Geluid is een longitudinale golf. In gassen, zoals lucht, geven de verplaatsingen van luchtdeeltjes veranderingen in de dichtheid (verdikkingen en verdunningen van de lucht). En variaties in de dichtheid geven op hun beurt variaties in de druk van de lucht. Die drukvariaties (druk = kracht / oppervlakte; eenheid = N/m2 = Pa) brengen het trommelvlies van ons oor in trilling.
Je kunt geluidsniveau baseren op de intensiteit van het geluid of op de drukvariaties. Hoe die twee samenhangen wordt hier behandeld.
In de diagrammen hieronder zie je hoe de druk ptot afhangt van de tijd bij een frequentie van 80 Hz. De druk varieert tussen de 900 en de 1100 hPa (1 hPa is een hectopascal = 1 ouderwetse millibar = 100 Pa), met een gemiddelde van 1000 hPa. Overigens is dit geluid waanzinnig hard, maar dat doet er even niet toe.
De druk ptot kun je opgebouwd denken uit de constante luchtdruk die er is zonder geluid p o, en de echte geluidsdruk die volgens een sinusfunctie varieert: p
Dus ptot = po + p
In de grafiek zie je dat de amplitude van p 100 hPa is.
Dus pmax = 100 hPa.
Als je pmax hebt kunnen meten, is het mogelijk een geluidsniveau gebaseerd op de geluidsdruk te berekenen. Dat kan met de volgende formule:
Met peff wordt bedoeld de effectieve geluidsdruk . Deze is gelijk aan pmax . ½ √2. De refentiedruk pref is 2.10 -5 Pa.
Voorbeeld 1:
Stel dat de amplitude van de geluidsdruk 100 hPa is, zoals in de diagrammen hierboven. Hoe groot is dan het geluidsniveau?
Oplossing: 100 hPa = 10 000 Pa = pmax.
Dan is peff = 10 000 . 1/2 . √2 = 7,07.103 Pa
L = 20 . log (7,07.103 / 2.10-5) = 20 . log (3,54.108) = 171 dB.
Met dit geluid zou je direct je trommelvliezen vernielen.
Voorbeeld 2:
Het geluidsniveau is 55 dB. Hoe groot is dan de amplitude van de drukvariaties pmax?
Oplossing: 55 = 20 . log (peff / 2.10-5)
Dan is peff / 2.10-5 = 102,75 = 562
En peff = 562 . 2.10-5 = 1,12.10-2 Pa.
De maximale druk is dan pmax = 1,12.10-2 . √2 = 0,016 Pa.
