Basis geluid

De theorie over geluid

Wat is geluid?

Geluid is een trillende beweging van lucht. Deze trillingen planten zich in all richtingen rechtlijnig voor met een snelheid van ca. 333 meter per seconde (ca. 1200 km/h) in lucht. De snelheid in vaste stoffen is vele malen hoger. Denk maar aan een treinrover uit een westernfilm die zijn oor op de rails legt om te horen of de trein er al aankomt. (Geluidssnelheid metaal: 5050 m/s). Één trilling per seconde is gedefinieerd als 1 Hertz, afgekort als Hz. Het menselijk oor neemt geluid op door drukverschillen die het trommelvlies doen trillen.

Een vrolijke noot: Wat is geluid?

De Decibel

De bekende Amerikaan A.G. Bell richtte in 1877 een telefoonmaatschappij op: De Bell Telephone Company. Daarmee werd het voor het eerst in Amerika mogelijk om op lange afstand met elkaar te praten. Hoe hoog moet de signaalsterkte zijn om een bepaalde telefoonlengte te overbruggen? Men rekende destijds met de eenheid Bel om dat te berekenen. De Bel werd gebruikt om een verhouding aan te geven: De signaalsterkte aan het begin van de telefoonlijn, en op een bepaalde afstand. Een afgeleide hier van is de decibel. 1 decibel is 1/10 Bel. Tegenwoordig word de decibel nog steeds veel gebruikt voor geluidsberekeningen. Zo kan men bijvoorbeeld bij een geluidsversterker specificaties tegenkomen in dB. Wat betekend eigenlijk een versterking van 12 dB? Dat het ingangsgeluid 12x sterker eruit komt? Nee, zo werkt het niet. De decibel is een logaritmische eenheid. Nemen we weer het voorbeeld van de geluidsversterker. Deze bestaat meestal uit een voorversterker en een eindversterker. Stel de voorversterker versterkt 100x en de eindversterker 30x. Dat betekend dat het ingangssignaal totaal 100x30= 3000x versterkt word. Als we dit uitdrukken in Decibel: 40 + 30 = 70 dB versterking. We kunnen de getallen gewoon optellen, en dat rekent veel makkelijker. Hoe komen we aan de getallen 30 en 40? Voor elektrische spanningen is dat te berekenen met de volgend formule: U = 20 Log u1/u2. Dus 20 log(100) =40 en 20 log(30)=30. Daar de decibel een verhouding aangeeft, is het belangrijk om te weten wat de referentie is. Zodra we geluid gaan weergeven als waarde ten op zichtte van het referentieniveau. Voor geluid onderscheiden we drie referentiewaarden:
Item: Referentiewaarde:
Geluiddruk: referentieniveau geluiddruk po(gehoordrempel)
Geluidintensiteit: referentieniveau geluidintensiteit Io
Geluidvermogen: referentieniveau geluidvermogen Wo
Uiteraard is de gehoordrempel en de pijngrens voor ieder individu iets anders, maar gerekend word met een gehoordrempel van 20 μPa (dat is 0 dB) en een pijngrens van 200 Pa (dat is 140 dB). Volgens de Arbowetgeving is blootstelling van 85 dB gedurende minimaal 8 uren schadelijk voor het gehoor. De waarde van 20 μPa komt overeen met de laagst waarneembare geluidsdruk die door een goed werkend menselijk oor bij een toon van 1 kHz nog hoorbaar is. Hoe we met deze gegevens geluidberekeningen kunnen maken is elders op deze website te lezen.

Amplitude en frequentie

Sinusvormige geluidsgolf warmtepomp

Als voorbeeld nemen we een sinusvormige geluidsgolf om daar de begrippen amplitude en frequentie uit te leggen. De amplitude is de ‘hoogte’ van de golf. Hoe hoger de amplitude des te luider nemen wij geluiden waar. Het is wel zo, dat mensen niet alle geluidfrequenties even luid waarnemen. Probeer dat maar met onderstaande voobeeldknoppen. Bovendien hoort een mens geluiden die onder de gehoordrempel liggen helemaal niet, en kan de mens alleen geluiden horen die in het spectrum van ca. 16 Hz tot 16 kHz liggen. Geluiden met een frequentie kleiner dan 16 Hz noemen we infrasoon en geluiden groter dan 16000 Hz ultrasoon. Naarmate mensen ouder worden neemt ook het gehoor af, en zal zowel de gehoordrempel als het frequentiebereik afnemen. Indien men in zijn jeugd een superieure home-cinema set heeft aangeschaft die tot wel 20.000 Hz de tonen onvervormd kan laten klinken, dan kan het zo maar zijn dat op 60-jarige leeftijd die persoon maar tot ca. 13000 Hz kan horen. Om een indruk te geven wat de zojuist besproken decibels inhouden is het geluid van een geluidsbron die witte ruis produceert opgenomen met verschillende sterktes (Geluidsbron: Bruel & Kjaer). Probeer dit door de muis te bewegen over onderstaande knoppen.

