Hoofdstuk 8; Geluid

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 2

 H8 Geluid

geluid

- Geluid is een hoorbare trilling

_____________________________________

- Bij een gitaar trilt een snaar

- Bij harde muziek voel je soms de speakers  trillen

- Geluid wordt dus veroorzaakt door trillende voorwerpen, dit noemen we dus een Geluidsbron

Een trillende luidspreker

Kijk op de volgende slide de video.

 de snelheid van geluid

Geluid hoor pas als het bij je oor komt. In je oor gaat je trommelvlies trillen en dit signaal komt uiteindelijk bij je hersenen waar deze de trilling als het ware "ontcijferen" naar geluid.

Beweging van geluid

Maar hoe komt de trilling (het geluid) bij je oor?

Figuur 31 (blz. 212)

De luidspreker gaat steeds heen en weer, en heen en weer...
Iedere als de luidspreker naar voor beweegt duwt hij lucht op en elkaar en naar voren. 
Dit zorgt voor verdikkingen en dunne plekken in de lucht. 
Zo beweegt geluid.

Beweging van geluid

De beweging van geluid noemen we ook wel de voortplanting van geluid. 
Geluid kan niet alleen beweging door lucht. 

Tussen de geluidsbron en de ontvanger (bijv. je oor) moet een tussenstof zijn. Leg je oor maar op tafel en tik op de tafel. De tafel is dan de tussenstof want dat getik hoor je.
In vacuüm kan geluid zich niet verspreiden.

Geluidssnelheid

De geluidssnelheid is niet altijd hetzelfde, het verschilt ook per tussenstof.
Maar over het algemeen merken wij dat geluid door de lucht gaat. Als we het over de "normale" luchtsnelheid hebben dan zeggen we dat de geluidsnelheid 343 m/s is. 

even terugdenken

Op de afbeelding hiernaast is een straaljager te zien die sneller gaat dan het geluid. Er ontstaat op dat moment een supersonische schokgolf 

Geluid zichtbaar maken

Geluid kun je zichtbaar maken met een oscilloscoop, dit is een apparaat die de trilling kan weergeven in een grafiek.

Deze grafiek noemen we een oscillogram. Het boek geeft een voorbeeld van een oscillogram. 

Een voorbeeld van een oscilloscoop, ze zijn er in verschillende variaties

Een oscillogram 

Een oscillogram

- 1 trilling duurt hier 0,02 seconde (horizontale as). Vanaf 0,02 seconde herhaalt het patroon van de trilling zich weer, daarom is de trillingstijd 0,02 seconde. De trilling begint dan weer opnieuw. De trillingstijd is de tijdsduur van 1 trilling

-Hoe kleiner de trillingstijd hoe hoger de frequentie en dus hoe hoger de toon.

- De Amplitude is hier 3 mm (milimeter), hoe groter de amplitude hoe HARDER het geluid. 

Toonhoogte

Toonhoogte is hoe hoog een toon klinkt. 

________________________________________

Een hogere toon betekend dus dat per seconde de geluidsbron vaker trilt dan wanneer de bron een lagere toon gaf.

De toonhoogte wordt ook wel frequentie genoemd. 

frequentie, trillingstijd & symbolen (aantekening)

-De trillingstijd is de tijd waarin een trilling 1 keer voorkomt. 
-De frequentie is het aantal trillingen per seconde. 

-De amplitude (de maximale uitwijking van de trilling) geeft aan hoe hard het geluid is.

Trillingstijd aflezen

(figuur 11 op pagina 203)

De rode cirkels geven het einde van de trilling aan. Als je goed kijkt zie je dat het patroon daar hetzelfde is (duidelijk in je eigen boek). Maar hoe bepaal je de trillingstijd? 

Kijk naar groene lijnen. Tussen de 2 groene lijnen is er 1 trilling.
De trilling begint op 2 seconde en eindigt op 10 seconde. 

Trillingstijd en frequentie

Trillingstijd is dus de duur van 1 trilling.
Stel we hebben een trilling die in 1 seconde 2 keer trilt. Hieronder en op de volgende sheet staat deze tekening. (we gaan er even van uit dat het 1 vloeiende lijn is)

de trillingstijd is hier dus 0,5 seconde. na 0,5 s herhaalt de trilling zichzelf.

