Geluidsintensiteit

De geluidsintensiteit J is een vectorgrootheid die de grootte en de richting van de oppervlaktedichtheid van het geluidsvermogen in een punt in de ruimte aangeeft.

N.B. Het woord geluidsintensiteit, of de intensiteit van het geluid, wordt vaak onjuist gebruikt. Dit is namelijk een vectorgrootheid, die dus een richting heeft, en die gemeten wordt in watt per vierkante meter. Vaak wordt de geluidsdruk bedoeld.

Globale omschrijving

Het vermogen, de hoeveelheid energie per seconde, die met het geluid zich door de lucht voortplant en die met het gehoor waarneembaar is, bepaalt hoe hard of zacht wij een geluid waarnemen. Een harder of intenser geluid zal op een oppervlakje loodrecht op de voortplantingsrichting een groter vermogen hebben dan een zachter geluid. Het vermogen van het geluid per oppervlakte-eenheid,de oppervlaktedichtheid van het vermogen, loodrecht op de voortplantingsrichting noemen we de geluidsintensiteit, meestal gemeten in W/m². De geluidsintensiteit is dus een vectoriële grootheid, met als richting de voortplantingsrichting van het geluid. Bij de gehoordrempel is de geluidsintensiteit ongeveer 10^-12 W/m², bij de pijngrens ongeveer 100 W/m².

De geluidsintensiteit neemt af met de afstand $r$ tot de bron als $1/r^{2}$. Voor grote afstanden, vanaf rond de 700 meter, wordt de geluidsintensiteit extra gedempt door het effect van wrijving van luchtmoleculen.

Definitie

De grootte van de geluidsintensiteit wordt gedefinieerd als het geluidsvermogen P_ak. per oppervlakte-eenheid A. De intensiteit wordt in SI eenheden uitgedrukt in W/m².

$J={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}p(t)\cdot v(t)\,dt$

Hierin is:
p de instantane geluidsdruk in N/m² = Pa
v de instantane deeltjessnelheid in m/s
T de tijdsperiode waarover geïntegreerd wordt, in s

Intensiteit van een puntbron

Voor een vrij opgestelde puntbron (een geluidsbron die uit één punt komt), is de richting van de geluidsintensiteitvector radiaal naar buiten en de grootte een functie van de afstand r tot de bron en van het door de bron uitgezonden vermogen P_ak. In alle punten op een afstand r van de bron is de grootte van de geluidsintensiteitvector gelijk aan het quotiënt van het totaal uitgezonden vermogen en de boloppervlakte A met straal r:

$J_{r}={\frac {P_{ak}}{A}}={\frac {P_{ak}}{4\pi r^{2}}}$

Hierin is
P_ak het geluidsvermogen
A de grootte van het (bolvormige) oppervlak waarover het geluid zich verspreidt, in m²

De geluidsintensiteit kan ook worden uitgedrukt als functie van de impedantie. Voor een stationaire bron geldt:

$J=p\cdot v={\frac {p^{2}}{Z}}=Z\cdot v^{2}$

Hierin is:
Z de akoestische impedantie in N·s/m³

De amplitude van de geluidsintensiteit neemt af in het vrije veld met 1/r² van de afstand tot een puntbron.

Nabijheidsveld van grotere geluidsbronnen

In het nabijheidsveld van een grote geluidsbron kan de geluidsintensiteit er zeer complex uitzien. Op het ene punt kan de geluidsintensiteitsvector van de bron afwijzen, op een ander punt naar de bron toe, afhankelijk van de frequentie. De geluidsintensiteit is een specialistische manier om het karakter van een geluidsbron in kaart te brengen. Met intensiteitsmetingen kan ook het geluidsvermogen van een bron bepaald worden, via metingen in het nabijheidsveld. Dit kan voordelen hebben als de bron in een ruimte met veel stoorgeluid staat, of als om andere redenen niet in het verre veld gemeten kan worden. Het geluidsvermogen is vaak van belang om geluidsberekeningen uit te voeren, op een willekeurige locatie in een fabriekshal bijvoorbeeld. Het geluidsvermogen van alle machines vormt daarbij een belangrijk invoergegeven.

De geluidsintensiteit wordt, zoals de eerste formule laat zien, bepaald uit de deeltjessnelheid en de geluidsdruk. Een intensiteitsmeter bestaat dus uit twee elementen, een apparaat om de deeltjessnelheid te meten (bijvoorbeeld via laserdoppler metingen) en een microfoon. Een alternatieve manier om de deeltjessnelheid te meten is de afgeleide te nemen van de geluidsdruk tegen de plaats. Dit principe vormt de basis van geluidsintensiteitsmeters met twee microfoons. De afstand tussen de microfoons is hierbij van groot belang voor de nauwkeurigheid van de metingen, maar vormt tevens een beperking voor het frequentiebereik van het meetinstrument.

Vaak wordt de geluidsintensiteit, net als de geluidsdruk, in een logaritmische maat uitgedrukt. Formeel zou men dit het geluidsintensiteitsniveau moeten noemen, maar meestal noemt men ook de logaritme van de intensiteit gewoon de geluidsintensiteit in decibel.

· ·

Akoestiek

bioakoestiek · geluid · decibel · dB(A) · geluidsdruk · geluidsintensiteit · geluidssnelheid · geluidsgolf · ultrageluid · laagfrequent geluid · infrageluid · puntbron · lijnbron · gehoordrempel · gehoorschade · geluidshinder · elektroakoestiek