Wat is Geluidsniveau? — Natuurkunde

Definitie 21.9 Natuurkunde bovenbouw · Hoofdstuk 21 — Geluid en akoestiek

Het oor bestrijkt twaalf machten van tien, dus worden intensiteiten logaritmisch opgegeven. Het geluidsniveau van $I$ is

L = 10 \log_{10}(I/I_0), \qquad I_0 = 1.0 \times 10^{-12}\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2},

in decibel ( $\mathrm{dB}$ ): de gehoordrempel ligt op $0\,\mathrm{dB}$ , de pijngrens rond $120\,\mathrm{dB}$ .

Een ladder van alledaagse niveaus: elke stap van 20\, dB is een honderdvoudige sprong in intensiteit; voorbij 85\, dB (rode zone) beschadigt blootstelling het gehoor. — Een ladder van alledaagse niveaus: elke stap van $20\,\mathrm{dB}$ is een honderdvoudige sprong in intensiteit; voorbij $85\,\mathrm{dB}$ (rode zone) beschadigt blootstelling het gehoor.

Lees in het hoofdstuk →

Definitie 7.5 Universitaire natuurkunde — jaar 2 · Hoofdstuk 7 — Geluidsgolven in fluïda

Het geluidsniveau van een golf met gemiddelde intensiteit $I$ is

L = 10\log_{10}\frac I{I_0} \ \text{dB} , \qquad I_0 = 1 \times 10^{-12}\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}

— de gehoordrempel bij $1\,\mathrm{kHz}$ , die in lucht overeenkomt met de drukamplitude $p_0 \approx 2 \times 10^{-5}\,\mathrm{Pa}$ (effectief) $= 2 \times 10^{-10}$ atmosfeer. De intensiteit verdubbelen voegt $3\,\mathrm{dB}$ toe; tien keer zo veel, $10\,\mathrm{dB}$ ; honderd keer de drukamplitude, $40\,\mathrm{dB}$ . Stille kamer $30\,\mathrm{dB}$ , gesprek $60\,\mathrm{dB}$ , drukke straat $80\,\mathrm{dB}$ , rockconcert $110\,\mathrm{dB}$ , pijngrens $120\,\mathrm{dB}$ ( $I = 1\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ , $p_m = 29\,\mathrm{Pa}$ ).

Links: in een vlakke lopende geluidsgolf zijn de overdruk en de snelheid van het fluïdum in fase, en loopt de uitwijking een kwart periode achter. Rechts: de decibelschaal — elke stap van 20\, dB vermenigvuldigt de intensiteit met honderd en de drukamplitude met tien. — Links: in een vlakke lopende geluidsgolf zijn de overdruk en de snelheid van het fluïdum in fase, en loopt de uitwijking een kwart periode achter. Rechts: de decibelschaal — elke stap van $20\,\mathrm{dB}$ vermenigvuldigt de intensiteit met honderd en de drukamplitude met tien.

Voorbeelden

Voorbeeld 7.6 (Hoe klein een geluid is)

Aan de drempel, bij $1\,\mathrm{kHz}$ : $p_m = 2.8 \times 10^{-5}\,\mathrm{Pa}$ , $v_m = p_m/Z = 7 \times 10^{-8}\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ , en de uitwijkingsamplitude $\xi_m = v_m/\omega = 1 \times 10^{-11}\,\mathrm{m}$ — een tiende van een atoomdiameter: het trommelvlies bespeurt bewegingen kleiner dan een atoom. Bij $120\,\mathrm{dB}$ is $\xi_m = 11\,\text{µ}\mathrm{m}$ , nog altijd onzichtbaar, en $p_m/P_0 = 3 \times 10^{-4}$ : zelfs de luidste geluiden zijn minieme verstoringen, en daarom werkt de lineaire theorie zo goed.

Voorbeeld 7.8 (Een sirene, een gesprek)

Een sirene van $10\,\mathrm{W}$ : $I = 10/4\pi r^2$ , $0.8\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ op $1\,\mathrm{m}$ ( $119\,\mathrm{dB}$ , pijn), $79\,\mathrm{dB}$ op $100\,\mathrm{m}$ , $59\,\mathrm{dB}$ op $1\,\mathrm{km}$ — nog altijd hoorbaar boven de stad uit. Een stem straalt ongeveer $10\,\text{µ}\mathrm{W}$ uit: $60\,\mathrm{dB}$ op $1\,\mathrm{m}$ en $40\,\mathrm{dB}$ op $10\,\mathrm{m}$ . Lucht absorbeert ook geluid (meer bij hoge frequentie, enkele decibel per honderd meter bij $10\,\mathrm{kHz}$ ), en daarom rommelt verre donder laag.

Lees in het hoofdstuk →