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 buistrompet → drie ventielen om de lengte van de buis aan te passen