale inhoud varieert worden meestal ruissignalen gebruikt als maskeergeluid.

Meest gebruikte ruissignalen

Vanwege de individuele verschillen in geluidservaring blijft het een kwestie van uitproberen welk type maskeergeluid werkt en wat niet.

Er zijn tientallen soundgenerator apps en lijsten op Spotify waar je die ruissignalen kunt terugvinden. 

• Witte ruis = alle frequenties evenveel energie

Echte witte ruis klinkt meer als een statische ruis en bevat niet de variaties in volume en frequentie die de ons omringende natuurlijke geluiden (wind, regen, stromend water, vallend water…)  kenmerken.

Hierdoor kan de aandacht eerder naar het ruissignaal getrokken worden.

Geluiden zoals “white noise for babies” waar o.a. Spotify vol van staat zijn daarom wat gemoduleerd zodat het breken van golven, windgeruis, regenval en andere eerder “natuurlijke geluiden” op de voorgrond treden.

• Roze ruis = evenveel energie per tertsband 
  • Laagfrequent geluid wordt geboost t.o.v. witte ruis en klinkt hierdoor “natuurlijker”

• Bruine of rode ruis = laagfrequent geluid wordt nog meer geboost dan bij witte ruis
  • Klinkt eerder als een diep “gerommel”

• Blauwe ruis = de hogere frequenties worden geboost
  • Klinkt eerder als een soort “gesis”

Welk ruissignaal het meest geschikt is, is  zowel contextueel als persoonsgebonden.

Indien de stoorbron een specifieke spectrale component bevat kan bruine ruis of blauwe ruis de meest aangewezen maskeerruis zijn.

Bij stoorgeluid waar de laagfrequente component dominant aanwezig is, bijvoorbeeld bij traagrijdende vrachtwagens, zal bruine ruis het meest geschikte ruissignaal zijn om het fluctuerende verkeersgeluiden te maskeren.

Witte ruis en roze ruis zijn  dan weer geschikt voor het maskeren van breedbandige geluiden (veel frequenties die allemaal tegelijk voorkomen).

De gebruikte speakers moeten wel goed laagfrequent geluid kunnen weergeven en daarom is een systeem met subwoofer aangewezen.

Fluctuerende geluiden vs constant geluid

De meeste mensen hebben veel minder last van een constant geluid dan van fluctuerend geluid en wennen vrij snel aan de ruissignalen.

10 dB_A verschil

Een stoorgeluid wordt volledig (zelf als je je zou concentreren om het stoorgeluid op te pikken) gemaskeerd door het achtergrondgeluid wanneer het geluidsniveau van het stoorgeluid 10 dB_A lager is dan het achtergrondgeluidsniveau.

Een lager verschil in geluidsniveaus is meestal wel al voldoende om de aandacht van het stoorgeluid af te leiden.

Contrasterend geluid

Sommige contrasterende geluiden (bv het achtergrondgeluid is middenfrequent maar het stoorgeluid is een laagfrequent gezoem) kunnen wel waarneembaar zijn bij meer dan 10 dB_A verschil in geluidsniveau.

Slaaponderbreking & achtergrondgeluidsniveau/geluidsmaskering.

Aanname is dat de kans erg groot is dat iemand wakker wordt wanneer die persoon blootgesteld wordt aan een  geluidsniveau hoger dan 45 dBA.

Slaaponderbrekingen zijn meestal het gevolg van intermitterend geluid en niet van een continu geluid.

De kans om gewekt te worden hangt eerder samen met de mate waarin het geluidsniveau van een stoorgeluid uitstijgt boven het achtergrondgeluidsniveau en minder met het absolute geluidsniveau van het stoorgeluid.

De frequentie van optreden van lawaaierige geluidspieken van hoger dan 45 dBA in de nachtperiode bepaalt in belangrijke mate de slaapverstoring.

Om van  kwalitatieve slaap te spreken mag een normale persoon per nacht aan niet meer dan 10 tot 15 geluidsniveaus worden blootgesteld die boven het achtergrondgeluidsniveau uitkomen. Het geluidsniveau van de stoorgeluiden die boven het achtergrondgeluidsniveau uitkomen mogen wel niet hoger zijn dan 45 dB(A).

