Onder geluid verstaan we alle met het menselijk hoorzintuig waarneembare trillingen (physische definitie), dan wel de gewaarwording van deze trillingen door de mens (physiologische definitie). Meestal bereiken de trillingen als longitudinale golven door de lucht ons trommelvlies, dat de trilling via het middenoor doorgeeft aan het inwendige oor.
Echter kan ook een deel of zelfs de gehele geluidsweg in vaste stof verlopen (beengeleiding). In dat geval kunnen de trillingen in deze vaste stof zowel transversaal als longitudinaal zijn, zonder dat het resultaat, de gewaarwording, principieel anders is.Grondbegrippen.
Geluidsgolven blijken voor haar voortplanting een middenstof of medium nodig te hebben (een electrische bel onder een vacuümklok is onhoorbaar). Daar lucht de belangrijkste middenstof voor geluid is, zullen wij bij de bespreking der grondbegrippen, tenzij anders vermeld, denken aan geluidsgolven in de lucht.
De eenvoudigste groep onder de geluidsgolven is die der sinusvormige of enkelvoudige. De mens neemt zo’n golf waar als een zuivere, enkelvoudige, niet verder te analyseren toon. Aan een sinusvormige lopende golf merken we o.a. op
a. de geluidsoverdruk p, dat is de zeer kleine drukverandering, die de atmosferische druk P ondergaat door het passeren van het geluid; p hangt af van de plaats en het moment van de waarneming; de verhouding van de maximale waarde van p en P is ca 10-10 voor nog juist hoorbaar geluid, ca 10-3 voor geluiden, die de pijnindruk benaderen;
b. de luchtsnelheid v (algemeen: stofsnelheid), dat is de zeer kleine snelheid, waarmee de luchtdeeltjes onder invloed van het geluid rond hun evenwichtsstand trillen; ook v hangt af van plaats en tijd; de maximale waarde er van is ca 10-8 m/sec voor nog juist hoorbaar geluid, ca 10 cm/sec voor zeer sterke geluiden;
c. de geluidssnelheid c of voortplantingssnelheid van de golf, die in lucht onder normale omstandigheden ca 344 m/sec bedraagt onafhankelijk van de toonhoogte;
d. de toonhoogte of frequentie f, d.i. het aantal trillingen per seconde (hertz, Hz) door ieder deeltje uitgevoerd; de mens neemt slechts enkelvoudige trillingen tussen 20 en 20 000 Hz als geluid waar; bekend is, dat sommige kleinere dieren, met name insecten, veel hogere tonen dan 20 000 Hz waarnemen en voortbrengen (ultrasone trillingen);
e. de golflengte A, die met c en ƒ samenhangt volgens Xf = c; X varieert, gezien de grenzen van ƒ en de waarde van c, van 17 mm tot 17 m;
f. de periode T = I/f, d.i. de tijd waarna het verschijnsel zich voor de stilstaande waarnemer herhaalt.
Het begrip toonhoogte eist nadere toelichting. Het geoefend oor hoort een wel periodieke, doch niet sinusvormige geluidsgolf ook als een toon, doch onderscheidt hierin een grondtoon en harmonische boventonen, t.w. het octaaf van de grondtoon, de kwint van dit octaaf, het dubbeloctaaf enz.