Trillingstijd en frequentie

De frequentie (f ) was de hoeveelheid trillingen per seconde. Omdat hier de tijd tot 1 seconde gaat kan je zien dat er 2 trillingen per seconde zijn. In de grafiek zijn maar twee trillingen zichtbaar.

Trillingstijd en frequentie

We weten dus nu twee dingen over deze grafiek:

Deze twee grootheden hebben een verband met elkaar. T is hoeveel seconden 1 trilling is. En f geeft aan hoeveel trillingen er per seconde zijn.

Een frequentie van 2 Hz betekent dat een trilling ½ deel van een seconde duurt, oftwel:

_________________________________________________

Dit verband is ook met een formule aan te geven;

Trillingstijd en frequentie (aantekening)

Belangrijke opmerkingen

- Vergeet niet de formule goed op te schrijven
- Geen grootheden of eenheden vergeten
- Soms moet je miliseconde omrekenen naar seconde
- gebruik alleen seconde en Hertz in de formule

Tonen horen

Zoals we bij 5.1 al gezien hebben hebben verschillende tonen verschillende frequenties. 

Hoe lager de frequentie, hoe lager de toon.
Hoe hoger de frequentie, hoe hoger de toon. 

Hiernaast kan je zien welke frequenties mensen kunnen horen.

Onthoudt; (aantekening)
Frequenties onder de 20Hz worden subsoon genoemd.
Frequenties boven de 20000Hz worden ultrasoon genoemd. 

Even alles op een rijtje (aantekening)

■ Geluid is een hoorbare trilling, veroorzaakt door een geluidsbron.

■ Een snelle trilling veroorzaakt een hoge toon.

■ De frequentie [ f  ] is het aantal trillingen per seconde. De eenheid is Hertz (Hz)

■ De trillingstijd (T) geeft aan hoe lang 1 trilling duurt, eenheid seconde (s) 
■ Hoe hard geluid klinkt is afhankelijk van de maximale uitwijking (amplitude) 

Werking van het oor & gehoorschade

In de video werd gezegd dat bij gehoorschade de voorste haartjes als eerst worden beschadigd. 
Misschien ken je wel iemand die gehoorschade heeft. Vaak vertellen je dat ze een hoge pieptoon blijven horen. Dat komt omdat de voorste haartjes de hoge tonen doorgeven aan je hersenen. 

Je hebt maar 2 oren, hou ze veilig. 
Pas op met te harde muziek. 
 

Kijk de video wel.

https://nos.nl/nieuwsuur/artikel/2322009-davy-heeft-last-van-oorsuizen-en-wil-jou-daarvoor-behoeden.html 

Stembereik

Iedereen heeft een andere stem.
Wij als mens hebben een stembereik van ongeveer 80Hz tot 1100Hz. 

Ook met de dierenwereld verschillen wij heel erg. 

Een vleermuis kan bijvoorbeeld ultrasoon geluid maken en horen om te jagen. 

Een hondenfluitje is zo gemaakt dat wij het niet horen maar een hond wel. 

Een hondenfluitje zal een toon produceren tussen de 20000Hz en de 50000Hz, de hond hoort het en wij niet.

Geluidssterkte

Het volume van geluid meten we in decibel (dB).
Het zachtste geluid dat mensen kunnen horen is 0 dB. Dit noemen we de gehoordrempel. 

 voorbeeld;
één trompet produceert 70 dB. 
10 trompetten 80 dB. 
100 trompetten 90 dB

1000 trompetten 100dB

Dus voor iedere 10 dB moeten de geluidsbronnen 10 keer zoveel worden

Gehoorverlies

Hiernaast is figuur 60 afgebeeld. 
De blauwe (bovenste) lijn is het rechter oor. 
De rode (onderste) lijn het linker oor. Deze grafiek noemen we een audiogram.

