Definities en begrippen Meten van geluid

Presentatie over: "Definities en begrippen Meten van geluid"— Transcript van de presentatie:

1 Definities en begrippen Meten van geluid
Geluidshinder Definities en begrippen Meten van geluid geluiddruk Intensiteit Luidheid lawaaikaart Invloed van geluid op de mens Invloeden op het geluid Geluidsvoortplanting Contactgeluid Doorbreken geluidsbarrière Nagalm Geluidsbeperking (absorptie en isolatie)

2 Geluidshinder Geluidsgolven ontstaan als lucht (of een ander medium) in trilling wordt gebracht. Er ontstaan achtereenvolgende verdichtingen en verdunningen in de lucht. Geluidsgolven geven een geluidsdruk. Zo komt een frequentie van 1000 Hz overeen met een geluidsdruk p= N/m2 pe = effectieve geluidsdruk T=periode p(t) = momentane afwijking (meetwaarde)

3 Geluidshinder De energie die veroorzaakt wordt door geluid ligt in een bereik van W/m² tot 1 W/m². Geluidssterkte of Geluidsniveau L (logaritmisch) I0 = W/m2. L is een logaritmisch verhoudingsgetal (dimensieloos). Logaritmische verhoudingsgetallen worden uitgedrukt in B (bel) maar meestal in dB (decibel) door met tien te vermenigvuldigen. Het bereik van L loopt van 0 dB tot 120 dB Geluid is energie per oppervlakte w= ∆𝐸 ∆t E=1/2∙m∙v2 v = snelheid geluidsgolf m = luchtmassa E = energie De maximale geluidsdruk die kan worden bereikt met "normaal" geluid is 190 dB (decibel). De reden hiervan is dat 190 dB overeenkomt met de atmosferische druk. Een sinusvormige geluidsgolf bestaat uit een oscillatie boven en onder de evenwichtstoestand, de atmosferische druk. De amplitudes naar boven en beneden zijn daarbij aan elkaar gelijk. Vanaf het moment dat een geluidsniveau van 190 dB wordt bereikt, nadert de oscillatie naar beneden het vacuüm, met druk gelijk aan nul. Een lagere druk is niet mogelijk. Zodra dit moment wordt bereikt treden er hierdoor enorme vervormingen op, en is de geluidsgolf niet meer sinusvormig. Een ander effect dat een rol gaat spelen bij zulke hoge geluidsdrukken, zijn lokale temperatuureffecten. De geluidssnelheid is een functie van de temperatuur, die op haar beurt weer een functie van de druk is. Als de druk erg laag wordt, dan wordt de temperatuur ook momentaan erg laag. Ditzelfde geldt omgekeerd ook in de toppen van de geluidsdruk, de temperatuur wordt dan heel hoog. Daardoor gaat er temperatuur uitwisseling plaatsvinden met nabijgelegen lucht. In plaats van een mooie sinusvormige trilling, zoals die bij lage drukken mogelijk zijn, treden hierdoor niet-lineariteiten en schokken op. Bij een explosie kan natuurlijk wel - bliksemsnel- een hogere geluidsdruk optreden dan 190 dB.

4 Geluidshinder Voorbeeld:
Langs de snelweg wordt een geluidsintensiteit I van 10-4 W/m2 gemeten. Bereken het geluidssterkte L. Geluidssterkte = 10 log (10-4 / 10-12) L = 80 dB

5 Geluidshinder Bij meerdere geluidsbronnen geldt de formule;
Voor L1 = 95 dB en L2 = 85 dB volgt dan voor Ltot: Ltot = 10∙log(10^(95/10) + 10^(85/10) ) = 95,41 dB

6 Geluidshinder Te veel lawaai beschadigd het gehoor, dat weet bijna iedereen, maar de gevolgen worden meestal onderschat: Sociale isolatie, en met soms psychische problemen als gevolg Vermoeiing door verhoogde inspanning bij concentratie en / of communicatie Kwaliteitsverlies, fouten of zelfs ongelukken door communicatieproblemen/slechthorendheid Verhoogde bloeddruk