Een persoon die slaapt in een omgeving met een laag achtergrondgeluidsniveau wordt eerder gewekt door een stoorgeluid dan een persoon die slaapt in een omgeving met een hoger achtergrondgeluidsniveau.

Een bewoner van een huis langs een weg met druk nachtelijk verkeer zal wellicht pas gewekt worden door een extreem luidruchtige vrachtwagen, terwijl een bewoner van een huis in een rustige verkaveling al kan gewekt kan worden door een voorbijrijdende auto.

Geluidslekken

Waar lucht door kan komt er geluid door. Voorbeelden zijn:

• De kier onder de voordeur/deuren slaapkamers
• Opengaande delen van ramen waar de voegdichting onvoldoende wordt aangedrukt
• Schuifraam met borstelsysteem
• ….

Luchtlekken hebben een serieuze impact op de geluidsisolatie. Van zodra je meer dan 40 dB aan directe luchtgeluidsisolatie moet behalen  is een goede lekdichtheid een absolute vereiste.

% oppervlakte luchtlekken in de totale oppervlakte van het bouwelement  en de maximaal bereikbare luchtgeluidsisolatie

Uitgangspunt: zonder luchtlekken is de R_w van het bouwelement 60 dB (dit is een goede geluidsverzwakkingsindex) dan wordt dit met lekken:

• maximaal  40 dB indien 0,01% van de oppervlakte een luchtlek vormt
• maximaal 30 dB indien 0,1% van de oppervlakte een luchtlek vormt
• maximaal 20 dB indien 1% van de oppervlakte een luchtlek vormt

Elk luchtlek is een geluidslek maar niet elk geluidslek is een luchtlek. Ook zwakke plekken (met minder massa) in het bouwelement zijn akoestische lekken.

Voorbeelden van onzichtbare akoestische lekken:

• Buizen die in een wand ingeslepen werden en lokaal voor een lagere oppervlaktemassa zorgen
• Het PU-schuim waarmee bijvoorbeeld de ruimte tussen een raamkader en het metselwerk wordt opgevuld

Grensfrequentie & coïncidentie

Hoe zwaarder een materiaal hoe moeilijker het in trillingen gebracht kan worden.

Een ander belangrijk aspect dat een grote impact heeft op de geluidsisolatie is hoe goed een trillend materiaal zijn trillingen kan opleggen aan de omliggende luchtmoleculen, m.a.w. hoe goed het trillend materiaal geluid afstraalt.

Er wordt een onderscheid gemaakt tussen vrije en gedwongen buiggolven (veroorzaakt door de aan de zendzijde invallende geluidsgolven) in de wand.

Het is vooral de snelheid van de vrije buiggolven die bepaalt hoe de wand geluid gaat afstralen.

De snelheid waarmee de vrije buiggolven zich voortplanten hangt af van:

• De frequentie, hoe hoger de frequentie hoe sneller de vrije buiggolven zich voortplanten
• De buigstijfheid van het materiaal waaruit de wand is samengesteld

Grensfrequentie

De grensfrequentie is de frequentie waarbij de snelheid van de vrije buiggolven in het materiaal  gelijk is aan de snelheid van de geluidsgolven in de lucht.

Afstraling van geluid met frequenties onder de grensfrequentie

Onder de grensfrequentie van het materiaal waaruit de wand is samengesteld straalt de wand niet zo goed geluid af omdat de geluidsafstraling bepaald wordt door die van de gedwongen buiggolven.

In de zone onder de grensfrequentie stijgt de geluidsisolatiecurve theoretisch met 6 dB per frequentieverdubbeling en per oppervlaktemassaverdubbeling.

Afstraling van geluid met frequenties rond de grensfrequentie

Rond de grensfrequentie van het materiaal kent de geluidsisolatiecurve  van de wand een dip, de coïncidientiedip genoemd, omdat de wand goed geluid afstraalt.

De geluidsafstraling in dit deel van het spectum wordt bepaald door zowel de vrije als de gedwongen buiggolven.

