Wat je moet weten over geluid en akoestiek

Zo soms komen we heel boeiende artikelen tegen her en der. Neem het artikel over geluid en akoestiek, dat in de eerste editie van het Home Recording magazine verscheen. Geschreven door Bert Stoltenborg. Hebben we meteen de credits aan de juiste persoon gegeven, want het stuk is nu in zijn geheel online te lezen. Hier, op Bax-blog.nl!

Van glasblazers en pottenbakkers mag je aannemen dat ze alles weten over hun materiaal voordat ze er iets moois van maken. Gek genoeg weten lang niet alle opnametechnici genoeg over die wonderbaarlijke fenomenen waar zij dagelijks mee aan het knutselen zijn: geluid en akoestiek. Het mag het op het eerste gezicht wat droge kost lijken, maar zonder een basaal begrip van deze materie heb je vrij weinig aan al die mooie spulletjes en goede ideeën. Volgend kwartaal gaan we in op akoestiek en isolatie in de praktijk; nu eerst een theoretische stoomcursus!

We kunnen nu om te beginnen iedereen wegjagen door te zeggen dat akoestiek de interdisciplinaire wetenschap is die zich bezighoudt met het bestuderen van alle mechanische golven in gassen, vloeistoffen en vaste stoffen, maar laten we het leuk en nuttig houden. Gelukkig hoeven we ons als homerecorders maar te beperken tot twee subdisciplines: ruimteakoestiek en geluidsisolatie. Gemakkelijk is deze materie niet, maar we doen er alles aan om het zo begrijpelijk mogelijk uit de doeken te doen.

Deeltjes, veertjes en toonhoogtes
Laten we het eerst eens hebben over wat geluid eigenlijk is. Iedereen hier weet dat geluid wordt veroorzaakt door bewegende luchtdeeltjes. Lucht kun je je namelijk voorstellen als een hoop balletjes die met veertjes aan elkaar zitten, het is een ‘elastisch medium’. Als een bewegende luidsprekerconus, een trillende gitaarsnaar of een vibrerende stemband tegen die luchtdeeltjes duwt, komen ze in beweging. Het aangestoten deeltje botst tegen het naastliggende deeltje, dat weer tegen het dáár naastliggende deeltje botst… Zo wordt geluid doorgegeven en ontstaat een zogenaamde ‘longitudinale golf’ (zie afbeelding). Het luchtdeeltje zit zoals gezegd aan een veertje, dus de in gang gezette beweging wordt op een gegeven moment geremd en het deeltje weer teruggetrokken. Omdat het deeltje massa (gewicht) heeft, zal het terugveren tot voorbij de uitgangspositie (die equilibrium of evenwicht wordt genoemd). Natuurlijk gaat dan het veertje weer werken, tot het deeltje stilstaat. De deeltjes bewegen dus, maar het geluid wordt doorgegeven; de deeltjes veranderen uiteindelijk niet van positie. Bij zachtjes duwen beweegt het deeltje nauwelijks, bij harder duwen beweegt het meer. De energie en daarmee het geluidsniveau nemen bij harder duwen toe. Het deeltje beweegt bij harder duwen over een grotere afstand, maar het veertje zal het deeltje harder terugtrekken. Daardoor is de tijd die de beweging kost bij kleine en grote uitwijkingen gelijk. En daarom heeft geluid een constante snelheid in lucht. Het aantal keer per seconde dat het luchtdeeltje heen en weer trilt bepaalt de frequentie van het geluid, oftewel de toonhoogte. Mensen kunnen geluid waarnemen met frequenties tussen 8 Hz en 20.000 Hz. Het oor werkt van 20 Hz tot 20.000 Hz; als we ouder of dover worden kunnen we vooral de hoge tonen minder goed horen. Volgt u het nog? Lees anders deze alinea nog eens rustig over!

Decibels
We hadden het al over geluidsniveaus. Lucht om ons heen heeft een bepaalde druk. Als luchtdeeltjes gaan bewegen wordt de lucht iets in elkaar gedrukt en bij het terugveren uit elkaar getrokken. De druk verandert daardoor. Deze drukverandering is datgene waarop ons oor reageert; ons oor is gevoelig voor heel kleine tot heel grote drukveranderingen. Om het scala aan veranderingen overzichtelijk te houden rekenen we deze drukveranderingen via een wiskundige formule om naar decibels, of dB’s. De kleinste drukverandering die de meeste mensen kunnen horen wordt op 0 dB gesteld. Als de drukverandering twee keer groter wordt, hebben we afgesproken dat de geluidsdruk drie decibel groter wordt, in een mooie formule weergegeven als 10 x log(2) = 3. Bij een verandering die 100 keer groter is, krijg je dus 10 x log(100) = 20 decibel meer geluidsdruk. Als de verandering 1.000.000 (een miljoen) keer groter is, is de geluidsdrukverandering dus 60 dB. Hetzelfde geldt voor versterkers – 10 decibel harder spelen betekent 10 extra versterkers – en geluidsisolatie: om 20 decibel geluid te dempen heb je in feite een wand nodig die 100 keer zwaarder is dan het muurtje in je slaapkamer. Dit is allemaal mooi, maar met welke akoestische fenomenen krijgen we in de praktijk te maken? Dat zijn hoofdzakelijk enerzijds geluidsisolatie om lawaai te kunnen beheersen en ruimteakoestiek om geluid te kunnen beheersen.

