Paragraaf 8.2 Toonhoogte en frequentie

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vmbo t
• Leerjaar 2

Paragraaf 8.2 Toonhoogte en frequentie

Leerdoelen 

8.2.1 Je kunt de drie factoren noemen die de hoogte van de toon van een snaar bepalen.

8.2.2 Je kunt uitleggen wat de frequentie is van een trilling.

8.2.3 Je kunt het verband beschrijven tussen de frequentie en de toonhoogte.

8.2.4 Je kunt in een oscilloscoopbeeld de trillingstijd van een toon bepalen.

8.2.5 Je kunt het frequentiebereik van het menselijk gehoor benoemen.

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 toon is 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 (afbeelding 1).

Hoe langer de snaar, hoe lager de toon.

• Hoe strak de snaar is gespannen.

Hoe lager de spanning, hoe lager de toon.

Frequentie

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 waaraan een haakje bevestigd is. Sla de stemvork aan en trek het haakje over een carbonpapiertje. Je ziet dan een spoor van trillingen ontstaan (afbeelding 2). Tussen A en B heeft het haakje precies één volledige trilling uitgevoerd.

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 meet je 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.

 

Als de frequentie toeneemt klinkt een geluid hoger. Zo heeft een hoog klinkende piccolo een heel hoge frequentie met duizenden trillingen per seconde. Het geluid van een tuba klinkt juist heel laag en heeft ook een heel lage frequentie.

De oscilloscoop

Met de opstelling van afbeelding 3 kun je geluidstrillingen onderzoeken. De microfoon ‘vertaalt’ de geluidstrillingen in elektrische trillingen. De oscilloscoop geeft deze trillingen vervolgens op het scherm weer.

Het scherm van de oscilloscoop

In afbeelding 4 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.

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 (afbeelding 5). 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.

www.oorcheck.nl

De geluidssnelheid

Geluid heeft tijd nodig om zich door een stof te verplaatsen. Je merkt dit bijvoorbeeld als het onweert. Het licht van de bliksem gaat veel sneller dan het geluid. Daardoor hoor je de donder pas als je de bliksem al gezien hebt. Hoe snel het geluid zich verplaatst, verschilt van stof tot stof. De geluidssnelheid in lucht is ongeveer 340 meter per seconde (ongeveer 1225 km/h).

Geluid horen

In afbeelding 3 is het binnenste van een oor getekend. Als geluidstrillingen het oor bereiken, gaat het trommelvlies ook trillen.

• Het trommelvlies beweegt naar buiten als de luchtdruk bij A lager wordt.

• Het trommelvlies beweegt naar binnen als de luchtdruk bij A hoger wordt.

Op die manier trilt het trommelvlies mee met de trillingen in de lucht. Zintuigcellen nemen deze beweging waar en geven dat door aan de hersenen.

Welk deel van het oor neemt de trillingen in de lucht waar?

Opdrachten maken

Wat: lees paragraaf 8.1 en maak de online opdrachten

Hoe: helemaal stil! muziek mag in!

Hulp: Geen

Tijd: ???? minuten lang

Huiswerk: opdrachten 1 t/m 13 van paragraaf 8.1 & Test jezelf

Klaar?: ga bezig met een ander vak!