Herrie

Als er iets ingewikkelds is, dan is het wel je gehoororgaan, het is het zintuig dat geluidsgolven kan detecteren en de signalen naar je hersenen kan doorsturen. Geluid is niets anders dan zich snel verplaatsende luchtdrukverschilletjes die worden veroorzaakt door alles wat mechanisch bonkt, trilt en schuurt. Dit artikel gaat over herrie en wat je er aan zou kunnen doen.

De oorman

Bij geluid zijn twee zaken van belang: De frequentie (dat zijn het aantal trillingen per seconde) en de sterkte van het geluid (in luchtdruk of in decibel). We komen nog te spreken over die decibel (dB). Als een oorman (audicien) wil weten of je iets aan je oren mankeert, zet hij een hoofdtelefoon op je kop en fluit hij met verschillende frequenties door je oren om een audiogram te maken. De frequentiegevoeligheid van ons oor ligt tussen de 20 en 12,000Hz (als je nog jong bent). Dus tussen een hele lage brom en een hele hoge piep. Bij het maken van een audiogram draait de oorman (of -vrouw natuurlijk) net zolang aan de volumeknop tot je het geluid net niet meer hoort. Hij/zij bepaalt de geluidsdrempel van je oor (zie figuur).

Figuur: Een audiogram waar de geluidsdrempel en de pijngrens zijn uitgezet tegen de frequentie voor de gemiddelde mens. Links staan dB’s en rechts de factor die daar bij hoort

Een audiogram is dus een weergave van je geluidsdrempel. Je ziet in de onderste blauwe grafiek dat je extra goed hoort rond de 4000Hz en dat je het geluidsniveau moet opdraaien om 100 of 10,000Hz te kunnen horen.

We zien in de grafiek dat horizontaal de frequentie logaritmisch is uitgezet en ogenschijnlijk lijkt het verticaal lineair, maar dat is schijn.

De decibel (dB) is een verhouding tussen twee getallen. Het zegt dat iedere 10dB een factor 10 is in die verhouding. Als ik bij 0db aan de rechterkant van de figuur een 1 zet, dan betekent 20dB een factor 100 en 60dB een factor miljoen (10⁶). Uit de grafiek blijkt, dat bij 100Hz de audicien het volume een factor 100  (20dB) moet opdraaien, opdat wij het gaan horen. De verticale schaal is dus ook logaritmisch en dat dient er voor om het enorme dynamische bereik van ons gehoor te vangen.

Het oor heeft ook een bovengrens (pijngrens), en het zal duidelijk zijn dat een audicien dat niet bij jou gaat meten, omdat dan je zintuig wordt opgeblazen. Maar door de jaren heen weten we dat we bij de hoordrempel er een factor van 120-140dB (dat is 10¹² -10¹⁴) mogen opzetten voordat “het zeer doet aan je oren” (zie de bovenste rode grafiek). Het gehoor van de mens heeft dus een enorm dynamisch bereik.

Bij het rekenen met dB’s moet je je realiseren dat een verdubbeling van het geluidniveau een toename van 3dB betekent. Stel een auto produceert 70dB (zie tabel), dan produceren twee auto’s 73dB. Een verdubbeling dus. Tien auto’s leveren zoals eerder gezegd 10x zoveel geluid, en dan krijg je dus (70+10) is 80dB.

Tabel met verschillende bronnen en hun dB waarden ten opzicht van de gehoordrempel bij 1000Hz

Herriemakers

Om een idee te geven van wat geluid in dB betekent, kijken we naar de tabel hiernaast. We definiëren 0dB als je gehoordrempel bij 1000Hz. Dan is gefluister 45dB sterker dan die drempel en maximaal stadiongebrul bij NEC  120dB. Ons alledaags geluidsniveau speelt zich dus af tussen 20 en 50dB en zodra die waarden hoger liggen ga je er niet aan onderdoor, maar heb je er toch wel last van (meer dan 80dB) en is gehoorbescherming fijn en volgens de ARBO wettelijk noodzakelijk. Het is niet voor niets dat je oren na een rock-concert (150dB) licht beschadigen en je er een piep of een dip aan overhoudt. Het is daarom van groot belang dat met name kinderen niet de godganselijke dag met harde muziek rondlopen. Op termijn beschadigt dat het gehoor en daarmee de kwaliteit van hun latere leven.