7 Geluidshinder

8 Geluidshinder Gehoorsbescherming geeft vaak problemen op het gebied van handhaving, communicatie en veiligheid. Daarom dient bronbestrijding altijd voorrang te hebben bij lawaaibestrijding, de arbo regels schrijven dit ook voor in de zogenaamde arbeidshygiënische strategie: Geluidsniveaus boven 85 dB(A) moeten in de eerste plaats worden voorkomen door het lawaai aan de bron te bestrijden. Dit kan bijvoorbeeld door een machine te vervangen door een minder lawaaiige machine of werkproces, of voorzieningen te treffen aan de gebruikte arbeidsmiddelen; Is het redelijkerwijs niet afdoende mogelijk om de bron te bestrijden, dan moet het lawaai op de arbeidsplaats verminderd worden door beperking van geluidsoverdracht. Gangbare middelen daartoe zijn een isolerende kast om de geluidsbron of een scherm tussen bron en werknemer; Mochten ook die maatregelen onvoldoende opleveren, dan is het zaak het aantal aan lawaai blootgestelde werknemers en hun blootstellingduur tot een minimum te beperken; Ondanks alle in redelijkheid te vergen maatregelen kunnen werknemers blootstaan aan een geluidsniveau van 85 dB(A) of meer. In dergelijke gevallen is de werknemer verplicht passende gehoorbescherming (die gemiddeld ongeveer 20 dB(A) dempt), te gebruiken.

9 Geluidshinder Beoordeling van lawaai op de werkplek NEN 3418 of ISO 9612. De grens waarboven risico voor gehoorschade bestaat ligt volgens de Arbo-wetgeving bij 80 dB(A), uitgaande van een wekelijkse blootstelling van 40 uur.

10 Geluidshinder A-, B-, C- en D-weging van niveaus
De gevoeligheid van ons oor flink varieert behoorlijk met de frequentie. Bij 20 Hz ligt de gehoordrempel ca 65 dB boven die van de 1000 Hz

11 Geluidshinder Geluidsenergie komt NIET overeen met het geluidsniveau menselijk gehoor. Bij 20 Hz ligt de gehoordrempel ca 65 dB boven die van de 1000 Hz. Meting decibel wordt gecorrigeerd op gevoeligheid van het gehoor. Elke octaafband meten we eerst de geluidssterkte. Daar passen we vervolgens een correctie op toe, waarbij we rekening houden met de gevoeligheid van het oor Bij een frequentie van 10 Hz bijvoorbeeld, is de correctie -70 dB. Dit betekent dat geluid van 10 Hz nauwelijks meetelt, omdat het bijna onhoorbaar is. Bij 125 Hz is de correctie ongeveer -16 dB.

12 Geluidshinder Bij een frequentie van 10 Hz bijvoorbeeld, is de correctie -70 dB. Dit betekent dat geluid van 10 Hz nauwelijks meetelt, omdat het bijna onhoorbaar is. Bij 125 Hz is de correctie ongeveer -16 dB.

13 Geluidshinder In de decibelmeter zit een elektronisch filter dat het geluid bij de verschillende frequenties verzwakt volgens de A-weging. Het display geeft dan één getal: het geluidsniveau in dB(A). B-filters worden bijna niet meer gebruikt. C-filter wordt nog regelmatig gebruikt bij installatielawaai en pieklawaai op de arbeidsplaats. D-filter wordt toegepast bij metingen van vliegtuiglawaai. Geluid onder de 20 Hz noemen we infrasoon. Infrasoon geluid horen we niet maar is wel voelbaar als zware trilling. Geluiden boven de Hz heten ultrasoon.

14 Geluidshinder Luidheid
Luidheid is een subjectieve ervaring. Luidheid is niet meetbaar, het is een gewaarwording. In het verleden is er onderzoek gedaan met als doel het begrip luidheid te kwantificeren. Hiertoe werd de luidheid die verschillende signalen bij de luisteraar veroorzaken onderling vergeleken. Curven van gelijke luidheid noemen we isofonen. verband tussen geluidssterkte in dB, frequentie in Hz en luidheidsniveau in foon vastgelegd in een isofonendiagram:

15 Geluidshinder Zo is het luidheidsniveau van een toon in foon gelijk aan het geluidsniveau van een even luide toon van 1000 Hz. De luidheidsschaal in foon loopt dus globaal van 0 foon bij de gehoordrempel tot 120 foon bij de pijngrens. Toename van het luidheidsniveau met 10 foon wordt ervaren als een verdubbeling van de luidheid. Voorbeeld: Bepaal het geluidsniveau van een toon van 500 Hz die net zo hard klinkt als een toon van 63 Hz met een geluidssterkte van 60 dB. Oplossing: 63 Hz / 60 dB ligt op de 40 foon isofoon. Snijden van deze isofoon met de 500 Hz rasterlijn levert een geluidssterkte op van 38 dB.

