4.5 Theorie

MONSTERGOLVEN!

Figuur 4.5.2: Een monstergolf die over een schip stroomt.

Al honderden jaren lang werd er onder vissers vaak met afschuw gepraat over iets dat een “monstergolf” was gaan heten.

Iedereen dacht dat het visserslatijn was (onzin dus). Totdat er bij een boorplatform in de Noordzee, het Draupnerplatform, een golf voorbij kwam met een hoogte van 26(!) meter. Dat is hoger dan een schoolgebouw met 4 verdiepingen. Het fenomeen bestaat dus echt.

Een  monstergolf is iets anders dan een tsunami. Een tsunami wordt altijd veroorzaakt door een aardbeving. Bovendien vormt een tsunami geen gevaar voor de scheepvaart.

Een monstergolf geeft echter wel gevaar, zelfs voor grotere schepen. En ze komen vaker voor dan je denkt: Satellieten van de ESA hebben in de periode daarna ongeveer 10 monstergolven per maand geregistreerd.

Amplitude

Het boorplatform uit de inleiding, de “Draupner” heeft een installatie om continu de amplitude van de golven in de gaten te houden. Dat betekent dat het boorplatform de golfhoogte meet. Het resultaat van die metingen zie je in figuur 4.5.3.

golfhoogteplatform
Figuur 4.5.3: Golfhoogte bij een boorplatform.

Het woord amplitude zegt dus iets over hoe hoog en hoe laag een golf is geweest. De amplitude heeft niet zoveel te maken met trillingstijd of frequentie.

De decibel

Geluid bestaat, zoals je inmiddels weet, ook uit golven. Eerder keken we al naar het tempo waarmee de golven zichzelf herhalen: de frequentie.

De geluidssterkte gaat over amplitude. Dit betekent het verschil tussen hoge druk en lage druk. De geluidsintensiteit wordt gemeten in de eenheid decibel.

De decibel is op het eerste gezicht een gekke maat. In veel gevallen betekent een verdubbeling van de geluidssterkte een toename van 3 dB. Let wel: we praten hier over een vuistregel, dat wil zeggen: het klopt aardig in veel gevallen.

Vuistregel 1: Een toename van 3 decibel (dB) betekent een verdubbeling van de geluidsintensiteit.

Om dit goed te begrijpen is een voorbeeld vaak makkelijker dan een grondige toelichting.

Voorbeeld 1: Verdubbeling

Uit de luidsprekers van een televisie komt een geluidsintensiteit van 70 decibel. Vervolgens wordt de televisie twee keer harder gezet. Hoeveel decibel verwacht je?

Antwoord: 73 decibel.

Voorbeeld 2: Een wasmachine

Een oude vaatwasser produceert vier keer meer geluid dan een nieuwer model. In de folder van het nieuwere model vind je: 42 dB. Hoeveel decibel produceert het oude model?

Antwoord:

Eerste verdubbeling: (100% -> 200 % ) : +3 dB

Tweede verdubbeling: (200% -> 400 %): +3 dB

Het oudere model produceert 4 keer zo veel geluid als het nieuwe: 42+3+3=48 dB.

Afstand houden.

Berekeningen met de decibel is voor ons logisch gevoel niet handig, maar hij past wel goed in de manier waarop we geluid ervaren, of voelen. Kijk maar eens in de tabel hieronder.

Tabel: geluidssterktes
Intensiteit (dB)

Omschrijving

Voorbeeld

0

Geen

Gekmakende stilte

10

net hoorbaar

Normaal ademhalen

20

boomblaadjes in de wind

30

erg stil

stille bibliotheek

40

slaapkamer

50

rustig

regen; koelkast

60

normaal gesprek

70

storend

stofzuiger

80

haardroger, wekker

90

schreeuwend praten, gillend kind

100

klas in een timmerschool

110

Heimachine, schreeuwen in iemands oor

120

Kettingzaag, Klas met schreeuwende kinderen

130

donderslag

140

Pijngrens

Speelgoedpiepbeestjes vlak bij je oor

In deze tabel zie je dat een wekker een harder geluid maakt dan een stofzuiger. Toch ervaar je dat niet zo: een stofzuiger klinkt vaak veel harder dan je wekker!

