Geluid Definitie Geluid is een mechanische longitudinale golf waarbij er energietransport is, maar geen massatransport. Eigenlijk is het niets anders dan een harmonische verandering van de druk ifv tijd (Verdunning: Lager dan atmosferische druk ; Verdichting: Hoger dan atmosferische druk) In dit hoofdstuk bestuderen we enkel enkelvoudige tonen waarbij het signaal een sinusfunctie is. Toonsterkte Hoe luider de toon, hoe hoger de amplitude A. Toonhoogte De toonhoogte wordt bepaald door de frequentie van de HT. Hoe hoger de toon, hoe groter de frequentie en dus hoe sneller de golftoppen elkaar opvolgen. Ons oor interpreteert trillingen als geluid als de frequenties tussen 16 Hz en 20 kHz liggen. We noemen die waarden de hoorbaarheidsgrenzen. Het gebied ertussen noemen we het hoorbaarheidsgebied. Naarmate we ouder worden, of als gevolg van een ongeluk, wordt dat gebied smaller. Trillingen met een frequentie kleiner dan de onderste hoorbaarheidsgrens noemen we infratonen. Ons oor kan ze niet detecteren. Een voorbeeld hiervan is de vleugelslag van een vlinder. Trillingen met een frequentie groter dan de bovenste hoorbaarheidsgrens noemen we ultratonen. Ook die frequenties kunnen we niet waarnemen, maar sommige dieren kunnen dat wel (vb honden). Uit een hondenfluitje komen ultratonen en worden gebruikt als hulpmiddel bij het trainen van honden en katten. Je kan zelf tonen genereren via deze link: https://www.szynalski.com/tone-generator/ Toonklank Je kan met een ander muziekinstrument een la (f= 440Hz) spelen die even luid is en dus dezelfde toonsterkte en toonhoogte heeft als de la van een ander instrument. Toch kan je de tonen van elkaar onderscheiden. Ze klinken anders. We zeggen dat er een verschil in toonklank is. In muziekkringen wordt dat dan ook wel eens het timbre of de klankkleur genoemd. Snelheid De snelheid van geluid hangt af van het medium. Over het algemeen is de snelheid in gassen kleiner dan die van geluid in vloeistoffen. In een vloeistof is de dichtheid groter dan in de gasfase, waardoor de deeltjes sneller hun energie transporteren naar het volgende deeltje. De snelheid van geluid bij kamertemperatuur in lucht is 340m/s en in water 1510 m/s. De temperatuur speelt ook een rol bij de geluidsnelheid. Hoe hoger de temperatuur, hoe groter de geluidsnelheid. Bij een hogere temperatuur trillen de deeltjes meer en heviger, waardoor de energie sneller wordt doorgeven. Energie van geluidsgolven Golven transporteren energie en geen massa. De hoeveelheid getransporteerde energie per tijdseenheid is het vermogen van de bron. Het vermogen P wordt uitgedrukt in Watt. 𝑃= 𝐸 (𝑊) ∆𝑡 Stel dat een luidspreker een vermogen heeft van 30 W. Afhankelijk van de vorm van de luidspreker kan dat vermogen op een bepaalde afstand ervan door een klein of een groot oppervlak gaan. De luidspreker zal bij eenzelfde vermogen in een slaapkamer luider klinken dan in een grote feestzaal. Om weer te kunnen geven hoe groot het vermogen is dat ons oor bereikt, voeren we de grootheid intensiteit in. Als een golf door een oppervlak A een hoeveelheid energie per tijdseenheid transporteert, is de intensiteit I gelijk aan: 𝐼 = 𝑃 (𝑊/𝑚²) 𝐴 Hoe groter het vermogen doorheen een bepaalde oppervlakte, hoe groter de intensiteit. Hoe groter de oppervlakte voor een welbepaald vermogen, hoe kleiner de intensiteit. Ons oor detecteert geluid vanaf een intensiteit van 10-12 W/m² (de hoorgrens). Vanaf een intensiteit van 1 W/m² (de pijngrens), wordt dit pijnlijk voor ons gehoor en kan permanente schade brengen aan ons gehoor. Het bereik tussen de hoorgrens en de pijngrens is zeer groot. Daarom voeren we een nieuwe schaal in: het geluidsniveau L. Hierbij werken we met een logaritmische schaal. De eenheid van geluidsniveau is bel (B): met I0 = 10-12 W/m² (de hoorgrens) LB = 1 B log I/I0 (eenheid B) LB = 10 dB log I/I0 (eenheid dB) Bijvoorbeeld: De maximale intensiteit tijdens een festival bedraagt 10-2 W/m². Wat is het maximale geluidsniveau tijdens festivals in dB? LB = 10 dB log (10-2 /10-12)= 10 dB. log(1010) = 10 dB. 10= 100 dB Op die schaal wordt het hoorbare bereik herleid tot waarden van 0-120dB. Een toename van het geluidsniveau met 10dB betekent een vermenigvuldiging van intensiteit met 10; een toename van 20 dB betekent een toename van de intensiteit met 100,… Geluidsbron Geluidsniveau (dB) Waarneming Raketmotor Straalvliegtuig bij het opstijgen 180 150 140 130 120 Pijnlijk Donderslag Rockgroep Straaljager op 300m Drukkerij Dieselvrachtwagen op 10 m Mixer Vuilniswagen, luide radio Stofzuiger conversatie Licht verkeer Bibliotheek Gefluister Rustige kamer Vallende bladeren 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Storend Heel luid Tamelijk luid rustig Heel rustig Nauwelijks hoorbaar hoorgrens Oefeningen 1. Juist of fout A) Als de amplitude van een bron verhoogd wordt, wordt de toon hoger. B) Als de frequentie van een geluidsbron verhoogd wordt, wordt de toon lager. 2. Als je helium inademt en dan gaat spreken, klinkt je stem veel hoger. Verklaar. 3. Met welke waarde verandert het geluidsniveau als de intensiteit 1000 keer groter wordt. 4. De onderstaande figuur toont aan hoelang je oren aan hard geluid blootgesteld mogen worden: Hoe lang mag je naar een mp3-speler luisteren op het niveau van 95dB? Hoe lang mag je naast boxen bij een popconcert staan die 120dB leveren? 5. Een schip stuurt ultrasone golven uit van 50kHz. De golven planten zich voort met een snelheid van 1500 m/s. Hoe diep is de zeebodem op die plaats als het tijdsverloop tussen de uitgezonden en de ontvangen golf 1,0 s bedraagt? Wat is de golflengte van deze golven? 6. Informatieopdracht geluid.