Bescherming

Uit de tabel blijkt bijvoorbeeld ook dat verkeer op een weg zo’n 80dB oplevert. Dat ligt boven de grens van wat een mens prettig vindt. Dus als we kijken naar de Neerboscheweg dan is het volstrekt begrijpelijk dat daar een geluidswal ligt (zie tekening rechts), want het verkeer raast daar dag en nacht voorbij.  Berekeningen aan geluidsschermen zijn ingewikkeld, want bronfrequentie, bronvorm, bronpositie, bronsnelheid,  hoogte scherm, hoogte waarnemer, hoek en positie waarnemer, het weer, zijn allemaal variabelen waaraan je moet rekenen, maar het ligt voor de hand dat een geluidswal werkt. Ook als er sneeuw ligt, merk je dat het geluid gedempt wordt. Op dit moment worden er zelfs geluidsrasters (difractoren) ontwikkeld (diepe straatstenen, zeg maar), die het geluid van de wielen over het asfalt extra kunnen afbuigen, waardoor een winstje van zo’n 3dB (factor 2) kan worden behaald. In dB land is dat dus heel weinig, maar alle beetje helpen.

Nu suggereert dit verhaal alsof geluid allemaal maar lastig is. Integendeel, geluid is een van de belangrijkste verbindingen met onze buitenwereld. We spreken met onze vrienden, we luisteren naar muziek en daar praten we dan weer met onze vrienden over. Het beschermt ons tegen gevaar (wespen, muggen, fietsbellen) en we kunnen genieten van muziek, kabbelende beekjes en ritselende blaadjes of gewoon van wat we “stilte” noemen.  

Het wordt minder

Als je ouder wordt, gaat je gehoor achteruit omdat het gehoororgaan versleten raakt. Met name de hoge frequenties moeten eraan geloven en omdat alle sis- en t-klanken veel hoge frequenties bevatten wordt het moeilijker om woorden met die klanken erin goed te onderscheiden. De oorman moet dus langer aan de volumeknop draaien voordat je iets hoort. Je bent al gauw zo’n 10dB kwijt bij hogere frequenties en dan kan een bezoekje aan de oorman voor extra geluidsversterking letterlijk een openbaring zijn, terwijl het ook nog zo kan zijn dat je oor verstopt zit met een prutprop. In dat geval gewoon even naar je huisarts of de assistente, die weten daar wel raad mee. 

Bronnen: 

Wikipedia: geluid, dB, dBA, gehoordrempel, schade, geluidsoverlast, schermen, audiogram

dB(A): Is een vaak gebruikte correctie op de gehoorcurve van figuur 1, waarbij  de gevoeligheid enigszins wordt vlak getrokken. Hierbij wordt de waarde bij 1000Hz als uitgangspunt genomen en niet gecorrigeerd.

Artikel over geluidsrasters (voor de liefhebber): 4silence.nl of https://www.mp.nl/sites/all/files/publicaties/Hooghwerff-Whisstone-Euronoise%202015.pdf

Met dank aan Jan Bours (“De Audicien” aan de Meerkolstraat)

Tekening van de Neerboscheweg: Joop van Eck. 

Schudden en Beven

Zo'n twee keer per maand word ik in mijn bed door elkaar gerammeld. Dat komt omdat een DAR-auto bij het zwembad over een drempel dendert. Dit gaat over schudden en beven, hoe meet je het; en hoe zit dat in Groningen.

Schokjes in de wijk

Het feit dat ik op zo'n 100m die DAR-schokjes voel als ik die auto hoor, betekent dat die schokjes zich razendsnel als "aardoppervlaktegolven" naar de fundering van mijn huis spoeden om mijn schilderijen te laten trillen. Ik moet zeggen dat het eigenlijk wel meevalt, en er zijn gebieden in Nederland en in de wereld waar het schokkender is. 

Het vak van schudden en beven heet seismologie en het zijn de seismografen die de schokjes meten. Ouderwetse seismografen zijn zware "kanonskogels" aan een draad. Aan de kogel zit een potloodje en als het gaat beven blijft de kogel door zijn traagheid "stil" hangen en beweegt het potloodje op het "bewegende" papiertje, je krijgt zo een seismogram (zie figuur). Je ziet gelijk dat een beving in de orde van een minuut duurt.

Seismogram van twee aardbevingen in Groningen op 15 en 16 augustus 2012, waarbij de uitslag tegen de tijd staat uitgezet. (Bron: KNMI-site)

De Schaal van Richter

Richter gebruikte een veel modernere seismograaf waarmee hij zijn Schaal definieerde. Sloeg het apparaat 1mm uit en was de beving op 100km (epicentrum), zo stelde Richter, dan had hij een 3. Sloeg hij 10mm uit, dan een 4, 100mm een 5. Dus ieder punt erbij op de schaal van Richter betekent een factor 10 in de uitslag (zie grafiek voor de logaritmische schaal). Belangrijk om te onthouden is, dat bij de definitie van die Richter schalen het centrum van de aardbeving op 100km ligt.