De „toonhoogte” van zo’n samengestelde trilling zou men bij definitie gelijk kunnen stellen aan die van de grondtoon, doch wordt doorgaans ook als hieraan gelijk ondervonden. De mate waarin boventonen worden waargenomen bepaalt het timbre of de klank en blijkt samen te hangen met de vorm van de periodieke trillingen, die wederom vaak weer is te verklaren uit de bouw van de geluidsbron (snaar, orgelpijp). Volgens het theorema van Fourier kan iedere periodieke golf worden ontleed in een onbegrensd aantal sinusvormige golven, die bij elkaar opgeteld (gesuperponeerd) juist de gegeven periodieke golf opleveren. De golflengten der samenstellende sinusgolven verhouden zich als I : ½ , : 1/3 : 1/4 hun frequenties dus als 1 : 2 : 3 : 4 Tonen met deze onderlinge frequentieverhouding staan nu juist bekend als bovengenoemde opéénvolging grondtoon, octaaf, kwint van het octaaf, dubbeloctaaf etc., zodat een geoefend oor klaarblijkelijk Fourier’s analyse automatisch uitvoert (wet van Ohm). Verandering van de vorm der periodieke trilling door onderlinge verschuiving van de samenstellende sinusgolven, doch bij behoud hunner sterkte, blijkt voor niet te sterke geluiden de waarneming niet te beïnvloeden (Helmholtz). Uit het bovenstaande is het duidelijk, dat de mens een niet sinus vormige periodieke trilling met een frequentie lager dan 20 Hz wel degelijk kan horen vanwege haar boventonen (z ook interferentie, staande golven).
Stelt men golven samen, waarvan de frequenties zich niet verhouden als 1 : 2 : 3 : 4 , dan is het resultaat in het algemeen niet periodiek meer. Brengt een geluidsbron zo’n tonenreeks voort, dan zegt men dat zij onharmonische boventonen heeft. Voorbeelden van bronnen met onharmonische boventonen zijn een kerkklok, een stemvork, een fietsbel. Ook de boventonen van een snaar zijn strikt genomen niet geheel harmonisch door de eigen stijfheid van de snaar.
Onder de geluidintensiteit I van een golf verstaat men de energie, die per tijdseenheid door de oppervlakte-eenheid stroomt. In het practische eenhedenstelsel meet men geluidintensiteiten dus in watts/m2 (10-i2 W/m2 komt bij 1000 Hz overeen met de toondrempel, 100 W/m2 met de pijndrempel).
Luistert men gelijktijdig naar twee vrijwel even sterke tonen met frequenties die slechts 2, 3, 4.... Hz verschillen, dan hoort men 2, 3, 4 zwevingen per sec. De geluidsindruk wordt 2, 3, 4 maal per sec zwak en sterk door interferentie der beide tonen. Deze zwevingen gebruikt men bij het op gelijke hoogte brengen van twee tonen, doch ook voor het zuiver stemmen van eenvoudige muzikale intervallen zoals de octaaf, de kwint, de kwart.
Bij een octaaf hebben de beide grondtonen frequenties die zich verhouden als 1:2. De eerste boventoon van de laagste grondtoon heeft dezelfde frequentie als de hoogste grondtoon en men zal de eerstgenoemde met laatstgenoemde bij onzuivere stemming horen zweven. De frequenties in een kwint zijn als 2 : 3; de derde boventoon van de laagste zal bij onzuivere stemming zweven met de tweede boventoon van de hoogste. Deze zwevingen kan men dus alleen horen indien de boventonen voldoende sterk zijn.
Golven, die niet uit enkelvoudige golven opgebouwd kunnen worden, horen wij als een wisselend samenstel van tonen, of, als de wisseling te frequent geschiedt, als een gesis, geruis, geraas of gerommel (klanknabootsingen!). Een zeer korte golf, waarin nauwelijks een periode is te onderscheiden maakt de indruk van een tik, knal, smak of plons.
Voortplanting.
De voortplantingssnelheid van geluid in gassen en vloeistoffen blijkt te kunnen worden berekend als c = √K/Q (Newton), waarin K de compressiemodulus (een grootheid, die aangeeft met welke tegendruk een gas of vloeistof zich verzet tegen samendrukking) en Q de dichtheid (het aantal kg per m3) van het gas of de vloeistof is. Een gas wordt bij samendrukking merkbaar warm (het warmworden van een fietspomp!). De tegendruk van het gas (en dus de compressiemodulus) zal hierdoor afhangen van het feit of men het gas bij de samendrukking laat afkoelen . (isotherme compressie) of niet (adiabatische compressie). Newton onderstelde dat de drukschommelingen in geluidsgolven isotherm geschieden.
