Paragraaf 6.2 Toonhoogte en Frequentie

• Natuurkunde
• Middelbare school
• mavo
• Leerjaar 2

6.2 Toonhoogte en frequentie

Leerdoelen van paragraaf 6.2

• Je kunt uitleggen waarvan de hoogte van de toon van een snaar afhangt. 
• Je kunt uitleggen waarvoor een stemvork gebruikt wordt. 
• Je kunt uitleggen wat de frequentie van een trilling is en in welke eenheid deze gemeten wordt. 
• Je kunt uitleggen waarvoor je een oscilloscoop gebruikt. 
• Je weet tussen welke frequenties het frequentiebereik van het gehoor van jonge mensen meestal ligt.

Introductie

Als je een geluid moet omschrijven, zeg je vaak iets over de toonhoogte. Je zegt bijvoorbeeld dat een apparaat piept als het een hoge toon maakt. Of dat het bromt als het een lage toon maakt. De meeste mensen kunnen een melodie – een serie hogere en lagere tonen na elkaar – zonder moeite nazingen.

Snaarinstrumenten

In allerlei muziekinstrumenten worden snaren gebruikt. Een viool heeft bijvoorbeeld vier snaren, een gitaar heeft er zes en een piano heeft er meer dan tweehonderd. 

Als je zo’n snaar in trilling brengt, geeft hij een toon: 

een geluid met een bepaalde toonhoogte. 

De hoogte van die toon hangt af van drie dingen.  

• Hoe dik de snaar is.   

Hoe dikker de snaar, hoe lager de toon.  

• Hoe lang de snaar is (figuur 1).  

Hoe langer de snaar, hoe lager de toon.  

• Hoe strak de snaar is gespannen.  

Hoe lager de spanning, hoe lager de toon.

Een gitaar heeft zes snaren. Een gitarist slaat de derde snaar aan met zijn vinger op de helft van de snaar. Hierna wil hij een hogere toon laten horen op zijn gitaar.
Op welke manieren kan de gitarist een hogere toon laten horen? Meerdere antwoorden mogelijk.

1. Hij kan de derde snaar losser draaien
2. Hij kan de derde snaar vaster draaien
3. Hij kan dunnere snaar aanslaan
4. Hij kan de snaar korter maken door zijn vinger op een andere plek op de hals te plaatsen

Er zijn veel verschillende soorten snaarinstrumenten. Zo is er naast de normale gitaar ook een basgitaar. Zo'n basgitaar geeft lagere tonen dan een normale gitaar.
Zijn de snaren van een basgitaar dikker of dunner dan die van een normale gitaar?

1. dikker
2. dunner

Een viool heeft vier snaren. Een violist strijkt over de tweede snaar met zijn vinger op de helft van de snaar. Hierna wil hij een lagere toon laten horen op zijn viool.
Op welke manieren kan de violist een lagere toon laten horen?

1. Hij kan over een dikkere snaar strijken
2. Hij kan over een dunnere snaar strijken
3. Hij kan de tweede snaar losser draaien

Er zijn veel verschillende soorten snaarinstrumenten. Zo is er naast de normale gitaar ook een altgitaar. Zo'n altgitaar geeft hogere tonen dan een normale gitaar.
Zijn de snaren van een altgitaar dikker of dunner dan die van een normale gitaar?

1. dikker
2. dunner

De beweging van een stemvork

Als je een stemvork aanslaat, beginnen de benen van de stemvork te trillen. Ze bewegen elke seconde steeds even vaak heen en weer. 

 

Je kunt deze beweging onderzoeken met een stemvork waar een haakje aan bevestigd is. Sla de stemvork aan en trek het haakje over een carbonpapiertje. Je ziet dan een golfspoor ontstaan (zie figuur). Tussen A en B heeft het haakje precies één volledige trilling uitgevoerd.

Wat is de functie van een stemvork?
Kies het juiste antwoord.

1. de functie van een stemvork is het maken van een golfspoor
2. de functie van een stemvork is het bepalen van de juiste toon

Frequentie

Een snaarinstrument moet worden gestemd. De snaren krijgen dan de juiste spanning, zodat ze precies de goede toon geven. Om die toon te bepalen wordt vaak een stemvork gebruikt. 

 Het aantal trillingen per seconde noem je de frequentie van de trilling. De frequentie wordt gemeten in hertz (Hz). Als de frequentie 128 Hz is, bewegen de benen van de stemvork 128 keer per seconde heen en weer. Hoe hoger de frequentie, des te hoger is de toon die je hoort. Een stemvork van 440 Hz geeft een hogere toon dan een stemvork van 128 Hz.

Of je een toon of geluid hoog of laag vindt klinken is natuurlijk maar een mening, maar er is wel een verband: wanneer de frequentie toeneemt klinkt een geluid hoger. Zo heeft een hoog klinkende piccolo ook een heel hoge frequentie met duizenden trillingen per seconde. Het geluid van een tuba daarentegen klinkt heel laag en heeft ook een heel lage frequentie.

Wat is de eenheid van frequentie?
De eenheid van frequentie van is A ………………………..
De afkorting van deze eenheid is B...……………………...

Een stemvork trilt met een frequentie van 440 Hz.
Wat betekent dit? Kies het juiste antwoord.

