Oplossing vragen geluid 1. Wat is geluid? Geluid is het geheel van

Oplossing vragen geluid
1. Wat is geluid?
Geluid is het geheel van door het oor waarneembare trillingen.
2. Wat is akoestiek?
Akoestiek is de wetenschap die zich bezighoudt met geluid.
Verder wordt onder akoestiek verstaan de invloed die een ruimte heeft op de klank en nagalm
van geluid. Dan kan bijvoorbeeld gesproken over "Deze ruimte heeft een slechte akoestiek".
Bedoeld wordt dan dat de eigenschappen van die ruimte niet overeenkomen met het gebruik.
Aan een concertzaal worden bijvoorbeeld heel andere eisen gesteld dan aan een collegezaal.
3. Hoe ontstaat geluid?
a. Bij de mens
De stembanden trillen en brengen op die manier drukveranderingen over op de lucht
in het strottenhoofd. Als tijdens het uitademen de stembanden gespannen zijn,
ontstaat aan de stembanden een toenemende luchtdruk. Wanneer deze een
drempelwaarde bereikt, worden deze opengedrukt en neemt de luchtdruk tijdelijk af,
waardoor de aangespannen stembanden snel weer sluiten. Door de druk, sluiten zij
zich weer, waarna het proces zich herhaalt (het Bernoulli-effect). De aldus ontstane
trilling in de stemplooien wordt overgedragen aan de passerende luchtstroom. Hoe
sterker de stemplooien opgespannen worden, hoe hoger de trillingsfrequentie is en
hoger de toonhoogte van de stem wordt.
bron: http://nl.wikipedia.org/wiki/Stemband
b. Bij een stereo-installatie
De conus van de beide luidsprekers (links en rechts) worden elk met een elektrische
stroom in beweging gebracht (trilling). De conussen trillen met dezelfde frequentie
als de wisselspanning waarmee ze aangestuurd worden. De amplitude van de
wisselspanning bepaalt de grootte van de uitslag van de conus, dus de geluidsterkte.
Bij stereo zijn L en R verschillende signalen zodat het linker oor een ander geluid
opvangt dan het rechter. Op die manier kan het geluid “ruimtelijk” maken.
c. Mechanisch (bvb iemand slaat met een hamer op een plaat
De neerkomende hamer (of klepel bij een klok) brengt met metaal tot trilling.
Het aantal trillingen per seconde wordt bepaalt door de resonantiefrequentie van de
constructie of. De resonantiefrequentie is onderandere afhankelijk van de grootte,
dikte en soort van het materiaal. Het materiaal brengt deze trilling over op de
omringende luchtmoleculen waardoor geluid ontstaat.
Een mooi voorbeeld van dit principe is de xylofoon
http://nl.wikipedia.org/wiki/Xylofoon
d. Bij een kerkorgel
Een kerkorgel is een blaasinstrument. Het geluid wordt voorgebracht doordat er
geperste lucht (wind) in een pijp geblazen wordt. Deze wind wordt mechanisch
opgewekt. In de pijp trilt de luchtkolom en veroorzaakt zo drukverschillen. De lengte
van de pijp en of deze al dan niet open is bepaalt de frequentie. De werking van een
labiaalpijp is te vergelijken met deze van een blokfluit.
http://www.orgel.wursten.be/watispijporgel.htm
Oplossing vragen geluid
1 / 13
LM
4. Welke is de minimumdruk die het oor nog kan waarnemen (in Pa)
Welke de maximumdruk.
Min druk (gehoordrempel) 20 µPa
Max druk (pijngrens) 20 Pa
5. Bij het werken met geluid wordt de geluidsdruk vaak in Spl uitgedrukt. Wat is dit?
Dit is de verhouding in dB van de actuele geluidsdruk t.o.v. de gehoordrempel volgens
de formule:
( )
6. Hoe groot is de geluidsdruk in Spl als een geluidsbron een drukverschil genereert van
18Pa?
( )
(
)
7. Een bron levert een geluidsdruk van 90dB Spl, hoe groot is de drukverschil in Pa van
die bron?
(
(
)
Oplossing vragen geluid
)
(
(
)
)
2 / 13
LM
8. Verklaar aan de hand van een tekening de werking van het oor
De oorschelp vangt de drukverschillen op, via de gehoorgang wordt deze trilling doorgegeven
aan het trommelvlies. Het trommelvlies geeft de trilling door via drie gehoorbeentjes (hamer,
stijgbeugel en aambeeld) aan het slakken huis. Het slakken huis is gevuld met vloeistof. Deze
gaat eveneens trillen en zet de vele zenuweinden in het slakkenhuis inbeweging. De zenuwen
geven deze prikkels door aan de hersenen.