Dit voerde hem tot een onjuiste uitkomst voor de voortplantingssnelheid. Laplace vond de juiste waarde met behulp van de tweede onderstelling. Voor lucht en tweeatomige gassen is de adiabatische compressie-modulus 40 pct groter dan de isotherme, hetgeen 20 pct verschil maakt in de berekende voortplantingssnelheid.
De „normale” voortplanting van geluid in de lucht ondergaat wijzigingen door atmosferische onhomogeniteiten. Mist heeft geen grote invloed. Belangrijker zijn temperatuur-, snelheids- en dichtheidsverschillen in de lucht, waardoor het geluid abnormale wegen volgt. Is de lucht aan het aardoppervlak kouder dan in hogere luchtlagen (op een warme zomerdag boven een uitgestrekt wateroppervlak), dan zal de geluidssnelheid op geringe hoogte iets kleiner zijn dan hoger in de lucht. Schuin omhoog weglopend geluid buigt naar het aardoppervlak terug.
Een zanger in een roeibootje is daardoor soms op enige afstand veel luider dan op de hei, waar het omgekeerde temperatuurverloop vaak optreedt (het geluid buigt weg van het aardoppervlak). Onder de wind hoort men een geluid tot op grotere afstand dan boven de wind. De windsnelheid neemt nl. toe naarmate we hoger gaan. Geluid, lopend met de wind mee (tegen de wind in), buigt daardoor naar (van) de aarde.
Evenals licht afwijkt van de rechtlijnige loop door onhomogeniteit van de middenstof (slieren) of door reflectie en breking aan een glasoppervlak, zo buigt, breekt en reflecteert geluid als het gassen met andere dichtheid treft. Wolken kunnen deze functie vervullen en geluid min of meer reflecteren en door hun vorm soms concentreren op bepaalde punten op het aardoppervlak. Door de kleine golflengte van licht kan men gemakkelijk een licht,,bundel” zich laten voortplanten. Bij geluid is dit veel moeilijker door de zeer veel grotere golflengte.
Buiging van geluid o.a. langs en rond objecten, treedt dan ook doorgaans in belangrijke mate op. Geluidsstralen kan men eigenlijk slechts maken met geluid van zeer hoge frequenties (z trillingen, ultrasone).
Bij de voortplanting van geluid onder water wordt de plaats der atmosferische onhomogeniteiten in lucht ingenomen door temperatuurs- en dichtheidsverschillen en stroming in het water. Zo blijkt een scherm van opstijgende luchtbellen onder gunstige omstandigheden bijv. 99 pct van de geluidsenergie te reflecteren.
Geluid breidt zich bolgolvig uit in stilstaande lucht. Beweegt de geluidsbron, dan ontstaan welbolvormige, niet concentrische golven.
Een stilstaande waarnemer bij A hoort dus een hogere toon dan die van de bron, B een lagere. Als de geluidsbron passeert, daalt de toonhoogte plotseling (Doppler-effect) in de rede (c + v)/(c — v). Precies hetzelfde effect bereikt men als de geluidsbron stilstaat doch de waarnemer beweegt, dan wel beide bewegen. Het geluidsbeeld, en daardoor de waarneming, verandert essentieel als de bron beweegt met een snelheid groter dan de geluidssnelheid, zoals dit voorkomt bij projectielen, die een vuurmond verlaten. Alle golven worden nu omhuld door een kegeloppervlak met het projectiel in de top, en ruim een halve bol achter de vuurmond.
De geluidssensatie bij de waarnemer in A begint met het passeren van de zgn. kopknal; A hoort het eerst het geluid dat werd opgewekt toen het projectiel nog in B was.