Amplitude

Schrik niet van het geruis of zet alvast je volumeknop wat lager.

De waarneming van geluid is voor ieder mens weer anders, wat betreft de amplitude:
1 dB verschil: hoort niemand,
3 dB verschil: hoort 50% van de mensen,
5 dB verschil: hoort iedereen,
10 dB verschil: horen de meesten als een verdubbeling van het geluid.

Frequentie


Hz.

Van dB naar dB(A)

Een menselijk oor is gevoeliger voor de ene frequentie dan de andere. Daarom is conform een internationale norm een indeling in verschillende frequentiespectra gemaakt. Het meest gebruikt is het octaafbandspectrum. Dit bestaat uit 8 frequentiebanden, te weten de 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 en 8000 Hz band. Deze banden hebben allen een specifieke bandbreedte: f1 = fm/√2 en f2 = fm*√2, waarbij fm de middenfrequentie is, en f1 en f2 de grensfrequenties. Bijvoorbeeld de 1000 Hz band omvat frequenties tussen de 800 en 1250 Hz ( 1000/√2 en 1000 * √2). Een dergelijk spectrum geeft een goed inzicht in de geluidsproductie van een warmtepomp en iedere fabrikant zou idealerwijs een dergelijk spectrum dienen te verstrekken. Om dit spectrum te kunnen beoordelen moet men bij iedere octaafband de gevoeligheid van het menselijk oor meerekenen. Dit doet men door een zogenaamde A-correctie toe te passen. Dit is een soort filter die frequenties die het menselijk oor hard waarneemt verzwakte en die tonen die we zwak waarnemen versterkt zodat iedere octaafband ongeveer gelijk beoordeeld kan worden. Om niet alle banden te hoeven meten is in bijna alle geluiddrukmeters de mogelijkheid ingebouwd om een LA waarde te meten. Hier wordt in een enkele meting het gehele frequentiespectrum gemeten en rekenkundig gecorrigeerd volgens het A-filter. De formule van het A-filter is: formule om LA te bepalen in alle octaafbanden
Hier dienen de correcties per octaafband nog op toegepast worden, dus LA(63) = L(26) -26, LA(125) = L(125) - 16, enz.


Het geluid van een warmtepomp

Het geluid van een warmtepomp buiten word vooral veroorzaakt door de ventilator die in de buitenunit zit. In de buitenunit van een warmtepomp zitten meestal de ventilator, compressor en verdamper ingebouwd. Het geluiddrukniveau is afhankelijk van het toerental en de bouwwijze van de ventilator. Om een indruk te geven om welke geluiden het gaat kan men onderstaand op enkele voorbeelden klikken. Let wel op dat dit puur is om een indruk te geven, en afhankelijk is van de volume instellingen op uw eigen computer.

 

 

 