Afstraling van geluid met frequenties boven de grensfrequentie

Boven de grensfrequentie is er altijd wel een hoek van inval waarmee de geluidsgolf invalt op de wand waarbij er coïncidentie mogelijk is en daarom blijft de geluidsafstraling effiënt.

Ondanks de efficiënte geluidsafstraling stijgt de geluidsisolatiecurve theoretisch met 9 dB per frequentieverdubbeling.

De grensfrequentie wordt bepaald door oppervlaktemassa (kg/m²) en buigstijfheid (Nm²) van het materiaal waaruit de wand/vloer/plafond is afgestemd.

• Zware, buigstijve materialen zoals betonblokken, beton en kalkzandsteen
  
  • Lage grensfrequentie (onder de 100 Hz)  en goede geluidsisolatie
    

• Lichte, buigstijve materialen zoals gipsblokken, cellenbeton
  
  • Grensfrequentie die in het verkeerde deel van het spectrum valt (vaak rond de 400 Hz) met een zwakke geluidsisolatie tot gevolg
    

• Zwaar buigslap plaatmateriaal zoals gipsvezelplaten van 12,5 mm en gipskartonplaten van 12,5 mm
  • Grensfrequentie die zeer hoog in het spectrum (boven de 3000 Hz) ligt en daarom een goede geluidsisolatie

• Buigstijf plaatmateriaal zoals houtderivaatplaten 
  • Grensfrequentie in het goed hoorbare deel van het spectrum en zijn daarom te vermijden

Coïncidientie

We spreken van coïncidentie wanneer de snelheid waarmee de vrije buiggolven in het materiaal zich voortplanten even hoog is als de golfsnelheid van de geluidsgolven in de lucht.

De grensfrequentie is de laagste frequentie waarbij coïncidentie bij een scherende geluidsinval mogelijk is. Boven de grensfrequentie is er altijd coïncidentie mogelijk.

Massawet

Wat is geluid?

Een geluidsbron zorgt ervoor dat door zijn trillingen de omliggende luchtmoleculen verstoord worden. Hierdoor gaan deze luchtmolucelen bewegen rond hun evenwichtspositie. Dit zorgt voor een serie onderdrukken en overdrukken ten opzicht van de atmosferische luchtdruk (+/- 100000 Pascal).

Het zijn deze drukvariaties die onze trommelvliezen bereiken.

We spreken van hoorbaar geluid als de frequentie van het geluid tussen 20 en 20000 Hz zit. Geluid met een frequentie lager dan 20 Hz noemen we infrasoon geluid (o.a. walvissen en olifanten kunnen dit geluid wel waarnemen). Geluid met een frequentie boven de 20000 Hz noemen we ultrasoon geluid (o.a. honden en vleermuizen kunnen dit geluid wel waarnemen).

"Gezonde" oren zijn in staat om drukvariaties van 0.00002 Pascal (gehoordrempel bij een zuivere toon van 1000 Hz) waar te nemen. Een drukvariatie van 20 Pascal zorgt bij de meeste mensen voor pijn aan de oren. De pijndrempel varieert van persoon tot persoon tussen 20 en 100 Pacal. Meestal wordt de pijndrempel op 20 Pascal gelegd. Deze drukvariates zijn dus bijzonder klein ten opzichte van de atmosferische druk.

Hoe groter de drukvariaties, die we geluidsdruk noemen, hoe luider onze oren het geluid zullen ervaren.

Geluid = luchtdrukvariaties ten opzichte van de atmosferische luchtdruk die wij kunnen waarnemen met ons gehoor.

Geluidsgolf

Geluidsgolven ontstaan door het trillen van objecten, bv een luidsprekermembraan, die door hun beweging de omliggende luchtmoleculen aan het trillen brengen en zo drukgolven veroorzaken.

Geen geluidsverstoring → luchtmoleculen bewegen niet →  geen drukvariatie t.o.v. de atmosferische luchtdruk 

De luchtmoleculen blijven ter plaatse maar bewegen wel rond hun evenwichtspunt. Het is dus niet de materie de "reist". De ene luchtmolecule tikt zijn buur aan die vervolgens weer zijn buur aanstoot terwijl zijn eigen beweging uitsterft en de evenwichtstoestand opnieuw bereikt wordt. 