Geluidstrillingen planten zich ook in vaste stoffen voort. Waar geluidstrillingen in gassen of vloeistoffen steeds longitudinaal zijn (d.w.z. de trillende beweging van de stof is in dezelfde richting als de geluidsvoortplanting) kunnen in vaste stoffen ook transversale trillingen voorkomen (trillende beweging van de stof loodrecht op de geluidsvoortplantingsrichting). De longitudinale trillingen planten zich sneller voort dan de transversale. De snelheid der longitudinale golven hangt in hoofdzaak van de dichtheid en de elasticiteitsmodulus (stijfheid van het materiaal tegen eenzijdige indrukking), die van de transversale van de dichtheid en de glijdingsmodulus (stijfheid tegen afschuiving).
De snelheid der longitudinale golven is ca 3500 m/sec in koper, 5000 m/sec in glas, die der transversale ca 20 pct kleiner.
Geluidsphysiologie
In de practijk gebruikt men om de sterkte van een signaal aan te geven liever het begrip geluidniveau dan de reeds genoemde geluidintensiteit. Hebben twee geluiden resp. de intensiteit I1 en I2 dan is volgens definitie hun geluidniveauverschil 10 log I1/I2 decibell (dB) of log I1/I2 bell (B). Om ook over geluidniveau’s zelf te kunnen spreken, heeft men afgesproken dat een intensiteit van 10-12 W/m2 overeenkomt met een niveau van 0 dB, zodat 10-10, 10-8, 10-6... W/m2 resp. overeenkomt met een niveau van 20, 40, 60 dB.
De decibellschaal heeft voor ons oor het voordeel boven de energieschaal, dat gelijke stappen in de dB-schaal door ons oor min of meer als even groot worden gevonden; voor de energieschaal geldt dit in de verste verte niet. Toch is in de dB-schaal nog veel te weinig rekening gehouden met de eigenschappen van ons oor. Een toon van 1000 Hz met een niveau van 50 dB is vrij sterk, een toon van 50 Hz en hetzelfde niveau is onhoorbaar. Dit heeft geleid tot invoering van het begrip luidheid, welke men aangeeft in foons.
Twee geluiden of tonen van bijv. 40 foon zijn dus even luid. Bij definitie is de luidheid in foons van een toon van 1000 Hz gelijk aan het niveau in decibells. Het aantal foons van tonen van andere frequentie is doorgaans niet gelijk aan hun decibellwaarde. De isofoon van 0 foon heet de toondrempelkromme.
De pijndrempelkromme zal geen isofoon zijn, doch ligt ongeveer bij 140 foon. Zodra niet meer sprake is van enkelvoudige tonen nemen de verschijnselen en gewaarwordingen zeer in gecompliceerdheid toe.
Luistert men naar twee sterke enkelvoudige tonen van verschillende frequentie a en b, dan hoort het geoefende oor behalve a en b zgn. combinatietonen met frequenties a — b (sterk) en a + b (zwak). Deze noemt men ook wel resp. de verschiltoon en de somtoon. De ontdekker ervan is vermoedelijk de Italiaanse violist Tartini (1714), doch ook Sorge, Romien, Young, Röber, Helmholtz e.a. worden doorgaans in dit verband genoemd. Het is vrij zeker, dat deze tonen in of door het oor gevormd kunnen worden, doch ook wel buiten het oor zijn ze objectief aangetoond. Helmholtz’ verklaring, dat de tonen het gevolg zijn van het onderwerpen van een niet-symmetrisch niet-lineair trillingssysteem aan twee sterke trillingen, mag als principieel juist worden aangenomen.
Een systeem is niet-lineair, als het bij een tweemaal zo grote kracht niet tweemaal zo veel uitwijkt. Feitelijk is elk systeem slechts bij benadering lineair als de uitwijkingen niet te groot worden genomen. Ons oor moet stellig als niet-lineair worden betiteld.
