Frequenties en Decibels

De geluiden die wij horen zijn het resultaat van de mechanische trilling van de lucht om ons heen. Deze trilling plant zich voort door de lucht in de vorm van longitudinale golven. De mens voelt, zoals veel dieren, deze trilling via het gehoorzintuig, dat zich in het oor bevindt.
Akoestiek is de wetenschap die geluiden bestudeert, en de twee belangrijkste parameters die worden gebruikt om ze te beschrijven zijn frequenties en decibels.

Geluidshoogte: de frequentie.

Laten we eens kijken naar het geval van een “zuiver” of eenvoudig geluid, d.w.z. bestaande uit één enkele frequentie.
De grafische voorstelling van de geluidsgolf toont een sinusoïde die zich met de tijd ontwikkelt aan weerszijden van de intensiteitslijn 0.
De tijd die verstrijkt tussen het begin en het einde van een cyclus wordt periode genoemd.
Frequentie wordt gedefinieerd als het aantal perioden per seconde, uitgedrukt in Hertz (Hz). Dus bijvoorbeeld 100 cycli per seconde = 100 Hz.
Het hoogste punt van de curve geeft de maximale intensiteit, in dit geval het volume van het geluid uitgedrukt in decibels (dB).
De geluiden die we dagelijks horen, zijn complex omdat ze bestaan uit de som van vele frequenties, die elk hun eigen intensiteit hebben.
Het is mogelijk om een complex geluid te ontleden in de reeks eenvoudige frequenties waaruit het is samengesteld door middel van een wiskundig proces dat Fourier Transformatie wordt genoemd.

Indeling van frequenties:

Afhankelijk van hun frequentie worden geluiden in verschillende categorieën ingedeeld:
Onder 120 Hz: lage frequentie.
120 tot 4000 Hz: middentonen.
Van 4000 tot 25000 Hz: hoge tonen
Boven 25000 Hz: ultrasonisch.

Hoe zit het met het menselijk oor?

Hoewel het menselijk oor in theorie geacht wordt frequenties tussen 20 Hz en 20 000 Hz waar te nemen, toont het experiment in werkelijkheid aan dat er grote verschillen zijn tussen individuen.
Wanneer de leeftijd toeneemt, neemt de waarneming van acute frequenties af, men spreekt dan van veroudering van het oor.
Maar zelfs voor een jong oor is de maximale hoorbare frequentie variabel, tussen 8.000 en meer dan 20.000 Hz.
Bij de standaardisatie van high fidelity toestellen is ervoor gekozen zich te beperken tot een standaard bandbreedte van 20 tot 20.000 Hz.
Sommige dieren hebben een veel groter gehoorvermogen dan mensen. Honden, bijvoorbeeld, nemen ultrageluid waar tot ongeveer 45000 Hz.

Meer over het menselijk oor hier.

Muzieknoten, octaven en halve tonen

Nemen we het voorbeeld van de A4 noot, die overeenkomt met een frequentie van 440 Hz.
De toonladder definieerde een wiskundige relatie tussen frequenties. Zo komt de A3 overeen met 220 Hz (440/ 2) en de A5 met 880 Hz (440 * 2). Dit verschil tussen twee opeenvolgende A-noten wordt een octaaf genoemd.
Een octaaf is verdeeld in 12 halve tonen, die overeenkomen met de witte en zwarte toetsen van de piano.

Fundamentele en harmonische frequentie.

Laten we een unieke noot nemen die op het klavier van een piano wordt gespeeld.
Laten we de toets A4 kiezen, die overeenkomt met een frequentie van 440 Hz. Deze frequentie wordt de grondtoon van de noot genoemd.
Een noot gespeeld op een instrument, zoals hier de A4, is complex en samengesteld uit vele frequenties die samen het geluid geven dat wij horen.
De gehele veelvouden van de grondtoon worden harmonischen genoemd. In ons voorbeeld zijn 880 Hz, 1320 Hz, 2200 Hz harmonischen van de A4 noot.
Het is de som van de grondtoon en de toegevoegde harmonische frequenties die de karakteristieke klank van de piano voortbrengt, de klankkleur genoemd.
Elk instrument heeft zijn eigen klankkleur.