Dus kunnen we een geluidsgolf beschouwen als het verstoringspatroon dat wordt veroorzaakt door het reizen van geluidsenergie door een medium (zoals lucht, water of een andere vloeibare of vaste stof) terwijl de energie zich voortplant weg van de geluidsbron naar de ontvanger.

De golf draagt de geluidsenergie doorheen het medium, meestal in alle richtingen  en steeds minder intens naarmate de golf zich steeds verder weg van de geluidsbron voortplant.

Geluidsgolven zijn longitunale mechanische golven. Dit wil zeggen dat de kortstondige verplaatsing van luchtmoleculen rondom hun evenwichtspunt in dezelfde richting van de geluidsgolf gebeurt.

Wanneer longitudinale golven door een bepaald medium reizen creëren ze zones waar de luchtmoleculen tegen elkaar gedrukt worden, met een verhoging van de luchtdruk t.o.v. de atmosferische druk tot gevolg. Daarnaast zijn er ook zones waar de luchtmoleculen verder van elkaar komen te liggen wat op zijn beurt weer een daling van de luchtdruk t.o.v. de atmosferische druk tot gevolg heeft.

Door die serie van onderdrukjes en overdrukjes t.o.v. de atmosferische druk plant de geluidsenergie zich voort.

Types geluidsgolven 

• Sferische of bolvormige golven
  
• Cylindrische golven
• Vlaklopende golven

Sferische golven

Indien de puntbron klein is ten opzichte van de golflengte van de geluidsgolf dan breidt het geluid zich bolvormig uit.

Het middelpunt van de steeds verder uitdeinende geluidsgolf is de

Cylindrische golven

Vlaklopende golven

Geluidsveld

Elk punt binnen het  geluidsveld wordt gekenmerkt door volgende parameters:

• geluidsdruk
• de deeljessnelheid van de luchtmoleculen
• de geluidsintensiteit

Types geluidsvelden:

• Vrije veld 
• Diffuus veld

Vrije veld

Diffuse veld

Frequentie / toonhoogte

De tijd waarin een geluidsgolf 1 cyclus (evenwicht-overdruk-evenwicht-onderduk-evenwicht) doorloopt wordt de periode (T in seconden) genoemd.

De frequentie = 1 / T (in Hz).

Frequentie is dus het aantal cycli per seconde. 

• 50 Hz = 50 cycli per seconde
  • klinkt als een bastoon
• 5000 Hz = 5000 cycli per seconde
  • klinkt als een hoge toon

Zuivere toon = geluid met slechts 1 frequentie. Zuivere tonen komen slechts zelden voor, meestal bestaat geluid uit meerdere frequenties. 

• laagfrequente geluid
  • frequenties lager dan 200 Hz
• middenfrequente geluid
  • frequenties tussen 200 en 2000 Hz
• hoogfrequent geluid
  • frequentes hoger dan 2000 Hz

Naast zuivere tonen zijn er ook klanken . Bij muziekinstrumenten zijn dat de grondtoon (zuivere toon) en de harmonische (hele veelvouden van de grondtoon). De amplitude van de harmonische is lager dan de amplitude van de grondtoon.

Lawaai = geluid met veel frequenties met elk een verschillende amplitude die gelijktijdig voorkomen.

Golflengte

De afstand die de geluidsgolf aflegt in 1 cyclus (evenwicht-overdruk-evenwicht-onderdruk-evenwicht).

Golflengte = geluidsnelheid in het medium / frequentie van het geluid

• medium lucht = geluidsnelheid +/- 340 m/s
  • 100 Hz 
    • golflengte = 340/100 = 3,4 m
  • 1000 Hz
    • golflengte = 340/1000 = 34 cm
  • 5000 Hz 
    • golflengte = 340/500 = 6,8 cm
  • 10.000 Hz
    • golflengte = 340/10.000 = 3,4 cm

Hoge frequentie = korte golflengte.

Lage frequentie = lange golflengte.

In lucht is de golflengte onafhankelijk van de frequentie van het geluid.

Enkel de luchttemperatuur heeft een impact op de geluidssnelheid en dus op de golflengte.

