Geluidsgolven

Geluidsgolven
Periodieke verschijnselen
Ontstaan en
voortplanting
• De geluidsbron
• Proef: Vacuümpomp
• Proef: Snelheid van geluid
Bart Simpson Telefoon
• Zie practicum
• Wanneer je in het blikje praat, brengt dat de bodem van het blikje aan het
trillen.
• De trillingen lopen door het touw naar de andere blikjesbodem, waar ze weer
in luchttrillingen worden omgezet, die het oor van de luisteraar bereiken.
• Praat je in een “echte” telefoon, dan wordt het geluid omgezet in elektrische
trillingen, die via de telefoonkabel of radio doorgezonden kunnen worden.
Waarnemen van geluid
•
•
•
•
Geruis & tonen
Toonhoogte
Intensiteit
Timbre, toonklank & klankkleur
Hoeveel kan ons oor verdragen?
• + 3 dB → luchtdrukverschillen x2
• Bij een blootstelling van 8 uur per dag 5
dagen in de week aan 75 dB → risico
op gehoorschade
• Zo is te zien dat de 480 minuten (8 uur)
bij 75 dB qua risico op gehoorschade
gelijk is aan nog geen 2 minuten bij 99
dB.
75 dB
8 uur
78 dB
4 uur
81 dB
2 uur
84 dB
1 uur
87 dB
30 min
90 dB
15 min
93 dB
7.5 min
96 dB
3.25 min
99 dB
1.12 min
Frequentie-afhankelijk
500 Hz
82 dB
1000 Hz
82 dB
2000 Hz
78 dB
4000 Hz
74 dB
8000 Hz
82 dB
Welke factoren bepalen schade?
Geluidsniveau in dB A
Blootstellingsduur
Individuele gevoeligheid
Aantal blootstellingen per dag/week
Verschijnselen bij geluidsgolven
• Proef: Resonantie
• Terugkaatsing (sound.jnlp)
• Echo
• Sonar
• Buiging
• Interferentie
Experiment: Staande golven in luchtkolommen
• Leg je oor tegen de verschillende buizen.
• Vergelijk de geluiden die je hoort.
Waarneming
• Kortere buizen → hogere tonen
• Langere buizen → lagere tonen
Besluit
• De meeste geluiden → combinatie van verschillende frequenties
• In elke buis trilt de lucht bij voorkeur → de eigenfrequentie
• De eigenfrequentie → de lengte van de buis
• Elke buis
→ bepaalde frequentie uit alle achtergrondgeluiden halen
→ de andere negeren
• Korte buizen → hoge eigenfrequentie → hoge toon
• Lange buizen → lage eigenfrequentie → lage toon
Eigenfrequentie
• Op een bel slaan → dezelfde frequentie trillen
→ dezelfde toonhoogte weerklinken
Resonantie
• Voorwerp sneller of trager te doen trillen dan zijn eigenfrequentie
• Precies hetzelfde tempo als de eigenfrequentie van dat voorwerp
→ Voorwerp meetrillen
→ Trillingen veel sterker
→ Resonantie.
• Glas breekt
• Brug galoppeert
Staande golven in luchtkolommen
• Geluidsgolven in een buis met een bepaalde lengte → lopende golf
• Op het einde van de buis teruggekaatst → lopende golf
• Er ontstaat dan een staande golf doordat de oorspronkelijke golf en de
teruggekaatste golf met elkaar interageren.
• Vb. transversale golven op de snaren van een snaarinstrument
Staande golven in luchtkolommen
• Terugkaatsing aan een gesloten uiteinde
→ in dat punt geen verplaatsing van luchtmoleculen
→ knoop
• Vb. Vast uiteinde van een snaar
• Bij een open uiteinde van de buis → buik
Staande golven in luchtkolommen
• Net als andere voorwerpen → de lucht in een buis → eigenfrequenties
• Voortbeweging van een geluidsgolf → de luchtmoleculen trillen in de buis
• De eigenfrequenties zijn afhankelijk van
→ de lengte van de buis
hoe langer de buis, hoe lager de frequenties en hoe lager de toon
→ het feit of de buis aan beide uiteinden open, of aan één uiteinde open en aan
het ander gesloten is.
Eigenfrequenties in open geluidskolommen
• Open uiteinde
→ Luchtmoleculen volledig vrij om te bewegen
→ Buik
• Afstand tussen twee buiken → halve golflengte
• Resonantie om geluid te scheiden in tonen van verschillende frequenties
• Open uiteinden → altijd buiken → eigenfrequenties van de lucht in de buizen
→ lengte van de buis
Grondfrequentie
• Terugkaatsing tegen een gesloten/open uiteinde
• De kleinst mogelijke eigenfrequentie → buis → halve golflengte
= grondfrequentie
• Andere eigenfrequenties zijn alle veelvouden van deze grondfrequentie
• Eén kant van de geluidsbuizen met je oor afsluiten → eigenfrequenties lager
of hoger?
Eigenfrequenties in half open geluidskolommen
• Aan het gesloten uiteinde → luchtlaag niet verplaatsen → knoop
• Aan het open uiteinde → luchtlaag vrij bewegen → buik
• De afstand tussen een knoop en een ernaast liggende buik → een vierde van
een golflengte
• Laagste eigenfrequentie (de grondfrequentie) als de lengte van de buis = een
vierde van een golflengte
Opmerking
• Wanneer we dus nu een buis van een bepaalde lengte bekijken, dan is de
golflengte van de geluidsgolf twee keer zo groot als dat het geval zou zijn bij
een buis die aan beide kanten open is. Een grotere golflengte van een
geluidsgolf betekent een kleinere frequentie.
Blaasinstrumenten
• Houtblaasinstrumenten
→ reeks gaten of kleppen die kunnen dichtgedrukt worden
→ lucht in de buis geblazen via een gat of een buigzaam riet
→ lucht in de buis begint te vibreren
Er ontstaat een toon die afhankelijk is van de lengte van de buis. De lengte kan
aangepast worden door het aantal gaten dat wordt dichtgehouden.
• Koperblaasinstrumenten → luchtkolom verlengen
Vb. trombone → schuif, een glijdende buis
trompet → drie ventielen
om de lengte van de buis aan te passen