Volume van geluid: de decibel

De decibel (dB) is de eenheid die wordt gebruikt om het volume van een geluid te meten, dat overeenkomt met de amplitude van onze zuivere golf hierboven.
Deze eenheid, die in de jaren 1920 in de Verenigde Staten werd ingevoerd, dankt haar naam aan Bell Laboratories en hun oprichter.
De schaal is logaritmisch, wat concreet betekent dat wanneer het geluidsvermogen met 2 wordt vermenigvuldigd, het niveau met 3 dB toeneemt.
Wanneer het geluidsvermogen met 10 wordt vermenigvuldigd, neemt het niveau met 10 dB toe.
Bijvoorbeeld, een geluid dat gemeten wordt op 43 dB zal tweemaal zo luid worden waargenomen als hetzelfde geluid dat gemeten wordt op 40 dB.
Een ander voorbeeld: twee afzonderlijke geluiden bij elkaar opgeteld, met een volume van elk 50 dB, zullen samen 53 dB geven en geen 100.

De dB wordt verkregen door een vrij ingewikkelde wiskundige berekening, en is ook in verschillende versies beschikbaar:
– De dB is een “theoretisch” geluidsniveau dat alleen zin heeft bij een bepaalde frequentie.
– De dBA wordt gewogen om rekening te houden met de eigenaardigheden van het menselijk oor. Het menselijk oor is immers gevoeliger voor hoge frequenties dan voor lage frequenties. De dB(A) geeft beter het algemene geluidsniveau weer dat daadwerkelijk door het oor wordt waargenomen.
– De dB FS (Full Scale) wordt gebruikt in digitale audio. Om de zaken te vereenvoudigen, zijn er twee versies.
– De dB HL (Hearing Level) is speciaal aangepast voor de definitie van standaard audiogramcurven.
– Er zijn nog andere varianten, die worden gebruikt afhankelijk van de toepassingsgebieden.

Audiometrie en audiometrietest.

Audiometrie is een bedrijfstak die behoort tot het gebied van de audiologie. Deze wetenschap verenigt alle methoden, technieken en middelen die nodig zijn om de functionele toestand van de gehoorwegen te meten.
Om de grenzen van de gehoorwaarneming te bepalen, moet een audiometrische test worden uitgevoerd. Deze test bepaalt welke frequenties (in herz) wij horen en onder welke intensiteit (in dB) wij ze niet meer waarnemen.
Het maakt het dus mogelijk gehoorverlies te kwantificeren.

Om de test uit te voeren, wordt een audiometer gebruikt, die frequenties met verschillende intensiteit genereert. Voor een bepaalde frequentie zal de operator de intensiteit geleidelijk verlagen tot u niets meer hoort. Dit bepaalt uw gehoordrempel voor de frequentie, die zal worden weergegeven door een punt op het audiogram.
Het verkregen resultaat voor alle geteste frequenties is de audiometrische of audiogramcurve.
Het audiogram is dus een grafische voorstelling van uw hoorvermogen.
De test wordt voor elk oor afzonderlijk uitgevoerd
Audiometrische testen verwaarlozen de uiteinden van de frequentieband en beperken zich tot het testen van de band tussen 125 en 8000 Hz.

De verschillende niveaus van gehoorverlies.

– Mild gehoorverlies – 20 tot 40 dB verlies:
onvermogen om zwakke geluiden te horen, moeite met verstaan in luidruchtige omgevingen.
– Gemiddeld gehoorverlies – 40-70 dB:
onvermogen om zwakke en matig luide geluiden te horen, grote moeite met het verstaan van spraak, vooral in lawaaierige omgevingen.
– Ernstig gehoorverlies – 70-90 dB:
Noodzaak voor hoortoestel, zelfs als sommige harde geluiden hoorbaar blijven
– Diep gehoorverlies – 90 dB of meer.