Luchtgeluid en contactgeluid

contactgeluid van een warmtepomp
1. Contactgeluid
2. Luchtgeluid
Geluid kan men meten met een geluiddrukmeter.
geluiddrukmeter
Geluiddrukmeter
Er zijn eenvoudige geluiddrukmeters die alleen de gemiddelde dB(A)-waarde meten over het gehele frequentiebereik, maar er zijn ook specialistische meters waarmee men iedere frequentieband afzonderlijk kan meten. Dit is belangrijk, want sommige tonen (frequenties) ervaren mensen veel hinderlijker dan andere. Door te bepalen in welke zogenaamde octaafband het meeste geluid veroorzaakt word, kan men ook doelgericht maatregelen nemen. Helaas is het in 2019 nog niet zo dat alle fabrikanten hun geluidgegevens per octaafband verstrekken. Dit is ook niet verplicht. Hopelijk voor de consument wordt deze regelgeving nog aangepast. Contactgeluid is geluid wat zich door het materiaal (bijvoorbeeld een stalen balk) verplaatst als iemand daar een klap met een hamer op geeft. Luchtgeluid is geluid wat zich in de lucht verplaatst (bijvoorbeeld ten gevolge van de klap met de hamer op de stalen balk). Luchtgeluid is het meest eenvoudig te isoleren. Om contactgeluid te voorkomen of te verminderen dient men de hamerslag op de stalen balk te voorkomen, of te wel akoestisch te ontkoppelen, zodat deze balk geen kans krijgt om geluid door te geven. In de praktijk zijn geluidsklachten binnenshuis ten gevolge van een warmtepomp bijna altijd te wijten aan contactgeluid. Dit zijn vaak (koel)leidingen die trillen, en dit doorgeven aan de muur waar de leidingen doorheen gaan. Dit is eenvoudig te voorkomen door de leidingen geen contact met de muur te laten maken, bijvoorbeeld met rubberen doorvoeren. Ook een muurconsole waar de buitenunit op staat kan de muur in trilling brengen. Het is dan ook niet aan te raden om zware buitenunits met een hoog thermisch vermogen aan een muur te bevestigen. De muur versterkt de trilling wat tot geluidsoverlast leidt. Zet een warmtepomp nooit bij een slaapkamerraam en ook niet op een plat dak boven de slaapkamer. Ook onbalans in de ventilator, bijvoorbeeld door ijsafzetting op het ventilatorblad, kan trillingen (dus contactgeluid) veroorzaken. Dit komt vooral in de koude periode voor bij buitentemperaturen lager dan 10 °C. Luchtgeluid is het geruis van lucht die de ventilator verplaatst. Zolang dit geluid constant is, vinden veel mensen dit niet echt hinderlijk. Vergelijk het met het geluid van een stromend beekje, het borrelen van een aquarium of een tikkende klok. Zodra dit geluid regelmatig wijzigt begint het op te vallen, bijvoorbeeld als de warmtepomp frequent schakelt tussen vollast en laaglast, en daarmee het ventilatortoerental wijzigt. Het is dan ook belangrijk om de regeling van de warmtepomp goed in te stellen, zodat deze niet pendelt. Ook het omschakelen in de winter naar de ontdooicyclus veroorzaakt een iets ander geluid. Indien de buitentemperatuur onder de 10 °C ligt kan het zijn dat door warmte onttrekking uit de toch al koude lucht, het vrijkomende vocht in de lucht bevriest op de verdamper. De warmtepomp detecteert dit en verplaatst dan wat warmte uit het cv-systeem naar de verdamper om deze te ontdooien. Dit noemen we de ontdooicyclus.

Tonaal geluid

Tonaal geluid, is geluid van ongeveer dezelfde toonhoogte, wat door de meeste mensen als zeer hinderlijk ervaren wordt. Een geluid is tonaal indien het verschil in luchtdrukniveau in 3 naastgelegen octaafbanden minder dan 5 dB bedraagt, uitgaande dat er geen reflecties zijn. Vergelijk het met een irritante pieptoon, die mensen soms af en toe in hun hoofd horen, of het zoemen van TL-balken of brommen van een transformator. Al deze tonen worden als zeer hinderlijk ervaren, en wegen extra mee in de bepaling van het toelaatbare geluidniveau.

Vraag en antwoord
1.Het geluid van de compressor in de buitenunit domineert het ventilatorgeluid. Hoe kan dat?

Als het geluid van de compressor duidelijk hoorbaar is, dan is de geluiddempende behuizing van de buitenunit blijkbaar niet goed dichtgeschroefd, of heeft schade opgelopen. Moderne buitenunits dempen het geluid van de compressor zeer goed, waardoor het ventilatorgeluid de bepalende factor voor geluid is geworden.


2. Wat is het verschil tussen 3dB-punten en kantelpunten?

In de literatuur over geluid wordt veel gesproken over kantelpunten, 3-dB-punten en wortel twee punten. Ze geven allemaal hetzelfde aan: De begin- en eindfrequentie van een octaafband. Deze wordt als volgt berekend: f1 = fm/√2 en f2 = fm*√2, waarbij fm de middenfrequentie is, en f1 en f2 de grensfrequenties.

3. Hoe voorkom ik als installateur geluidsklachten bij klanten?

Door alles over geluid op deze website goed te lezen en toe te passen. En last but not least: Laat de klant niet de plaats bepalen waar de buitenunit komt. Reken zelf uit wat de verwachte geluidsproductie is, kijk naar ramen, deuren, slaapkamers bij bewoners en buren, en baseer daar de keuze over de opstelplaats op. Vaak zegt een klant “Zet hem hier maar neer, staat hij mooi uit het zicht”. Het is de taak van de installateur om te beoordelen of dit de beste plaats is, en of dit mogelijk is. Luie installateurs die alles zo dichtbij mogelijk willen plaatsen kunnen hier ook de fout in gaan.

Doe mee met de discussie, en reageer op dit artikel:

Naam: *
Onderwerp:

Ik ben geen robot. Welke dag is het vandaag?
Bij het plaatsen van een reactie gaat u accoord met de voorwaarden.
Hier komen de reacties te staan
Volgende pagina: Rekenen aan geluid