9. Hoe groot is het frequentiebereik van een jonge mens met een gezond gehoor?
20Hz tot 20KHz
10. Wat is 1 pascal? Wat is 1 Bar? Hoeveel is het verschil tussen beide?
De SI eenheid van druk is de Pascal. 1Pa is een druk van 1N per vierkante meter
De bar is een niet SI-eenheid van druk, maar is een eenheid die heel vaak in de industrie en
het dagelijkse leven gebruikt wordt.
Een bar is precies gelijk aan 100 000 Pa = 100 kPa of 1000hPa (hectopascal).
1hectoPascal is dus gelijk aan 1 millibar
Eén bar betekent dat er 10 newton (bij benadering (!) 1 kgf) drukt op één vierkante
centimeter. Dus 1 bar = 10 N/cm² = 100 000 N/m². Dit is ongeveer 1 kgf/cm², wat ook
ongeveer de atmosferische druk is. Dus bij benadering (!) is 1 bar = 1 atm = 1 kgf/cm² (wat
soms foutief "1 kilo" druk genoemd wordt).
11. Wat is het verschil tussen een longitudinale en een transversale golf?
Bij transversale golven bewegen de deeltjes loodrecht op de voortplantingsrichting van de
golf. In een longitudinale golf bewegen de deeltjes in de richting waarin de golf zich uitbreidt.
Oplossing vragen geluid
3 / 13
LM
Een watergolf en een koord waaraan geslingerd worden zijn voorbeelden van transversale
golven.
Een luidspreker is een voorbeeld van een longitudinale golf.
http://www.kettering.edu/ ~drussell/Demos/waves/wavemotion.html
Applet transversale golf :
http://www.pontes.nl/~natuurkunde/vwogolf10064/transversale_golfSimulation.html
Applet longitudinale golf:
http://www.pontes.nl/~natuurkunde/vwogolf10064/longitudinale_golfSimulation.html
bron: http://www.audiologieboek.nl/htm/hfd5/5-1-1.htm#5113
12. Wat versta je onder klankleur of timbre?.
Een zuivere toon is een toon met één frequentie, zoals deze van een sinusgenerator.
Muziek instrumenten genereren voor elke noot een basistoon maar ook veelvouden of
harmonischen van deze basistoon.
Oplossing vragen geluid
4 / 13
LM
Het oor hoort de som van deze tonen. De verhoudingen van basistoon en
harmonischen zijn voor elk instrument anders; dit zorgt ervoor dat elk instrument
anders klinkt of zijn eigen klankleur heeft
13.
Verklaar de volgende eigenschappen van geluid:
Amplitude
Frequentie
Snelheid
Golflengte
Fase
Harmonische inhoud
Envelope
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
Amplitude
Is de luidsterkte, het verschil tussen de hoogste en laagste druk
Frequentie
Is de snelheid van de drukwisselingen, in aantal trillingen per seconde of Hertz (Hz)
Snelheid
Is de snelheid waarmee de geluidsgolf zich verplaatst, in m/s (in de lucht is dit ±340m/s
Golflengte
Is de afstand in tussen twee gelijke punten in een golf.

v
f
  golflengte in m
v  snelheid van de golf in m / s
f  frequentie inHz (trillingen / s )
Fase
Als er meerdere golven zijn (bv. na reflectie tegen een wand) dan kan er een tijdsverschil
ontstaan tussen de golven. Het tijdsverschil tussen twee gelijke punten (bv. maxima) van een
golf noemt men de fase. Golven kunnen elkaar versterken (fase) of tegenwerken (tegenfase)
Harmonische inhoud
Een niet sinusoïdale golf kan volgens de Fourrier-analyse ontleed worden in een grondgolf en
veelvouden hiervan. De frequenties en de amplitudes van al die onderlinge golven bepalen de
harmonische inhoud.
Envelope
De envelope of omhullende van een golf geeft de amplituden van die golf vanaf het moment
van het ontstaan tot het uitsterven. Zo zal de enveloppe van een noot gespeeld op een piano
anders zijn volgens de manier waarop de toets aangeslagen wordt of het voetpedaal wel/niet
ingeduwd wordt.