1. Iedere seconde gaan de benen van de stemvork 440 keer op en neer
2. Een keer op en neer gaan van de benen duurt 440 seconden
3. Iedere minuut gaan de benen van de stemvork 440 keer op en neer

Een mug slaat in 1 seconde 430 keer met zijn vleugels op en neer. Je hoort dan een zoemend geluid.
Hoe groot is de frequentie van dit geluid?
De frequentie van het geluid van het zoemen van de mug is...……………. Hz.

Een bij slaat in 1 seconde 260 keer met zijn vleugels op en neer. Je hoort dan een zoemend geluid.Hoe groot is de frequentie van dit geluid?De frequentie van het geluid van het zoemen van de bij is...…………. Hz.

De oscilloscoop

Met de opstelling op de volgende sheet kun je geluidstrillingen onderzoeken. De microfoon ‘vertaalt’ de geluidstrillingen in elektrische trillingen. De oscilloscoop geeft deze trillingen vervolgens op het scherm weer.

Het golfspoor van een stemvork op een oscilloscoop.

https:

Het scherm van de oscilloscoop

In figuur zie je hoe een oscilloscoop drie verschillende tonen afbeeldt. De oscilloscoop is zo afgesteld, dat je steeds het aantal trillingen in 0,01 s te zien krijgt. 

De toon op het middelste scherm heeft de meeste trillingen. Dat betekent dat die toon ook de meeste trillingen per seconde heeft, en dus de hoogste frequentie.

In de afbeelding zie je vier verschillende golfsporen van geluiden. Elk golfspoor is gemaakt in 0,02 s.
Welke twee golfsporen geven geluiden weer met de hoogste frequentie?

1. beeld A
2. beeld B
3. beeld c
4. beeld D

In het diagram zie je twee golfsporen van twee tonen. Vul de juiste woorden in.
Het zwarte golfspoor geeft de A...………...
toon weer. Het paarse golfspoor geeft de
B..........………...toon weer. Kies uit hoogst of laagste

Marco slaat een stemvork aan. Daarna trekt hij de schrijfstift, die aan één van de beide benen vastzit, over een beroete plaat. Hij krijgt het spoor van de afbeelding.
Hoeveel trillingen zijn er in het golfspoor zichtbaar?

1. 3 trillingen
2. 6 trillingen
3. 9 trillingen
4. 12 trillingen

In de afbeelding zie je vier verschillende golfsporen van geluiden. Elk golfspoor is gemaakt in 0,02 s.
Welke golfspoor geeft geluid weer met de laagste frequentie?

1. beeld A
2. beeld B
3. beeld c
4. beeld D

Op de oscilloscoop is een toon afgebeeld. De tijd van het volledige beeld is 0,01 s.
Bepaal de frequentie van deze toon.

1. 4 Hz
2. 10 Hz
3. 40 Hz
4. 400 Hz

Op de oscilloscoop is een toon afgebeeld. De tijd van het volledige beeld is 0,02 s.
Bepaal de frequentie van deze toon.

1. 0,5 Hz
2. 1,5 Hz
3. 5 Hz
4. 50 Hz

Op de oscilloscoop is een toon afgebeeld. De tijd van het volledige beeld is 0,0001 s.
Bepaal de frequentie van deze toon.

1. 4000 Hz
2. 1000 Hz
3. 40000 Hz
4. 10000 Hz

Het frequentiebereik van je gehoor

Geluid met een heel hoge of een heel lage frequentie kun je niet horen. Jonge mensen kunnen meestal tonen tussen 20 en 20 000 Hz horen. Je zegt dat deze tonen binnen het frequentiebereik van je gehoor liggen (figuur) Dieren hebben vaak een ander frequentiebereik. Honden horen bijvoorbeeld hogere tonen dan mensen. 

 

Als je ouder wordt, verandert het frequentiebereik van je gehoor. Vooral hoge tonen kun je dan minder goed horen.

Het frequentiebereik van het gehoor van de mens en enkele dieren.

https:

De mens heeft een ander frequentiebereik dan dieren.
Vul de juiste getallen in.
Het frequentiebereik van de mens ligt tussen A...……………. Hz en B...……………. Hz.

Een schip met een zware dieselmotor vaart over een rivier. De frequentie van het geluid dat de motor maakt is 11 Hz.
Kun je deze motor horen? Kies de juiste bewering.

1. Ja, het geluid van zo'n motor is hard genoeg
2. Nee, het geluid ligt buiten het frequentie bereik van het menselijk oor
3. Ja, het geluid ligt binnen het frequentie bereik van het menselijk oor
4. Nee, motoren van schepen hoor je nooit

De mens heeft een ander frequentiebereik dan dieren.
Vul de juiste getallen in.
De mens kan geen geluiden horen met een frequentie lager dan A.........…..Hz.
De mens kan geen geluiden horen met een frequentie hoger dan B......…..Hz.

Nieuwe tandartsboren maken geluid met een frequentie van 16 kHz.
Kun je deze boor horen? Kies de juiste bewering.

1. Nee, het geluid ligt buiten het frequentie bereik van het menselijk oor
2. Ja, het geluid ligt buiten het frequentie bereik van het menselijk oor

Opdrachten maken

Wat: lees paragraaf 6.2 en maak de online opdrachten     

Hoe: helemaal stil! muziek mag in!     

Hulp: Geen     

Tijd:  ???? minuten lang     

Huiswerk: opdrachten 1 tm 14 van paragraaf 6.2 & Test jezelf    

Klaar?: ga bezig met een ander vak!