Geluidsisolatie
Geluidsisolatie houdt in dat je hinderlijk geluid probeert te elimineren. Als je aan het opnemen bent maakt dat vaak lawaai. Je wilt uiteraard geen ruzie met huisgenoten of buren, dus moet je proberen het geluid dat je produceert zoveel mogelijk binnen je ruimte te houden. En ook wil je, als je een drumstel opneemt in de opnameruimte, in de controleruimte zo weinig mogelijk horen zodat je kunt beoordelen hoe het geluid uit de boxen komt. Aan de andere kant wil je ook niet dat geluid van buiten je opname verstoort. Niemand zit erop te wachten dat die perfecte zangtake bij later afluisteren ook nog het geluid van een overvliegende straaljager of langsdenderende vrachtwagen bevat. Om deze doeleinden te realiseren moeten we greep krijgen op een aantal aspecten van geluidsoverdracht. Zo hebben we te maken met de isolatie van luchtgeluid en contactgeluid. Bij luchtgeluid wordt de lucht in beweging gezet, zoals hierboven is uitgelegd. Die lucht kan dan weer een wand in beweging brengen die de lucht aan de andere kant van de wand weer laat bewegen. Hoe minder die wand beweegt, hoe beter de geluidsisolatie is. De massa van de wand is hierbij uiteraard een belangrijke factor, maar ook werken met dubbele wanden kan voordelig (en nadelig) zijn. Daarnaast hebben we ook te maken met contactgeluid; als we met een hamer op een muur slaan worden de muurdeeltjes net als de lucht in beweging gebracht. Die beweging zet weer luchtdeeltjes in beweging, wat geluid genereert. Hieraan kunnen we bijvoorbeeld iets doen door middel van ontkoppeling. Een voorbeeld van ontkoppeling is de befaamde doos-in-een-doosconstructie. Hier komen we in de toekomst zeker op terug!

Ruimteakoestiek
In een opname- of controleruimte moet geluid worden opgenomen of beoordeeld. In beide gevallen willen we optimaal greep hebben op wat er aan geluid in de microfoon of onze oren terechtkomt. Daarin speelt de akoestiek van een ruimte een belangrijke rol. Direct geluid afkomstig van een instrument of luidspreker botst op een gegeven moment tegen de begrenzingconstructies van een ruimte. Dat veroorzaakt reflecties die mengen met het directe geluid, wat dit directe geluid weer beïnvloedt. Uiteindelijk vervormen deze reflecties het geluid dat we eigenlijk willen horen. Ook hebben we te maken met geluidsgolven die precies dezelfde afmetingen hebben als die van de opname- of controleruimte. Zulke golven gaan tussen de wanden of het plafond en de vloer – of combinaties hiervan – heen en weer stuiteren, wat resulteert in de beruchte staande golven. Deze golven interfereren met het geluid van luidsprekers of instrumenten en veroorzaken plekken in de ruimte waar te veel of te weinig lage tonen waarneembaar zijn. En dan is er nog het fenomeen van de diffusie, het verstrooien van geluid. Om deze fenomenen te temmen moeten we weten hoe we geluid van reflecties kunnen verminderen, of zoals het in de akoestiek heet: absorberen. Doen we dit met minerale wol, schuim, Helmholtz-resonatoren, kwart-golflengte-resonatoren, QRD’s of zijn er nog andere methoden? Stof genoeg om de komende tijd op terug te komen!

Feit of fabel?
Een veelgehoorde aanname is dat je een slecht klinkende ruimte kunt verbeteren door eierdozen of tapijt tegen de muren te spijkeren. Dit is zonder meer af te serveren als fabel. Eierdozen zullen ergens in het hoog wat geluid verstrooien en tapijt absorbeert wat van dat hoge geluid, maar in een opname-, controle- of oefenruimte wil je breedbandige geluidsabsorptie realiseren dus moet je met andere materialen aan het werk. Daarover de volgende keer meer!

Home Recording Magazine #02 ligt inmiddels in de winkel en staat ook deze keer weer bomvol met nuttige artikelen als hierboven. Zo gaat het deze keer over het opnemen of ‘modellen’ van je elektrische gitaar, krijg je alles uitgelegd over microfoons en MIDI, maar wordt ook onder meer de Mackie Blackbird-interface en de Slate Virtual Tapemachine-plug-in getest én leggen de mannen van Nobody Beats The Drum je uit hoe zij hun sounds maken!

Als gezegd is bovenstaand artikel van de hand van Bert Stoltenborg. Hij deed van oorsprong een journalistieke opleiding, maar vond zijn roeping totaal ergens anders: de natuurkunde, met geluid en akoestiek als specialisatie. In de praktijk brengt hij zijn tijd nu voornamelijk door met ruziemaken met ambtenaren over milieuwetgeving. Zie www.ipsis-acoustics.nl.