Intensiteit, kwadratenwet
Geluid is een golfverschijnsel: door een geluidsbron worden longitudinale golven uitgezonden.
|
De animatie hierboven laat je zien en horen hoe het geluid afhangt van de frequentie en van de amplitude. In rood is de golf gegeven als die transversaal zou zijn, eronder zijn bewegende luchtdeeltjes afgebeeld. Bij een lage frequentie (b.v. 100 Hz) kun je goed zien dat de deeltjes op hun plaats een trilling uitvoeren. Maak je de frequentie hoger (b.v. 1000 Hz) en maak je ook de amplitude groot (b.v. 80%) dan zie je verdikkingen en verdunningen van de luidspreker naar het oor bewegen. |
Hard geluid betekent een grote amplitude. Die amplitude is overigens verbazend klein en daarom niet rechtstreeks te meten.
Een meetapparaat voor geluidssterkte is eigenlijk een microfoontje dat geluidstrillingen omzet in elektrische trillingen. Van die elektrische trillingen is vrij eenvoudig de energie te bepalen en als men die energie weet, kan men ook de energie van het geluid te weten komen. Dus om hardheid van het geluid te bepalen is het meten van de energie van de geluidsgolven handiger dan meting van de amplitude. Men meet de energie die per tijdseenheid (dus het vermogen) je microfoontje binnenkomt.
Nu maakt het verschil of je met een klein microfoontje werkt of met een grote. Een grote microfoon vangt per seconde meer geluidsenergie dan een kleintje. De oppervlakte die het geluid opvangt speelt dus ook een rol. Zo komen we tot een definitie van intensiteit: Intensiteit = de hoeveelheid geluidsenergie die per seconde (loodrecht) door een oppervlakte van één vierkante meter gaat.
Intensiteit korten we af met het symbool I en de eenheid is Js-1m-2 of Wm-2 Dus Intensiteit = geluidsvermogen gedeeld door de oppervlakte in m2 of:
I = P / A
Als microfoontje een ingang heeft met een oppervlakte van 1,8 cm2 en het meet een vermogen van 4,0.10-10 W dan is de intensiteit 4,0 . 10-10/1,8 . 10-4 = 2, 2 .10-6 W/m2.
Als de geluidsbron puntvormig is, wordt in het ideale geval de geluidsenergie in alle richtingen gelijkmatig uitgezonden. Het vermogen dat de bron uitzendt wordt verspreid over een boloppervlak met straal r. De intensiteit is dan gelijk aan het vermogen van de bron, gedeeld door die oppervlakte. De oppervlakte van een bol is: A bol = 4.π.r2 Dus:
Dit is de kwadratenwet. Het betekent dat geluid op een 3x zo grote afstand 9x zo kleine intensiteit heeft.