16 Geluidshinder Geluidsvoortplanting Snelheid geluid lucht is c=340 m/s
Snelheid geluid vaste stoffen v= 𝐸 ρ E = elasticiteitsmodulus ρ = dichtheid (soortelijke massa) Snelheid geluid gassen v= 𝑝 𝑥 𝑘 ρ p = gasdruk k = gasconstante Cp/Cv

17 Geluidshinder Kooldioxyde 260 m/s Glas 5500 m/s Waterstof 1300 m/s
Hout 4200 m/s Kwik 1450 m/s Aluminium 5100 m/s Water 1480 m/s Lood 1200 m/s Zeewater 1500 m/s Staal 5200 m/s Kurk 500 m/s Baksteen 2500 m/s rubber 54 m/s natuursteen 4000 m/s

18 Geluidshinder Geluidsoverdracht over grote afstanden is afhankelijk van meteorologische condities Gemiddelde bepaling geluidsniveau met een middeling van de weercondities Sterkte van een geluidsbron Lp = Lb – 10 log 4∙π∙r2 - D1 - D2 Lp = geluidsniveau op r meter afstand Lb = geluidsniveau bij de bron D1 = dempingsfactor D2 = reflectiefactor Atmosferische demping per 100 meter 500 Hz = 0,2 dB 4000 Hz = 2,7 dB Reflectiefactor bepaald door bodemgesteldheid

19 Geluidshinder Praktijkformule straat situatie
Lp = 51 – 10 log (a1 + 10∙a2) – 10 log b + cr Lp = geluidsniveau op r meter afstand a1 = aantal personenauto’s en bromfietsen per uur in beide richtingen a2 = aantal vrachtauto’s en bussen per uur in beide richtingen b = 2 maal de afstand van de gevel tot de wegas cr = niveauverhoging door reflectie tegen gevels cr = 0 dB(A) ; beide zijden open cr = 2 dB(A) ; een zijde open ,andere zijde een gesloten rij gevels cr = 2,5 dB(A) ; beide zijde gesloten rij gevels met voortuin cr = 3 dB(A) ; beide zijde gesloten rij gevels zonder voortuin Reflectiefactor plafond Lp = Lb – 10 log ( A/2) A = oppervlakte van de werkvloer Reflectiefactor bepaald door bodemgesteldheid en volledig onbepaald

20 Geluidshinder Contactgeluid
Contactgeluid is de voornaamste reden van geluidshinder in gebouwen. Door geluidsgolven ontstaan mechanische golven die een weer geluidsgolven veroorzaken aan de buitenzijde. A = oppervlakte van de werkvloer Hier staat dus; Contactgeluid Contactgeluid is de voornaamste reden van geluidshinder in gebouwen. Door geluidsgolven ontstaan mechanische golven die een weer geluidsgolven veroorzaken aan de buitenzijde. A = oppervlakte van de werkvloer

21 Geluidshinder

22 Geluidshinder

23 Geluidshinder NAGALM Formule van Sabine T= V 6A T = nagalmtijd (s)
Galm ontstaat door talrijke reflecties, en door een optelling van vele echo's. een complex reflectiepatroon. De mate van galm in een ruimte wordt opgegeven als nagalmtijd De nagalmtijd is gedefinieerd als de tijd die nodig is om het geluiddrukniveau in de ruimte met 60 dB te laten afnemen. Formule van Sabine T= V 6A T = nagalmtijd (s) V = Volume ruimte in m3 A = equivalent absorptieoppervlak van de ruimte in m2

24 Geluidshinder De nagalmtijd in een grote zaal (met een groot volume) zal groter zal zijn dan in een kleine kamer. Nagalm is om de volgende redenen belangrijk: Voor de verstaanbaarheid van spraak. In een goede zaal die voor lezingen of voor lessen gebruikt wordt, is de nagalmtijd vrij kort. Als de nagalmtijd erg lang is (zoals in een kerk) dan wordt de verstaanbaarheid veel slechter. Daarom komt een preek in een grote kerk alleen goed over als er langzaam gesproken wordt. Voor de kwaliteit van een concertzaal. Daar moet de nagalmtijd wat langer zijn. Dan wordt een luisteraar omhuld door het geluid, dat hem of haar van alle kanten bereikt. De nagalmtijd in een grote kerk is nog langer dan in een concertzaal. Statige orgelmuziek en zang komt dan juist heel mooi over. Voor verlaging van het geluidsniveau. In een grote hal (bijvoorbeeld een zwembad, sporthal of een stationshal) heeft een een lange nagalmtijd tot gevolg dat het geluidsniveau erg hoog wordt. Het geschreeuw van enthousiaste kinderen in een zwembad galmt bijvoorbeeld erg lang na. Daarom is het in een zwembad vaak zo'n lawaai.