Logaritmische schaal voor het Richter Getal. Als M=3, dan uitslag 1,00mm, als M=3,5 dan uitslag 1,2mm, M=4 uitslag 10mm (stippen)

Bij iedere aardschok hoort een hoeveelheid energie die de aarde in beweging zet. Je kunt die energie uitdrukken in Joules (J), maar ook in bommen of meteorietinslagen (zie grafiek). Op zich niet zo gek, want veel kernproeven gebeur(d)en ook onderaards. Zo kom je bij een schaal van drie uit op de energie van een heel zware klassieke bom, terwijl je bij M=5 op de energie van een zwaar kernwapen zit. Een grote meteoriet levert een M=9 op.

Om een idee te geven over welke energieën het gaat, die in golven worden omgezet, keren we even terug naar de DAR. Zo'n auto weegt geladen 20 ton (m=20.000 kilo) en gaat met 30km per uur (v=8,33m/s) over onze drempel. Met een simpele formule is de energie (E_DAR) van de auto te berekenen (E_DAR=1/2 m × v²). We komen uit op E_DAR=700.000J=0,7Megajoule. De drempel zorgt ervoor dat in een korte tijd een gedeelte van die energie wordt omgezet in een klap. Stel dat het 1% is, dan komen we dus uit op 0,007MJ. En dat is op de schaal van Richter zo klein, dat je het geen aardbeving kan noemen, terwijl je die DAR-auto vlakbij best voelt, maar natuurlijk niet op 100km afstand. Voor echte aardbevingen moeten we wat groter denken.

Onze Groningse buren

Om een indruk te krijgen wat ze daar in Groningen doormaken, wat gegevens: Het gas zit 3km onder de grond, de steenlagen waar het gas zit zijn 200m dik, het Slochteren veld is 900km² groot en het soortelijk gewicht van de aarde is ongeveer 2kg/liter=2000kg/m³. Nu staat het daar in Groningen vol met detectoren en herhaaldelijk zijn daar schokken gevoeld in de orde van M=3. Dus energieën die overeenkomen met een heel zware bom (10¹² Joule).

Omdat door de jaren heen het gas uit de bodem is gehaald, is de bodem zo'n halve meter gedaald onder het gewicht (900×10⁶×3×10³×2000 = 5,4×10¹⁵kg) van de bodem. Dat levert enorme spanningen en zo nu en dan een schok. Dat is misschien voor een aardbeving klein, maar wel zeer goed voelbaar, en zeker als zo'n klap ergens vlak bij jouw huis plaatsvindt daar in Slochteren. Die Groningers hebben dus vreselijk gelijk en gelukkig krijgen ze het ook, ook al duurt dat wel erg lang. 

Het echte werk

Het echte werk bij aardbevingen gebeurt wanneer de diepere aardkorsten langs elkaar heen schuren. Daar hebben we in Zuid-Limburg, bij de Peellandbreuk, een beetje last van. Recordhouder is Roermond met M=5,8 in 1992 met een energie equivalent van een groot kernwapen op 100km (10¹⁵ Joule). Op Lombok zijn bevingen gemeten met M= 6,9 in augustus 2018. Dan zijn er erg veel slachtoffers. Groningen, Limburg en de wereld staan vol met seismograaf systemen die in drie richtingen "kijken": Noord-Zuid, Oost-West en Verticaal. En uit de seismogrammen kun je dan niet alleen de sterkte, maar ook de richting van de golven nauwkeurig bepalen. 

Er ontstaan bij een aardschok verschillende soorten golven in de aardmassa: 

Verdichting/verdunningsgolven (primaire P-golven). Denk aan geluidsgolven in lucht of een harmonica. 

Slingergolven (secondaire S-golven), zoals je ze klassiek voorstelt

Oppervlaktegolven (denk aan de branding van de zee). 

De snelheid door de aarde verschilt per soort golf en uit de tijdsverschillen waarop die golven aankomen, is de afstand tot het epicentrum te berekenen. Het aflezen van seismogrammen is lastig, vanwege de vele soorten golven die er zijn. Seismologie is een mooi maar moeilijk vak. 

Wat hebben we in Hees te vrezen? Niet zo veel denk ik. We zullen misschien nog een schokje uit Roermond kunnen verwachten aangesterkt met een DAR-auto, Groningen is voor ons te ver. En verder dan maar hopen, dat we hier geen meteorietinslag krijgen (M=9 en hoger).

Bronnen:

Wikipedia (Eng en NL): aardbevingen, aardgasvelden, Schaal van Richter. 

Het formuletje over de kinetische energie (1/2m×v²) vind je in een natuurkundeboek.

De zeer informatieve KNMI-site: https://www.knmi.nl/home. Zoek op: seismische waarnemingen.

Tekening: Joop van Eck