Geluid

Geluid zijn drukveranderingen in de lucht die je kan horen. Deze drukveranderingen zijn in de vorm van golven, met een amplitude en een frequentie. De golfbeweging van een geluidsgolf is in dezelfde richting als waarin de golf zich voortplant, geluid is dus een longitudinale golf. De amplitude van een geluidsgolf is hoorbaar door de drukveranderingen. Deze drukveranderingen laten je trommelvlies trillen, wat vervolgens in je gehoororgaan wordt omgezet in geluid dat je kan horen. Hieronder zie je een tekening van hoe de amplitude van een geluidsgolf ’eruitziet’. De dichtheid van de stipjes is gebruikt om de druk weer te geven, hoe hoger de dichtheid van stipjes, hoe hoger de druk. Je ziet dat waar de dichtheid op zijn hoogst of laagst is, en dus de druk op zijn hoogst of laagst is, de uitslag in de bovenste golf het grootste is. Hoe groter het verschil in druk, hoe groter de amplitude van de golf en dus hoe harder je het geluid hoort. Hoe hard geluid is, dus het volume, wordt gemeten in decibel (dB). De decibel schaal is een logaritmische schaal, geluid dat twee keer zo hard is, dus de amplitude is twee keer zo groot, heeft dus een volume wat niet twee keer zoveel decibel is.

Naast een amplitude/volume heeft geluid ook een frequentie. De frequentie van geluid wordt bepaald door hoe snel de drukveranderingen van een geluidsgolf elkaar opvolgen. Volgen ze elkaar snel op, dan heb je dus een hogere frequentie. Dit komt omdat je trommelvlies in je oor dan heel snel gaat trillen, wat wordt vertaald naar een hoog geluid. Mensen kunnen frequenties tussen 20 en 20.000 Hertz (Hz) horen. De frequentie van geluid geeft aan hoeveel trillingen er per seconde plaatsvinden. Je kan hieruit dus de trillingstijd van één hele golf uitrekenen. Als f de frequentie van een golf in Hertz is, dan is de trillingstijd T gegeven door T = 1/f , waarin de trillingstijd in seconden is.

Effecten van geluid

Een eﬀect dat kan optreden met geluid is resonantie. Resonantie gebeurt als twee voorwerpen met exact dezelfde frequentie trillen en elkaar versterken. Resonantie zorgt dus voor een versterking van het geluid. Andere voorwerpen in de omgeving kunnen gaan meetrillen, als het geluid de goede frequentie heeft en hard genoeg is. Dit kan gevaarlijke gevolgen hebben, zoals het instorten van een brug.

De snelheid waarmee geluid zich voortplant is de geluidssnelheid. De geluidssnelheid is afhankelijk van vele omstandigheden, waaronder het materiaal waardoor geluid zich voortplant en de temperatuur van het materiaal. In droge lucht van 20°C plant het geluid zich voort met een snelheid van 343 m/s. Dit is veel langzamer dan in water, waar het snelheden van wel 1500 m/s kan halen. Naast het materiaal en de temperatuur is de snelheid van geluid ook afhankelijk van de frequentie van het geluid. Hoewel dit snelheidsverschil heel erg klein is, kan het ervoor zorgen dat klanken vervormen als geluid een grote afstand moet overbruggen. Het eﬀect dat klanken vervormen noemen we dispersie.

Een derde eﬀect dat kan optreden met geluid is het dopplereﬀect. Dit treed op als de geluidsbron en de ontvanger zich ten opzichte van elkaar bewegen. Als je naar een geluidsbron toe beweegt, dan klinkt het geluid veel hoger dan wanneer je ervan weg gaat. Je hebt dit vast wel eens ervaren met een ambulance die eerst op je afkomt rijden en je voorbij gaat. Op het moment dat de ambulance je passeert verandert de toon van de sirene van hoog naar laag. Het dopplereﬀect treed op doordat de snelheid van het geluid niet oneindig maar, relatief, langzaam is.