Geluidsdrukniveau in dB

Met een factor 1000.000 tussen gehoordrempel ( 0.0002 Pa) en pijndrempel (20 Pa) wordt dit een moeilijke schaal om te hanteren. Daarom werken we niet met geluidsdruk in Pascal maar met een geluiddrukniveau dat in decibel wordt uitgedrukt.

Geluidsdrukniveau in dB

     Lp = 10 x log (p²/pref²) = 20 x log (p/pref)

• p = gemeten luchtdrukvariatie
• pref = de gehoordrempel 0.00002 Pascal

dB slaat op 10 keer een logaritmische verhouding.

dB-schaal

Deze schaal 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:

Bij een zuivere toon van 1000 Hz is een verschil tussen 2 geluidsdrukniveaus van:

• 1 dB voor de meeste mensen slechts waarneembaar in ideale luisteromstandigheden
• 3 dB net merkbaar
• 5 dB duidelijk merkbaar
• 10 dB overeenstemmend met een verdubbeling of halvering

Luidheid = hoe wij mensen geluidssterkte ervaren.

Kenmerken van een geluidsbron

De parameters die een geluidsbron karakteriseren zijn:

• geluidsvermogen van de bron
• het spectrum van de bron
• puntbron of lijnbron
• de richtingsfactor van de bron

Monotone bronnen, die slechts 1 frequentie produceren komen bijna nooit voor. De meeste geluidsbronnen produceren meerdere frequenties met elk een verschillende amplitude terzelfdertijd.

Het spectrum van de bon

Als we het geluidsvermogen per frequentie of frequentieband meten dan kennen we het spectrum van de bron. Met een globaal geluidsvermogen alleen missen we de noodzakelijke info omtrent het spectrum om de juiste akoestische ingrepen te kunnen uitwerken.

Voorbeeld: 3 bronnen met elke een geluidsvermogen van 55 dB maar met een verschillend spectrum

Het geluid van bron 3 is het gemakkelijkst te isoleren.

Het geluid van bron 1 is het moeilijkst te isoleren.

Puntbron of lijnbron

Als de afmetingen van de puntbron klein zijn t.o.v. de golflengte van het geluid.

Richtingsfactor van de bron

Bronnen stralen niet in alle richtingen

Geluidsvermogenniveau Lw van een bron

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

Lw = 10 x log (W/Wref)

• W = geluidsvermogen van de bron in Watt
• Wref = 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.

Link geluidsvermogen / geluidsdruk

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 terwijl geluidsdruk een scalaire grootheid is.

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

Geluidsintentsiteit en geluidsdruk zijn in het vrije veld (buiten) 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

In het diffuse veld (binnen) wordt dit:

     geluidsintensiteit = geluidsdruk²/ 4 x akoestische impedantie van lucht

Geluidsintensiteitsniveau LI in dB

      LI= 10 x log (I/Iref)

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

In het vrije veld is LI = Lp

In het diffuse is LI = Lp - 6 dB

Rekenen met de decibels

• 60 dB + 60 dB = 63 dB
  • verdubbeling = + 3 dB
    • voor onze oren is dit net op te merken
• 63 dB - 60 dB = 60 dB
  • 2 bronnen produceren samen 63 dB en we schakelen 1 bron uit
    • 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

Geluidssnelheid in lucht

De voorplanting van geluidsgolven in lucht is 100% longitudinaal (= in dezelfde richting van de verstoring).

In lucht is de geluidsnelheid afhankelijk van de temperatuur. Om gemakkelijk te rekenen gebruiken we 340 m²/sec maar de geluidsnelheid moet eigenlijk berekend worden via de formule:

       geluidsnelheid = 20 x √temperatuur in graden K

• bij -10 °C (263 K) = 20 x √263 = 324,3 m/s
• bij 0 °C (273 K) = 20 x √273 = 330,5 m/s
• bij 20 °C (293 K) = 20 x √293 = 342,3 m/s

De frequentie van het geluid heeft geen enkele impact op de snelheid van geluid in lucht.

