Geluid in een open veld

In deze blog gaan we je alles leren over de afname van geluid. Naarmate de blogs vorderen zullen we meer technische aspecten gaan behandelen, ik doe m’n uiterste best het onderwerp zo eenvoudig mogelijk te blijven beschouwen.

Afname van geluid puntbron

Om de context wat leven in te blazen schets ik een (geromantiseerd) verhaal. Het is vroeg in de ochtend en lekker weer. De temperatuur ligt rond het vriespunt, de wind is afwezig en we staan op een lege landingsbaan van Schiphol in de Haarlemmermeer. We staan op een paar meter afstand van een geluidbron. Deze bron staat op twee meter hoogte en is niet groter dan een speldenknop.

De bron straalt ondanks z’n kleine omvang flink wat geluid uit. De bron van een geluid noemen we ook wel het emissiepunt (Latijn: ēmissio ‘het uitzenden, loslaten’). Het geluid komt rondom uit de bron, in het begin is het niet groter dan de speldenknop maar dat duurt niet lang. Met de snelheid van geluid (circa 335 m/s) breidt de schokgolf steeds verder uit in de ruimte. Net zolang tot het ons oor bereikt en ons trommelvlies in beweging brengt, nu horen we het geluid. Zolang de ‘explosie van geluid’ zich uitbreidt is er steeds meer oppervlak waarover de energie wordt ‘uitgesmeerd’. De afname van geluid wordt groter en groter. Een geluidbron klinkt daardoor zachter naarmate hij verder van je vandaan staat. In onderstaande afbeelding is het zwakker worden van het geluidniveau naarmate je verder van de bron gaat staan uitgebeeld.

Op verschillende afstanden van de geluidbron is het geluidniveau gemeten. Het ontvangpunt/beoordelingspunt heet ook wel een imissiepunt (het omgekeerde van emissie). De afstand van de meting hebben we elke keer verdubbelt (r, 2*r, 4*r, 8*r, …). De uitkomsten zijn in onderstaande grafiek weergegeven. Er is dus geen regel voor de afname van geluid per meter, je bekijkt de afname van geluid per verdubbeling van je eigen afstand tot de bron.

We weten uit onze blog over decibellen dat een verdubbeling van het geluidniveau 3 dB is (1+1 = 4dB). Een logische hypothese zou kunnen zijn dat met de verdubbeling van de afstand (r*2) het geluidniveau halveert (dB/2) en dus weer met 3 dB afneemt.

Maar in bovenstaande grafiek lezen we af dat het geluid met 60 dB in 10 stappen afneemt. Voor elke verdubbeling van de afstand (r*2) is dat 6 dB afname (60/10) en dus geen 3 dB zoals onze hypothese voorspelde. Hoe komt dit? Herinner je de opmerking over de groter wordende bol (schokgolf van de explosie)? Het oppervlak waarover de energie wordt uitgesmeerd is driedimensionaal en niet tweedimensionaal zoals de eerste afbeelding doet vermoeden. Zie onderstaande figuur voor een illustratie van dit principe. De energie wordt uitgesmeerd in zowel de horizontale als de verticale richting.

Je ziet in de afbeelding hoe het oppervlak (A) in 2 richtingen groter wordt naarmate de afstand verdubbelt. Het verschil tussen afstand r en 2r (1:2) geeft een verschil van oppervlak A en 4A (1:4). Dit heet de omgekeerde kwadratenwet. Een vermindering van de energie met een factor 4 staat gelijk aan 6 dB. Bij een puntbron geeft een verdubbeling van de afstand een afname van 6 dB. Dit is een handige vuistregel in de akoestiek. Andersom geldt hij ook, een halvering van de afstand tussen jou en de puntbron geeft een toename van 6 dB.

Afname van geluid lijnbron

Nu nemen we dezelfde speldenkop, maar we leggen er een heleboel naast elkaar totdat zich een lijn van bronnen vormt over de breedte van de startbaan. In ons zichtveld zien we geen puntbron maar een lijnbron zoals in bovenstaande afbeelding. Onderstaande grafiek laat weer de afname zien per verdubbeling van de afstand. En wat zie je? Er vindt na 10 stappen een afname van totaal 30 dB plaats. Als je wegloopt van de lijnbron kom je namelijk steeds weer in de invloedssfeer terecht van de puntbron ernaast. Kijk maar naar de afbeelding hierboven met de uitstraling van alle bronnen op een rij. Bij een lijnbron geeft een verdubbeling van de afstand (r) een afname van 3 dB.

In onderstaande figuur is de uitbreiding van de energie van een lijnbron weergegeven (excuses voor mijn matige MS Paint skills). Je ziet dat het afnemen van geluid niet meer in twee dimensies plaatsvind (hoogte en breedte) maar alleen nog in de hoogte. De lijnbron heft de horizontale afname af.

Breinkraker bij onderstaande afbeelding: Je staat vlak voor een gebouw waar uit elk appartement muziekgeluid komt. Vanuit het punt waar je staat is het ‘uitstralende vlak’ veel hoger en breder dan jezelf. Wat is de afname van het geluid als je 1, 2 of 3 meter naar achter loopt?

Dat is waarschijnlijk 0 dB. Er vindt geen afname plaats omdat je in de ‘directe invloedsfeer’ van het uitstralende vlak staat. Je staat simpelweg nog te dicht bij de bron.

Dus wat hebben we geleerd:

1. Als je voor een groot vlak staat dat geluid uitstraalt en je hele blikveld inneemt, zal het geluidniveau bij het vergroten van je afstand tot de bron niet tot nauwelijks afnemen.
2. Wanneer de geluidbron eruitziet als een lijn aan de horizon neem het geluidniveau met elke verdubbeling van de afstand 3 dB af.
3. Als je geluidbron een stip op je horizon vormt neemt het geluid met elke verdubbeling van de afstand 6 dB af.

Liever een professional die het geluid van je bedrijf of evenement meet? Vraag een offerte aan.