Hoe groter de afstand, hoe meer de geluidsgolven worden verdeeld.
Figuur 4.5.4: Hoe groter de afstand, hoe meer de geluidsgolven worden verdeeld. (c) PC Goedhart 2016

Je ziet hier het effect dat afstand heeft. Hoe verder je bij een geluidsbron vandaan staat, hoe minder geluid je hoort. Dat komt omdat de geluidsgolven steeds meer verdeeld worden. Dat zie je ook in de afbeelding hiernaast. De binnenste cirkel is het kleinste: hier is het geluid het allerhardst. De buitenste cirkel is het grootste. De geluidsgolven worden dus over een veel grotere afstand verdeeld!

Vandaar ook vuistregel 2.

Vuistregel 2: Als je twee keer zo ver bij een geluidsbron vandaan gaat staan ontvang je 4 keer zo weinig geluidsintensiteit (-6 dB dus).

Voorbeeld: Een fanfare

In een straat verderop staat een fanfare te spelen. Ze produceren op 1 meter afstand een geluidssterkte van 120 dB. Je hoort het geluid van de fanfare als je in de tuin bij je huis staat. De geluidsintensiteit die door de fanfare wordt geproduceerd is voor jou 60 dB. Hoe ver staat de fanfare bij je vandaan?

Antwoord: Van 120 naar 60 dB is een verschil van 60 dB. Dat betekent dat de afstand 10 keer is verdubbeld.

De afstand is dus 1 . 2 . 2 . 2 . 2 . 2 . 2 . 2 . 2 . 2 . 2 = 1024 meter verderop.

Voorbeeld: Concert

Het is bevrijdingsdag en je bent op weg naar een concert. Naarmate je dichterbij komt, klinkt de muziek ook harder. Op een afstand van 200 meter van het podium is de geluidsintensiteit 80 dB. Hoe hard is het geluid als je op 50 meter afstand staat?

Antwoord:

50 meter: de afstand is twee keer gehalveerd. 200 m -> 100 m -> 50 m

Je komt dichterbij, dus het geluid klinkt harder.

Er komt dus tweemaal 6 decibel bij.

80 + 6 + 6 = 92 decibel

Gehoorschade

De maximale geluidssterkte die onze oren kunnen ontvangen zonder permanente schade aan te richten is 80 decibel. Maar: We maken allemaal wel eens een onweersontlading mee die behoorlijk hard klinkt (130 dB; zie de lijst hierboven). En daar houden we echt weinig gehoorschade aan over. Als het er al is. Er speelt dus nog iets mee, behalve afstand en geluidsintensiteit: de tijd die je in een (te) luide omgeving bent.

Zo kun je de hele dag in een omgeving verblijven waar een geluidssterkte heerst van 70 decibel. Voor een geluidssterkte van 80 dB geldt, dat je er maar 8 uur per dag aan mag worden blootgesteld.

Vuistregel 3: De tijd die je zonder gehoorschade kunt doorbrengen bij een bepaald geluidsniveau halveert als de geluidsintensiteit verdubbelt (+3 dB dus)

Voorbeeld 1: Uitwerking van de vuistregel.

Hieronder zie je de uitwerking van vuistregel 3. De berekening is gestart met 80 dB. Als de geluidsintensiteit 3 dB stijgt, halveert de tijd die je in die buurt kan verblijven.

Als de geluidsintensiteit 3 dB daalt, verdubbelt de tijd die je in die omgeving kan verblijven.

Intensiteit (dB) tijd (uur)
70 24
73 12
76 6
79 3
82 1.5
85 .75
88 .375
Voorbeeld 2: Gehoorschade door fietsen.

Je kunt 8 uur doorbrengen in een omgeving met een geluidsniveau van 80 dB. Terwijl je naar school fietst, luister je naar muziek via een koptelefoon. Je fietst een half uur naar school. Hoe hard kun je je mp3 speler zetten om geen gehoorschade te krijgen door het gebruik van je mp3 speler?

Antwoord

De vraag is dus eigenlijk hoeveel geluid je oren maximaal kunnen verdragen gedurende 1 uur (je fietst heen en terug!).

8 / 2 =4

4 / 2 =2

2 / 2 =1

Dat betekent 3 halveringen. Het maximale geluidsniveau is dan 89 + 3 + 3 + 3 = 89 dB.

(let wel; je mag op geen enkel ander moment van de dag naar je koptelefoon luisteren, je mag niet in drukke klassen zitten, je mag geen pauze houden tussen de andere leerlingen, etcetera).