Onder het verschijnsel van maskering verstaat men het feit, dat de luidheid, die een bepaalde toon voor ons heeft, afhangt van andere geluiden, die gelijktijdig ons oor treffen. Zelfs kan een toon zodanig worden gemaskeerd, dat zijn aanwezigheid ons ontgaat. Men zou de maskeringsgraad kunnen aangeven door de isofonen passend te vervormen en naar boven op te schuiven, in overeenstemming met het feit dat bij aanwezigheid van storend geluid een enkelvoudige toon een hogere dB-waarde moet hebben om even luid te zijn. De toondrempelkromme komt dus ook hoger te liggen.
Het blijkt dat een bepaalde toon in sterkere mate de tonen met hogere frequentie dan die met lagere frequentie maskeert.
De luidheid van een niet-enkelvoudig geluid, bijv. van een combinatie van enkelvoudige tonen, een orkest, een gesis, geruis of geraas wordt in foons gemeten op dezelfde manier als voor enkelvoudige tonen is aangegeven
Geluidsmeting, analyse.
Een microfoon zet luchttrillingen om in electrische wisselspanningen. Getracht wordt de microfoon zo te ontwerpen, dat de wisselspanning een getrouwe afspiegeling is van de geluidsoverdruk of de luchtsnelheid. Na versterking van het electrische signaal met zgn. versterkers kan men het toevoeren aan een kathodestraaloscillograaf, waardoor op het fluorescerend scherm hiervan het trillingsverschijnsel wordt geprojecteerd en visueel kan worden waargenomen of gefotografeerd. Men kan oscillogrammen analyseren om vast te stellen, welke tonen in het signaal voorkomen.
Men kan echter ook geheel electrisch analyseren door de versterkte wisselspanningen van de microfoon met electrische filters uiteen te leggen in de verschillende componenten, waarvan men vervolgens electrisch de grootte meet. Voor lawaai- en hinderproblemen heeft men zgn. foonmeters ontwikkeld. Men kent subjectieve en objectieve. De subjectieve foonmeter bevat een vergelijkingsgeluidsbron, die in sterkte geregeld kan worden tot het vergelijkingsgeluid even luid is als het te meten geluid (Barkhausen).
De objectieve meter is geheel electrisch en heeft in gevoeligheid voor de verschillende toonhoogten ongeveer eigenschappen als het menselijk oor. Door uitschakeling van deze speciale gevoeligheidsregeling meet men niet de luidheid in foons, doch het geluidsniveau in decibells.
Geluidsopwekking
kan geschieden langs mechanische weg (stemvork, snaarinstrumenten, hamerinstrumenten, blaasinstrumenten, wind, electrisch (luidsprekers, trillende kristallen) of thermisch (bijv. zingende vlammen). De toonhoogte van aangeslagen vaste ongespannen voorwerpen (stemvorken, kerkklokken, fietsbellen, staven, platen, wijnglazen) is omgekeerd evenredig met hun afmeting (een tweemaal groter doch gelijkvormig object geeft dus een octaaflagere toon), zeer ten naastebij evenredig met de wortel uit hun specifieke stijfheid (de elasticiteitsmodulus), en omgekeerd evenredig met de wortel uit de dichtheid van het materiaal. Een stalen kerkklok geeft een hogere toon dan een bronzen van dezelfde afmetingen (E groter). Zo’n voorwerp kan trillen in zijn grondtoon of in één van zijn oneindig vele boventonen.
Bij het aanslaan slaat men doorgaans zowel de grondtoon als alle boventonen aan. Gewoonlijkzijn deze boventonen niet harmonisch. Bij een stemvork hoort men deze niet-harmonische boventonen als een hoog bijgeluid kort na de aanslag. De demping der tonen neemt toe met de toonhoogte, waardoor uiteindelijk de grondtoon overheerst.
Bij stemvorken streeft men daarom naar zo hoog mogelijke boventonen. Bij kerkklokken hebben de boventonen een aesthetische functie. Door vormverandering worden grondtoon en boventonen gestemd. Bekend is het klokkenprofiel van Hemony (17de eeuw).