Het rechter oor heeft amper gehoorverlies. Bijna iedere frequentie is op een zacht volume goed te horen

Bij het linker oor is wel veel gehoorverlies.
Een geluid met een frequentie van 1000Hz hoort dit oor pas als het geluid meer dan 80 dB is! Het gehoorverlies is dus bij het linker oor bij die frequentie meer dan 80 dB.

Lawaaidoofheid

Tabel 5 (hiernaast afgebeeld en op pagina 228) geeft aan hoe lang je naar iets kan luisteren voordat je gehoorschade oploopt

De trilhaartjes in je oor die snel beschadigd raken door hard lawaai zijn de haartjes waarmee je normaal spraak verstaat.
Hiernaast is goed te zien welke tonen slecht hoorbaar zijn als je last krijgt van lawaaidoofheid.

geluidssterkte: aantal maal geluid

10 x zoveel

100 x zoveel

1000 x zoveel

2 x zoveel

4 x zoveel

8 x zoveel

aantal decibel extra

10 dB

20dB

30dB

3dB

6dB

9dB

Eigenfrequentie en resonantie

Eigenfrequentie; de trilling die een voorwerp maakt of kan maken. Iedere gitaarsnaar heeft zijn eigen frequentie.

Resoneren betekent eigenlijk "meetrillen".
Resonantie is dus het meetrillen van "iets" met de eigenfrequentie van een voorwerp. 

Hiernaast zijn twee stemvorken afgebeeld. 
Als je tegen een stemvork slaat geeft de stemvork 1 toon. Als die toon dezelfde frequentie heeft als de eigenfrequentie van de tweede stemvork dan gaat de tweede stemvork ook trillen.

Door resonantie kan je dus trillingen veroorzaken of versterken!

Koperblazers

Koperblazers zijn instrumenten zoals trompetten, trombone, hoorn, etc. Ze werken niet helemaal hetzelfde als de panfluit of dwarsfluit (zie vorige les).

Iemand die de trompet bespeeld laat namelijk niet alleen de lucht trillen in een kortere of langere buis maar laat de lucht op verschillende manieren trillen in de buizen. Zijn lippen zijn eigenlijk de trillingsbron. Door zijn lippen op andere frequenties te laten trillen kan hij ook andere tonen produceren doordat de lucht met zijn lippen resoneert. 

Rekenvoorbeeld 1 (blz. 214)

Wat weten we al?

- De geluidsnelheid is hier 343 m/s want         lucht is de tussenstof

- De echo horen we pas als het geluid     beneden is geweest en weer terug bij ons   is. De afstand moet dus 2x 56m zijn.

Tip; kijk eerst bij elke opgave welke informatie je krijgt en wat nou eigenlijk écht de vraag is

Rekenvoorbeeld 1 (blz. 214)

Dus we schrijven de formule om.

Als je het lastig vind lees nog een keer de stappen op de vorige sheet door en je aantekeningen van H4. 

Als de formule is omgeschreven is het een kwestie van invullen en uitrekenen:

Rekenvoorbeeld 2; Het echolood

Met een echolood kan een schip meten hoe diep de zeebodem onder hem is. Dit wordt ook wel sonar genoemd. 

Wat weten we al?

- de tussenstof is geen lucht! We hebben dus een   andere geluidssnelheid.

- De geluidssnelheid is nu 1500 m/s.

- Iedere 20 ms (milliseconde) ontvangt de boot       een echo

Rekenvoorbeeld 2; Het echolood

Eerst moeten we milliseconde omrekenen naar seconde:

Nu gaan we weer dezelfde formule gebruiken en omschrijven. 

Maar let op, nu hebben we de afstand die het geluid heeft afgelegd berekend. De vraag is nog niet beantwoord. Want hoe diep is de zee?

Rekenvoorbeeld 2; Het echolood

Dus de afgelegde weg is 30 meter, maar het geluid is een echo dus het heeft 2 keer de diepte van de zee afgelegd.

Om de diepte te berekenen moeten we het vorige antwoord dus nog delen door 2.

Ongewenste resonantie

Resonantie kan dus handig op leuk zijn bij muziek maken, het kan ook minder goed zijn. 

Op de volgende sheet staat een video over de Tacoma Narrows Bridge.