Geluid.
Geluid is een trilling.
Een snaar die trilt brengt ook de lucht in
zijn omgeving in trilling en die bewegende luchtdeeltjes brengen deze trilling
over op de luchtdeeltjes in de omgeving en zo komt deze trilling in ons oor aan
waar het trommelvlies gaat meetrillen. Dit wordt in de gehoorgang van het oor
omgezet in een signaal voor de hersenen. In dit voorbeeld wordt de trilling ‘
‘voortgeplant’ door de lucht. Ook in andere materialen kan geluid zich
voortplanten.
Hoe sneller een snaar trilt hoe hoger de toon
is.
Het aantal trillingen wat een voorwerp per
seconde maakt noemen we de frequentie (f).
De eenheid die bij de frequentie hoort is Herz (Hz).
Dus als een snaar 440 trillingen per seconde
maakt dan is de frequentie 440 Hz. Hoe hoger de frequentie hoe hoger de toon.
De tijd die nodig is om 1 volledige trilling
uit te voeren noemen we de Trillingstijd. (T).
De eenheid die hoort bij de Trillingstijd is de seconde. De Trillingstijd wordt
ook regelmatig aangegeven in ms (milliseconde). Een ms is duizend keer zo klein als een seconde.
(bijv. 0,025 s = 25 ms).
Omrekenen
van Trillingstijd naar frequentie (en andersom)
Wanneer je de Trillingstijd weet kun je de
frequentie uitrekenen en andersom.
T = 1/f of
f
= 1/T .
Bij een f=
50 Hz kun je uitrekenen dat T= 0,02 s.
Reken maar
mee; omdat T= 1/f = 1/50 = 0,02 s .
Reken je de
trillingstijd om naar frequentie dan moet je ervoor zorgen dat je de
Trillingstijd in seconden gebruikt.
Bij een snaar (maar ook bij stuggere
materialen) geldt dat hoe korter de snaar hoe hoger de toon. Bij een snaar kun
je ook de toon verhogen door deze strakker te spannen (of van een dunner
materiaal te maken).
Wanneer we geluidstrillingen zichtbaar willen
maken dan moeten we die geluidstrilling eerst omzetten in een elektrische
trilling. (Dat omzetten kan bijv. met een microfoon).
Dat elektrische signaal sluit je aan op een Oscilloscoop. Op die oscilloscoop zit
een klein schermpje met een ruitverdeling op het glas. Door aan de instellingen
te draaien kun je ervoor zorgen dat elektrische trilling precies op het scherm
past.
Wanneer we zover zijn kunnen we ook de
Trillingstijd ( en dus ook de frequentie) bepalen. Je bepaald hoeveel hokjes er
(in de breedte) nodig zijn om één volledige trilling aan te geven.
Je kijkt vervolgens op de knop die aangeeft
hoeveel ms er per hokje gerekend moet worden. (bijv. 2 ms/div betekent dat de
breedte van één blokje is 2 ms= 0,002s).
Stel dat één volledige trilling 1,5 hokje in beslag neemt dan is de
Trillingstijd te berekenen door het aantal hokjes (van de volledige trilling)
te vermenigvuldigen met de stand die de knop aanwijst (2 ms/div).
Dus T = 1,5 x 2 = 3 ms. (let op 3 ms =
0,003 s)
Snelheid
van het geluid. (voortplantingssnelheid)
Een geluid wat geproduceerd wordt kan alleen
gehoord worden als er materiaal is waarin de trilling zich kan voortplanten.
Meestal gaat dit door de lucht. Tijdens onweer zie je eerst de flits en iets
later hoor je de knal. De snelheid waarmee geluid zich voortplant (de trilling
doorgeeft aan de volgende deeltjes) hangt af van het materiaal. Zie BINAS tabel
27. In zeewater is de voortplantingssnelheid bijv. 1510 m/s (ieder seconde is
het geluid 1510 meter verder van de bron afgekomen). Bij dieptemetingen in
water gebruikt men ultrasoon geluid (een frequentie die niet hoorbaar is). Bij
de echo die terugkomt heeft het geluid dus tweemaal de afstand afgelegd. (naar
de bodem en weer terug) voor het weer gemeten wordt. De tijd die dit geluid er over doet kun je
gebruiken om de diepte te berekenen.
Geluiden elektronisch versturen (bijv. naar
de luidsprekers van een geluidsinstallatie)
Om geluiden ergens anders te kunnen laten
horen moet je ze eerst weer omzetten in een elektrische trilling die vervolgens
(evt. versterkt) via een elektrische verbinding naar een ander punt gestuurd
worden. Daar aangekomen worden de elektrische signalen weer omgezet in geluidssignalen.
Dit doen we met een luidspreker. Bij het omzetten is de frequentie van de
geluidstrilling en die van het elektrische signaal even groot.
Een mens kan niet alle tonen (frequenties)
horen. Het laagste wat we kunnen horen is een geluid met een frequentie van
ongeveer 20 Hz terwijl het hoogste wat we kunnen horen ongeveer 20.000 Hz is.
Hoe ouder ons gehoor wordt, hoe minder we horen. Die 20.000 Hz wordt nog wel
gehoord door een klein kind terwijl een volwassene bijvoorbeeld geen hogere
tonen hoort dan 15.000Hz. Zie BINAS tabel 29
In een frequentiekarakteristiek
kun je aangeven van iedere frequentie hoe sterk(hard) dit geluid is. Hiermee
kun je de kwaliteit van een geluidsbox aangegeven.
Met een frequentiekarakteristiek kun je bijvoorbeeld ook aangeven hoe goed het
gehoor van iemand is. (dan meet je hoe hard je een toon moet laten horen
voordat de proefpersoon het kan horen).
De eenheid die bij de geluidssterkte hoort is
de decibel (db)
Dit is geen gewone maat! Als het geluid 2x zo luid wordt is dit maar 3 db harder.
(1 brommer
produceert 80 db, 2 brommers produceren 83 db en 4 brommers 86 db terwijl 8
brommers 89 db produceren).
Wanneer we een snaar aanslaan op een gitaar
zal deze heen en weer bewegen. Hoe ver de snaar heen en weer beweegt vanuit de evenwichtsstand
noemen we de Amplitude van de
trilling. Hoe groter de amplitude (uitwijking ) van een geluidsbron is hoe
harder het geluid.
Let op de amplitude is de afstand tussen de evenwichtsstand(ruststand)
en de grootste uitwijking.
Geluidshinder kun je beperken door de bron
aan te pakken (bijv. stillere auto’s of stiller asfalt) of tussen bron en
ontvanger (geluidsscherm) of bij de ontvanger (dubbelglas plaatsen of oordoppen
indoen). Wanneer je vaak of lang te
maken hebt met hard geluid dan kunnen je oren beschadigd raken. Het is dan
mogelijk dat je een aantal frequenties veel minder goed hoort. Zie BINAS tabel
28 en 30.
Een luidspreker zet een elektrisch signaal om in een geluidssignaal. Dit gebeurt m.b.v. magnetisme. De elektrische stromen worden door een elektromagneet gestuurd. Deze zal in dezelfde frequentie als het elektrische signaal ook de magneet laten wisselen van Noord- naar Zuidpool en andersom. Omdat er in die luidspreker ook een gewone magneet zit zal de elektromagneet heen en weer gaan bewegen. Aan de elektromagneet zit de kegelvormige conus die gaat meebewegen. Door de beweging(trilling) van de conus gaat ook de lucht meetrillen (en nog steeds in dezelfde frequentie!).