Bij snaartrillingen neemt de spankracht de plaats in van de elasticiteitsmodulus bij de vorige groep van de vaste ongespannen voorwerpen. De toonhoogte van grondtoon en boventonen van een snaar is dan ook evenredig met √/PlQ/l, waarbij P de spankracht, Q de massa van de snaar per m lengte en / de snaarlengte voorstelt (wetten van Mersenne of Galileo). Het stemmen van een snaar geschiedt door P te wijzigen, terwijl het wijzigen van de toonhoogte door lengteverandering bij de viool, gitaar, en dergelijke toepassing vindt bij het bespelen. Afgezien van kleine afwijkingen door de tamelijk geringe eigen stijfheid van de snaar zijn de boventonen harmonisch.
Men kan ze ten gehore brengen door flageolettenen te spelen, waarbij een zeer lichte vingerdruk op de helft, een derde, een kwart enz. van de lengte van de snaar de grondtoon en sommige boventonen uitdooft, en de eerste resp. tweede, derde boventoon duidelijk naar voren komen. Door een snaar aan te slaan (piano), te strijken of te tokkelen (pizzicato) regelt men de onderlinge sterkte van grond- en boventonen, dus het timbre. Dat het timbre bij een piano beïnvloed zou kunnen worden door de manier van aanslaan der toetsen moet naar het rijk der fabelen worden verwezen.
De snaar zelf heeft veel te weinig vat op de lucht om ons de trilling duidelijk te doen horen. Bij muziekinstrumenten zijn dan ook die onderdelen, die via de kammen of oplegpunten door de snaar in geringe trilling komen van essentiële betekenis voor de geluidsuitstraling. Het waargenomen timbre wordt zodoende ten zeerste beïnvloed door de vorm van klankbodem, kammen, inklemming of oplegging.
Als de wind langs een snaar of draad strijkt, neemt men geluid waar, afkomstig van wervelvorming achter de draad. De toonhoogte wordt bepaald door de frequentie waarmede de wervels loslaten van de draad, welke evenredig is met de windsnelheid. De spanning of lengte van de snaar heeft geen invloed op de toonhoogte, wel echter op de mate waarin de aangeblazen snaar meetrilt. Op dit principe berust de aeolusharp.
Ook hoort men het aan zingende of gierende telefoondraden langs de weg. Natuurkundig gesproken is een hoofdkenmerk, dat een stroming zonder wervels wel bestaanbaar is, doch zgn. labiel is. Vanzelf ontstaan de wervels. Aan eenzelfde labiliteit danken wij de blaasinstrumenten met tongen (tongpijpen in een orgel, harmonium, mondharmonica enz.) of met lippen (lippijpen in een orgel, dwarsfluit, piccolo, enz.).
De tonen, die kunnen worden voortgebracht, worden naar hoogte en timbre in hoofdzaak bepaald door vorm en lengte van de uitstroompijp. Lippen, tongen en wijze van aanblazen moeten hierbij zijn aangepast.
Een blaasinstrument, dat niet op de labiliteit van een luchtstroom is gebaseerd, is de sirene (Cagniard de la Tour, Seebeck, Naber). De werking berust op het periodiek onderbreken van een luchtstroom. Zo’n schokkende luchtstroom bevat een sterk geluidsvermogen. Een om zijn as draaibare metalen schijf werd voorzien van gaatjes, regelmatig verdeeld over een met de as concentrische cirkel.
Blaast men door een buisje tegen de draaiende rij gaatjes, dan ontstaat bovengenoemde schokkende luchtstroom. De toonhoogte is berekenbaar uit draaisnelheid en aantal gaatjes. De bekende sirenes voor waarschuwingsdoeleinden bestaan uit twee van openingen voorziene concentrische cylinders, waarvan de één stilstaat, de ander gaat draaien door de luchtaanvoer. De draaisnelheid en dus de toonhoogte hangen af van de luchttoevoer (huiltoon).