Geluidssnelheid in vaste stoffen

In vaste stoffen zijn er naast longitunale golven ook nog andere types golven mogelijk waarvan in de bouwakoestiek de buigtrillingsgolven de belangrijkste zijn.

Longitudinale golven in vaste stoffen

Dit type golven heeft een vaste snelheid die net zoals bij lucht enkel afhankelijk is van de temperatuur, de volumieke massa van het materiaal en de Young's Modulus van het materiaal. De frequentie speelt geen rol.

Hoe dichter de moleculen op elkaar zitten hoe sneller het geluid zich in de stof voortplant.

• staal
  • 500 m/s
• glas
  • 5000 m/s
• beton
  • 4000 m/s
• hout 
  • varieert volgens de houtsoort tussen de 1000 tot 2000 m/s

Buigtrillingsgolven in vaste materialen

De snelheid van deze golven is wel afhankelijk van de frequentie. Hoogfrequente golven 

Spectrale analyse

Zuivere tonen komen zelden voor. De geluiden die ons omringen zijn meestal samengesteld uit meerdere frequenties die terzelfdertijd voorkomen (breedbandig geluid). Door middel van een FFT (Fast Fourrier Transform) kan breedbandig geluid ontbonden worden in zuivere tonen of frequentiebanden met elk hun eigen geluidsniveau.

Omdat voor een spectrale analyse een geluidsdrukniveau of een geluidsverzwakkingsindex per frequentie onoverzichtelijk zou zijn worden frequenties gebundeld in frequentiebanden.

Veelgebruikte frequentiebanden zijn:

• octaafbanden
• tertsbanden of 1/3 octaafbanden

Zowel octaafbanden als tertsbanden worden genoemd naar hun middenfrequentie.

• Tertsband met middenfrequentie 125 Hz
  • Ondergrens van de frequentieband =  112 Hz
  • Bovengrens van de frequentieband = 140 Hz

• Octaafband met middenfrequentie 125 Hz
  • Ondergrens van de frequentieband =  88 Hz
  • Bovengrens van de frequentieband = 177 Hz
  • Bestaat uit de tertsbanden met middenfrequentie 100 Hz, 125 Hz en 160 Hz

De bandbreedte (het verschil tussen ondergrens en bovengrens) is groter bij de octaafband met middenfrequentie 125 Hz dan bij de tertsband met middenfrequentie 125 Hz.

Ruis = alle frequenties komen terzelfdertijd voor. Voorbeelden van dergelijke breedbandige signalen zijn:

• Witte ruis = alle frequenties hebben dezelfde energie inhoud
  • Omdat de bandbreedte van de hogere frequentiebanden breder is bevatten deze meer geluidsenergie dan de lagere frequentiebanden
• Roze ruis = alle tertsbanden hebben dezelfde energie inhoud
  • Omdat de brandbreedte van de lagere tertsbanden kleiner is worden de lagere frequenties 'geboost"

Wat zijn tertsbanden?

Tertsbanden = 1/3 octaafbanden.

De blauwe tertsbanden zijn de tertsbanden waarmee in de bouwakoestiek rekening gehouden wordt.

De bandbreedte (het verschil tussen bovengrens en ondergrens) van de hogere tertsbanden is veel groter dan die van de kleinere tertsbanden.

Bij witte ruis is het geluidniveau van elke frequentie gelijk. Dat betekent dat het globale geluidsniveau van de lagere tersbanden lager is dan dat van de hogere tertsbanden omdat de lagere frequentiebanden minder frequenties bevatten.

Van geluidsniveau per tertsband naar globaal geluidsniveau.

Stel nu dat we onderstaande geluidsdrukniveau's per tertsband gemeten hebben. Wat wordt dat het globale geluidsniveau?

Globale geluidsdrukniveau Lp= 10 x log((10^(41/10) + 10^(45/10) + 10^(46/10) + 10^(48/10) + 10^(55/10) + 10^(53/10)+10^(49/10) + 10^(47/(10 ))+ 10^(45/10)) =  59 dB

Van het geluidsniveau in tertsbanden kunnen we een globaal geluidsniveau berekenen maar een globaal geluidsniveau kan niet uitgesplitst worden in tertsbanden.

A-weging

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.