Samenvatting · Natuurkunde · mavo 4 Geluid, toonhoogte en geluidssterkte

Geluid, toonhoogte en geluidssterkte

Geluid en geluidsbronnen

• Een geluidsbron is iets dat geluid maakt door te trillen. Voorbeelden zijn stembanden, gitaarsnaren, een sirene en een luidspreker.
• Door de trilling brengt de geluidsbron de lucht eromheen in beweging.
• De lucht wordt afwisselend samengeperst en weer minder samengeperst. Daardoor ontstaan drukveranderingen.
• De drukveranderingen bewegen door de lucht naar je oren. De luchtmoleculen zelf verplaatsen weinig, maar geven hun beweging wel aan elkaar door.

In je oor gebeurt het volgende:

Luidspreker

Een luidspreker heeft een conus, een spoel en een permanente magneet.

Geluidssnelheid en echo

Geluid heeft een tussenstof nodig. Gassen, vloeistoffen en vaste stoffen kunnen geluid doorgeven. Geluid kan dus door lucht, water, muren en vloeren gaan.

• In een vacuüm kan geluid zich niet voortplanten, omdat daar geen tussenstof is.
• De geluidssnelheid hangt af van de stof waardoor het geluid gaat.
• De temperatuur heeft ook invloed op de geluidssnelheid in lucht.

De formule voor de afstand die geluid aflegt is:

• $s$ = afstand in meter (m)
• $v_{\text{geluid}}$ = geluidssnelheid in meter per seconde (m/s)
• $t$ = tijd in seconde (s)

Geluid kan worden teruggekaatst. Het teruggekaatste geluid heet een echo. Je hoort een echo later, omdat het geluid een langere weg aflegt dan het directe geluid.

Bij een echolood gaat de geluidspuls eerst naar de zeebodem en daarna terug naar het schip. De gemeten tijd hoort dus bij de heenweg én de terugweg. De diepte is daarom de helft van de berekende afstand.

Trillingstijd, frequentie en toonhoogte

De trillingstijd $T$ is de tijd voor één volledige trilling. Op een oscilloscoop kun je deze tijd aflezen met de tijdbasis, bijvoorbeeld in ms/div.

De frequentie $f$ is het aantal trillingen per seconde. De eenheid is hertz (Hz).

• $f$ = frequentie in hertz (Hz)
• $T$ = trillingstijd in seconde (s)

Bij de berekening moet $T$ in seconden staan.

De toonhoogte hangt af van de frequentie:

• Een grotere frequentie geeft een hogere toon.
• Een kleinere frequentie geeft een lagere toon.
• Een grotere trillingstijd hoort dus bij een lagere frequentie en een lagere toon.

Een mens met een normaal jong gehoor kan tonen horen van ongeveer 20 Hz tot 20 000 Hz, oftewel 20 kHz. Vleermuizen kunnen veel hogere tonen horen. Honden kunnen vooral hoge tonen beter horen dan mensen.

Toonhoogte bij snaren

De toonhoogte van een snaar wordt bepaald door:

• de spanning van de snaar;
• de doorsnede van de snaar;
• de lengte van de snaar.

De verbanden zijn:

• Een grotere spanning geeft een hogere toon.
• Een dunne snaar geeft een hogere toon dan een dikke snaar.
• Een kortere snaar geeft een hogere toon.

Bij een gitaar maak je een snaar korter door hem in te drukken op de hals.

Amplitude en geluidssterkte

De amplitude is de grootste uitwijking van een trilling. Bij een elektrisch signaal op een oscilloscoop is dit de grootste spanning vanaf de nullijn.

Een grotere amplitude geeft een grotere geluidssterkte: het geluid klinkt luider. Een twee keer zo grote amplitude betekent echter niet automatisch dat het geluid twee keer zo luid klinkt.

De amplitude op een oscilloscoop bereken je met:

De geluidssterkte meet je met een decibelmeter. De eenheid is decibel (dB). Mensen horen lage en erg hoge tonen minder goed. Daardoor kan een geluid met een bepaalde waarde in dB minder luid lijken.