Van de vele andere bronnen noemen wij ten slotte nog de claxon, een signaalinrichting voor o.a. vervoermiddelen. Het trillende element is een stalen trilplaat, mechanisch of electrisch in trilling gebracht. De geluidsafgifte geschiedt doorgaans via een hoorn, waarvan de functie hoofdzakelijk is, de trilplaat te prikkelen tot verhoogde energieafgifte, terwijl hij voor de hogere frequenties of boventonen een richtend effect heeft, zij het in geringe mate. De megafoon wordt gebruikt om op dezelfde wijze de menselijke stem verder verstaanbaar te doen zijn.
Geluidsabsorptie.
Hieraan bestaat o.a. behoefte in de zaalacoustiek, bij de geluidsbestrijding in kantoorruimten, bankgebouwen, zwembaden enz. Het doel is dan het verminderen van de geluidsreflectie tegen de wanden van een ruimte om echo’s te verzwakken, de nagalmtijd te bekorten dan wel het algehele geluidsniveau te verlagen. De meeste toepassing vinden wel poreuze materialen als houtvezelmaterialen, poreuze pleisterlagen, vilt, textiel, gespoten asbest. Zij absorberen doordat de geluidsgolven de lucht in deze materialen in trilling brengen, welke beweging met een omzetting van trillingsenergie in warmte (luchtwrijving in de poriën) gepaard gaat.
Zij absorberen de hoge tonen het beste. De meegevende poreuze materialen absorberen tevens door trilling van de vaste stof zelf. Het is acoustisch voordelig de materialen op enige afstand voor de wand aan te brengen. In toenemende mate gebruikt men tegenwoordig grof geperforeerde panelen van metaal, hout of ander materiaal, waarachter doorgaans poreus materiaal is aangebracht (bijv. glaswol).
Vermindert men het aantal gaatjes per m2, dan verschuift het frequentiegebied, waarin de materialen het best absorberen naar de lagere tonen. De goede werking van houtvezelplaten met gaatjes berust op hetzelfde principe. Dunne houten betimmeringen of panelen, alsmede ruiten hebben ook een absorberende werking, doordat zij kunnen meetrillen met de lage tonen. De geabsorbeerde geluidsenergie verdwijnt dan als warmte vnl. in de inklemming of wordt doorgelaten (ruiten).
Dit effect treedt speciaal op bij de lage tonen en is soms een welkome aanvulling van de gebrekkige absorptie door poreuze materialen bij die frequenties.
Een belangrijk toepassingsgebied van absorptiematerialen is ook in ventilatiekanalen en aanzuigen uitlaatpijpen van allerlei machines. Hier wordt getracht, door absorptie het zich in de kanalen voortplantende geluid zoveel mogelijk decibells per m te doen afnemen. Geluiddempende inrichtingen aan uitlaatpijpen, bekend staande als knalpotten, kunnen eveneens zeer effectief werken, doch berusten lang niet altijd op absorptie.
Geluidsisolatie.
Waar het bij geluidsabsorptie gaat om de vermindering van reflectie, gaat het bij geluidsisolatie om de vermindering van de geluidsdoorgang van de ene ruimte naar de andere. De luchtgeluidsisolatie tussen twee aangrenzende ruimten is gedefinieerd als het verschil tussen het geluidsniveau in dB in het vertrek waar het geluid aan de lucht wordt afgegeven en dat in het vertrek er naast, indien dit laatste vertrek een voorgeschreven hoeveelheid absorberende materialen heeft (meubilair, kleden etc.). Zonder deze laatste restrictie zou de isolatie toenemen, wanneer in het ontvangende vertrek meer absorptiemateriaal werd aangebracht, en was de definitie onpractisch. De isolatie neemt als regel toe met de toonhoogte.