Oplossing vragen geluid
5 / 13
LM
envelope van een piano
Bij synthesizers worden tonen opgewekt via het ADSR principe
Attack: het toenemen van het volume
Decay: het afnemen van het volume
Sustain: het aanhouden van het volume
Release: het uitsterven van het volume
Bron: http://nl.wikipedia.org/wiki/Envelope
14. Onderzoek welke frequenties nodig zijn om een blokgolf te maken.
De grondtoon met amplitude 1
De derde harmonische met amplitude 1/3
De vijfde harmonsche met amplitude 1/5
Oplossing vragen geluid
6 / 13
LM
De zevende harmonische met amplitude 1/7
…
Hoe meer harmonischen, hoe nauwkeuriger de blokgolf.
http://home.versatel.nl/vdheeden_ls/blokgolf.htm
http://phet.colorado.edu/en/simulation/fourier
15. Maak met een Applet een zo goed mogelijke blokgolf.
http://phet.colorado.edu/en/simulation/fourier
16. Noteer wat men bedoelt met klankleur, wat is de wetenschappelijke benaming
hiervan.
Zie vraag 12
17. Waarom klinkt een “do” op de ene gitaar anders dan op een andere, de frequentie
zou dezelfde moeten zijn.
Elke instrument heeft zijn eigen klankleur omdat het verschillende harmonischen
genereert
18. Zoek het verband tussen de toonladder en frequenties.
http://nl.wikipedia.org/wiki/Toonhoogte
19. Wat is tinnitus. Helpt anti-geluid voor de behandeling van tinnitus.
Tinnitus of fantoomgeluid, soms ook oorsuizen genoemd, is een aandoening van het
akoestische systeem, gepaard gaande met het horen van sis-, fluit-, brom- of pieptonen in één
of beide oren. Deze waarneming wordt door de lijder gedaan maar niet door anderen (95%).
Het geluid wordt vooral waargenomen wanneer er geen of minder omgevingsgeluid is en kan
zo luid zijn dat het horen wordt belemmerd.
bron: http://nl.wikipedia.org/wiki/Tinnitus
Anti-geluid bestaat erin hetzelfde geluid in tegenfase te sturen en zo het storende geluid op te
heffen. Anti geluid helpt niet bij tinnitus omdat dit geproduceerd wordt in de hersenen en
geen echt geluid is.
http://www.tinnitus.nl/vraag-en-antwoord.html
20. Een geluid heeft een intensiteit van 0,1W/m², reken het geluidsniveau uit ten opzichte
van gehoordrempel in dB.
De gehoordrempel in W/m2 is 10-12 W/m2
In dB wordt dit
(
)
21. Hoe berekent men de afstand tot de bliksem. Verklaar en verduidelijk met een
voorbeeld.
De snelheid van het licht is 3.108 m/s, deze van geluid ±340m/s.
Het licht is zoveel sneller dan het geluid dat de tijd dat het licht onderweg is verwaarloosd kan
Oplossing vragen geluid
7 / 13
LM
worden t.o.v. het geluid.
Een bliksem ontstaat, het licht zien we direct, het geluid komt pas na 3 seconden bij ons aan.
De bliksemschicht was op een afstand van 3s x 340m/s = 1020m
22. Leg het principe van een Sonar uit.
Een zender stuurt een korte puls uit (ping). Hierna wordt overgeschakeld op ontvangen.
De tijd wordt gemeten tot de echo terugkomt. Aan de hand van de verstreken tijd tussen ping
en echo en de voortplantingssnelheid van de golf kan men de afstand tot het obstakel dat de
reflectie veroorzaakte berekenen.
http://nl.wikipedia.org/wiki/Sonar
Oplossing vragen geluid
8 / 13
LM
Boven de uitgezonden impuls, onder, de reflectie, de afstand tussen beide voorste
flanken (tijd) bepaalt de afstand.
Oplossing vragen geluid
9 / 13
LM
23. Noem minimum 2 dieren die gebruik maken van sonar?
Walvis, vleermuis
http://nl.wikipedia.org/wiki/Echolocatie
24. Bereken de tijd tussen de uitgezonden piek en respons van een sonar. De zeebodem
bevindt zich 60 m onder de onderkant van de boot. Waarom moet de piek een korte
puls zijn?, Waarom heeft deze een hoge frequentie?
De snelheid van het geluid in het water is 1493 m/s
De totale afstand die het geluid moet afleggen is
60 x2=120m.
De tijd is dus :
De piek of ping moet kort zijn omdat de ontvanger anders de ping zou horen en niet de echo
De frequentie van de ping moet hoog zijn omdat anders de golflengte te groot wordt.
Als de golflengte te groot is zijn er geen- of onvoldoende trillingen op de korte tijd van de
ping.