25 Geluidshinder De nagalmtijd kan verkort worden door de absorptie van de wanden van de zaal te verhogen. Enkele gewenste praktijkwaarden voor nagalmtijden ( Hz)

26 Geluidshinder Absorptie, reflectie en isolatie van geluid
Van een geluidgolf die op een wand invalt zal een gedeelte van de akoestische energie worden gereflecteerd, een gedeelte worden geabsorbeerd (= omgezet in warmte) en een gedeelte worden doorgelaten. De absorptiecoëfficiënt is een maat voor de niet gereflecteerde energie. Als 100 % van de energie wordt geabsorbeerd (open raam) dan is de absorptiecoëfficiënt gelijk aan 1 en indien alles wordt gereflecteerd is de absorptiecoëfficiënt gelijk aan 0. De absorptiecoëfficiënt is behalve van het materiaal en de dikte ook afhankelijk is van de frequentie , de hoek van inval van de golf en de wijze van bevestiging van het materiaal. Fabrikanten en leveranciers van absorberende materialen geven vrijwel altijd de waarde volgens Sabine op. Een andere veel gebruikte grootheid is de N.R.C.-waarde (Noise Reduction Coefficient). Dit is het rekenkundig gemiddelde van de absorptiecoëfficiënten bij de frequenties 250, 500, 1000 en 2000 Hz, afgerond op 0,05.

27 Geluidshinder Absorptie, reflectie en isolatie van geluid
Is de absorptiecoëfficiënt een maat voor de geabsorbeerde energie, de transmissiecoëfficiënt is een maat voor de door een akoestisch medium doorgelaten energie. De transmissiecoëfficiënt is daarmee een maat voor de isolerende werking van een materiaal. Ten aanzien van akoestische materialen is het van belang om goed onderscheid te maken tussen de absorberende en de isolerende eigenschappen ervan. Een bron van verwarring hierbij is dat materialen waarmee een hoge thermische isolatie kan worden bereikt, zoals bijvoorbeeld steenwol, akoestisch slecht isoleren. Akoestisch gezien is steenwol een absorptiemateriaal.

28 Geluidshinder Absorptie, reflectie en isolatie van geluid
Isolatiematerialen hebben een kleine transmissiecoëfficiënt en dus een grote isolatie- index. Deze materialen zijn van belang indien moet worden voorkomen dat geluid vanuit een ruimte naar buiten treedt. Isolatiematerialen zijn niet poreus, hebben vaak een grote massa per oppervlak en maken meestal deel uit van de constructie. Voorbeeld: De vlakken van een ruimte van 4 m x 5 m x 3 m zijn volledig bedekt met mineraalwol van 30 mm dikte. Bereken het equivalent absorptieoppervlak A in m2 Sabine voor een frequentie van 1000 Hz. Oplossing: We gebruiken de formule A = 𝝰 x S 𝝰 = absorptiecoëfficiënt S het werkelijke oppervlak in m2. Verder 𝝰 = 0,78. De oppervlakte van alle vlakken samen is 94 m2 A = 0,78 x 94 = 73,32 m2 Sabine.

29 Geluidshinder T= 60 m2 6 x 73,32m2 = 0,137 s T= V 6A
Absorptie, reflectie en isolatie van geluid Voorbeeld: De vlakken van een ruimte van 4 m x 5 m x 3 m zijn volledig bedekt met mineraalwol van 30 mm dikte. Bereken de nagalmtijd T in seconden voor een frequentie van 1000 Hz. Oplossing: We gebruiken de formules T= V 6A T= 60 m2 6 x 73,32m2 = 0,137 s

30 Geluidshinder T= V 6A 125 Hz 500 Hz 2000 Hz Metselwerk, beton
Absorptie, reflectie en isolatie van geluid Sabine-formule bepaalde absorptiecoëfficienten T= V 6A 125 Hz 500 Hz 2000 Hz Metselwerk, beton 0,02 – 0,15 0,03 – 0,3 0,04 – 0,3 Pleisterwerk 0,01 – 0,05 0,01 – 0,06 0,02 – 0,07 Vloerbedekking, tapijt 0,05 – 0,15 0,1 – 0,3 0,2 – 0,5 Houtwolcement plaat (5 cm) 0,3 0,4 0,7 Akoestisch zachtboord op spouw 0,5 0,6 Houten paneel op spouw 0,2 0,15 0,1 Steenwoldeken 0,9

31 Geluidshinder i=20 log π ∙𝑓∙𝑚 ρ ∙𝑐 Isolatie van geluid
Massawet van Rayleigh i = isolatiewaarde (dB) f = frequentie (Hz) m = massa van de constructie (kg/m2) ρ = dichtheid (kg/m3) c = geluidssnelheid lucht (m/s) In de praktijk wordt deze meestal benaderd; i = 17 log f∙m – 42 dB i=20 log π ∙𝑓∙𝑚 ρ ∙𝑐