De zgn. gemiddelde isolatie verkrijgt men door de isolatie bij vele logarithmisch tussen 200 Hz en 3200 Hz verdeelde frequenties te middelen. Voor enkelvoudige constructies (heel- of halfsteens muren e.d.) is de gemiddelde isolatie globaal 20 log m decibell, waarin m de massa van de wand per m2 (in kg/m2) voorstelt en log de Briggiaanse logarithme. Verdubbeling van de muurdikte zal dus globaal 6 dB hogere isolatie opleveren. Een heelsteensmuur (ruim 350 kg/m2) isoleert globaal 50 dB, zodat de luide radio van de buurman (80 dB) verzwakt wordt tot een niet erg hinderlijk niveau van 30 dB ten onzent.
Betere resultaten met evenveel kg/m2 kan men bereiken met spouwconstructies (twee of meer volkomen gescheiden lagen). Gaten, scheuren, ramen of deuren in een goede muur doen de isolatie vaak zeer sterk dalen. De gangbare mening, dat geabsorbeerde energie als geluid verloren is, zodat de doorlating van luchtgeluid door het aanbrengen van een lichte absorberende laag op de wand toch ook moet verminderen is vrijwel volledig onjuist. Een uitstekend absorptiemateriaal, dat slechts 10 pct van de opvallende geluidsenergie reflecteert, 80 pct omzet in warmte en de rest ad 10 pct doorlaat, is als isolerende laag tussen twee vertrekken vrijwel waardeloos.
Immers 10 pct doorlating zal globaal slechts 10 dB isolatie betekenen.
Geluidsbestrijding.
De strijd tegen ongewenst geluid dient te beginnen bij de geluidsbronnen (minder verkeerssignalen, verbod van niet-rubber banden, „geruisloze” deursluiters, stortbakken, afvoerpijpen, kranen, opvoeding en beschaving van storende elementen). Voor de bestrijding van geluid, geproduceerd in de ruimte waar wij ons zelf bevinden is dit zelfs vrijwel de enige afdoende maatregel. Is hieraan niets meer te verbeteren en moet het geluidsniveau toch worden verlaagd, dan is inkapselen en verend opstellen van de bron de volgende stap. Is ook dit niet afdoende of ontoelaatbaar dan is nog enige verbetering te bereiken door de bewoonde ruimte hoog absorberend te maken (kostbaar).
Hoewel het geluidsniveau door deze laatste maatregel vaak nauwelijks daalt zijn de bewoners dan doorgaans toch minder gehinderd, waarschijnlijk omdat men nu beter hoort wat het geluid is en waar het vandaan komt. Het verminderen van het geluidsniveau van geluid opgewekt in naburige ruimten is een isolatiekwestie (zie boven).
Interessant en belangrijk zijn knalpotten en uitlaatpijpen. Deze moeten wel de gasstroom, doch niet het geluid doorlaten. Zij ontlenen hun werking meestal aan luchtmassa’s en luchtveren, verenigd tot acoustische filters. Hun gedrag kan eenvoudig worden toegelicht door de analogie met electrische filters, opgebouwd uit smoorspoelen, condensatoren en eventueel weerstanden. Daar waar de lucht in een vernauwing heen en weer trilt is de luchtmarra van veel belang en moet men zich electrisch een smoorspoel denken.
Een holte of expansievat werkt als veer, is in staat lucht te accumuleren evenals een condensator de electriciteit. Ook de eigenschappen van de geluidsbron zijn belangrijk. Een knaldemper kan bij de ene geluidsbron effectief zijn, bij de andere matig voldoen (z ook bioscoop, echo, spreekmachine en Stereofonie).
DR IR C. W. KOSTEN
Lit.: Lord Rayleigh, Theory of sound (Macmillan 1877 en 1929); A. Wood, Acoustics (London 1947); L. L. Beranek, Acoustic measurements (New York 1949), G.
Zwikker en C. W. Kosten, Sound absorbing materials (Amsterdam 1949).