25. Wat versta je onder Fourier analyse?
Dit is het onderzoeken welke de amplitude en de frequenties zijn van de grondtoon en de
harmonischen van een continue golf
26. Wat versta je onder Fourier synthese?
Is het samenstellen van een continue golf door het optellen van zuivere sinussen (grondtoon +
harmonischen)
27. Geef een voorbeeld van gebruik van Fourier synthese
Een synthesizer
28. Wat is anti-geluid, op welk principe berust dit?
Antigeluid is een geluid dat een ander geluid opheft. Dit kan men verwezenlijken door
tegelijkertijd met het originele geluid dat men wil dempen, datzelfde geluid in tegenfase af te
spelen.
http://nl.wikipedia.org/wiki/Antigeluid
29. Wat is:
a. Reflectie
Een geluidsgolf die een niet absorberend oppervlak raakt wordt teruggekaatst.
De teruggekaatste golf zal interfereren met de heengaande golf.
Oplossing vragen geluid
10 / 13
LM
http://www.walter-fendt.de/ph14nl/stwaverefl_nl.htm
b. Diffractie
Als de golven de rand van een hindernis bereiken, dan buigen ze af. Men noemt dit
diffractie.
De grootte van de hindernis bepaalt de mate waarin de golf kan verstoord worden. Een
hindernis met een afmeting kleiner dan de golflengte heeft weinig of geen invloed.
Laten we de golf een opening passeren, zoals de figuren hieronder aantonen, dan bepaalt
de grootte van de opening de mate van diffractie: hoe kleiner de opening, des te groter
de diffractie. Als de opening kleiner is dan de golflengte, worden er door de diffractie
cirkelgolven geproduceerd.
http://ngsir.netfirms.com/englishhtm/Diffraction.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Diffraction
c. Refractie
Breking van licht of refractie is het verschijnsel dat lichtstralen van richting veranderen als
ze van het ene medium (doorzichtige stof) in het andere terechtkomen.
De verandering in richting wordt bepaald door de brekingsindex (soms ook optische
dichtheid genoemd) van de twee media (hoe groter het verschil des te groter de breking)
en door de invalshoek waaronder de bundel het grensvlak treft (hoe groter de hoek des te
groter de breking).
Voor geluidsgolven gelden dezelfde wetten.
http://www.walter-fendt.de/ph14nl/huygenspr_nl.htm
d. Inverse square law
Deze wet bepaalt dat de intensiteit van geluid afneemt met het kwadraat van de
afstand tot de bron. Als we op r een intenstiteit 1 hebben, dan zal op een afstand
Oplossing vragen geluid
11 / 13
LM
2r de intenstiteit 1/r² =1/4 zijn.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/acoustic/invsqs.html
30. Leg uit:
a. Maskering van geluid
In sommige situaties wordt een geluid dat op zichzelf goed hoorbaar is gemaskeerd
door ander geluid. Bijvoorbeeld als mensen staan te praten bij een bushalte, wordt
het gesprek onverstaanbaar op het moment dat er een bus voorbijrijdt. Dit
verschijnsel heet geluidsniveaumaskering. Een luid geluid kan een zwakker geluid
dusdanig maskeren dat het zwakkere geluid niet meer waargenomen wordt.
b. Plaatsing van geluid
Doordat we twee oren hebben kunnen we de richting van het geluid
waarnemen. Door de vorm van de oorschelp kunnen we horen of geluid voor/
of achter is. Door het tijdsverschil in waarnemen tussen het linker en het
rechteroor kunnen we een geluid in de ruimte plaatsen.
Dit is het principe van stereo en dolby-surround. Met slecht een luidspreker
heb je geen ruimtelijk gehoor.
c. Haas effect
Dit effect is voor het eerst beschreven door de Duitse onderzoeker Helmut Haas en
wordt het voorrangseffect of ook wel de Wet van het Eerste Golffront genoemd.
Wanneer een bepaald signaal wordt afgegeven door twee verschillende
geluidsbronnen, zal het menselijk brein deze geluiden als één signaal beschouwen op
voorwaarde, dat het tijdsverschil tussen beide signalen minder dan 50 millisec
bedraagt. Blijkbaar zijn wij ook in staat om bij deze korte tijdsverschillen (15-25
millisec) te detecteren van welke kant het geluid komt op basis van het eerste
golffront, dat ons gehoor bereikt.
Bron: http://muziek-en-film.infonu.nl/diversen/5663-de-home-studio-42-microfoonsv-faseverschillen.html
Oplossing vragen geluid
12 / 13
LM
http://www.youtube.com/watch?v=UQOkSF8auFc
http://www.youtube.com/watch?v=LRb9dL_Qmcg&feature=related
d. Doppler effect
Het dopplereffect is de waargenomen verandering van frequentie van geluid, licht of
andere golfverschijnselen, door een snelheidsverschil tussen de zender en de
ontvanger.
Oplossing vragen geluid
13 / 13
LM