Geluid

NASK1/K/8 De kandidaat kan

• de begrippen toepassen die een geluid kenmerken:
  • toonhoogte
  • frequentie
  • amplitude
  • geluidssterkte
• uitleggen dat geluid ontstaat bij een geluidsbron, zich uitbreidt door een tussenstof en waargenomen kan worden door een ontvanger, hiervan toepassingen herkennen en berekeningen met de geluidssnelheid in verschillende tussenstoffen uitvoeren:
  
  

  geluidsbronnen	geluidsontvanger	toepassingen
  		ten minste:
  stemvork	oor
  muziekinstrumenten	microfoon	echo
  luidspreker	geluidsensor	echolood
  oortelefoon		echoscopie
  machines
  verkeer

• de verandering van de toonhoogte/frequentie van een snaarinstrument in verband brengen met de lengte en de spankracht in de snaar (kwalitatief)
• aan de hand van een oscilloscoopbeeld of een beeld gemaakt met de computer de trillingstijd van een toon bepalen en de frequentie berekenen
• metingen van geluidssterkte interpreteren en bronnen van geluidshinder aangeven:
  • geluidssterktemeter
  • computermetingen
  • dB(A)schaal
  • gehoorgrenzen (tussen 20 Hz en 20 kHz)
• de mogelijke gezondheidsschade in verband brengen met de geluidssterkte en tijdsduur en suggesties doen voor maatregelen tegen geluidshinder, ten minste:
  • geluidswal
  • geluidsscherm
  • gehoorbeschermers
  • dubbele beglazing
• de onderdelen van een luidspreker benoemen en hiermee de werking van de luidspreker uitleggen

formules:
s = v_geluid * t
f = 1 / T

Geluid

Bekijk de Kernpunt-video:
Er zit muziek in.

Snaar- en blaasinstrumenten kunnen geluid produceren met allerlei klanken en toonhoogtes.
Hoe werken deze instrumenten, hoe komt het geluid van het instrument in ons oor en hoe kunnen we geluid versterken en opnemen?

Geluidshinder.
Geluidshinder kan grote schade toebrengen aan welzijn en gezondheid.
Hoe meet je geluid? Wat kunnen we zelf doen om geluidshinder zo veel mogelijk te beperken? En wat kunnen we technisch doen aan geluidshinder?

Bron - tussenstof - ontvanger

Geluid verplaatst zich van een geluidsbron via een tussenstof (medium) naar de geluidsontvanger.
Voorbeelden van geluidsbronnen:

• stemvork,
• muziekinstrumenten,
• machines,
• toongenerator met luidspreker,
• computer.

Voorbeelden van geluidsontvangers:

• oor,
• microfoon.

Voorbeelden van tussenstof:

• lucht,
• ijzer,
• water,
• enzovoort.

Frequentie en trillingstijd

Er zijn hoge tonen en lage tonen.
Geluid bestaat uit trillingen. Eén (1) trilling bestaat uit een complete heen-en-weer-gaande beweging. Het aantal trillingen per seconde heet de frequentie (f).
De eenheid van frequentie is hertz (Hz)
Stel dat een slinger 4 keer per seconde heen-en-weer gaat, dan is de frequentie 4 Hertz (Hz).
De tijd die nodig is voor één trilling is de trillingstijd (T).
De eenheid van trillingstijd is seconde (s).
In dit voorbeeld duurt 1 trilling 0,25 s. Dus T = 0,25 s.

of

Voorbeeld 1:

Een toon heeft een frequentie van 400 Hz. Bereken hoe lang één trilling duurt. (Dus: bereken de trillingstijd.)
gegeven:	f = 400 Hz
gevraagd:	T
formule:	T = 1 / f
berekening:	T = 1 / 400
antwoord:	T = 0,0025 s (= 2,5 ms)

Voorbeeld 2:

De trillingstijd van een toon is 0,5 ms. Bereken de frequentie.
gegeven:	T = 0,5 ms
gevraagd:	f
formule:	f = 1 / T
berekening:	De tijd moet in seconden, dus eerst milliseconde omrekenen naar seconde: 1 s = 1000 ms 0,5 ms = 0,0005 s f = 1 / 0,0005 s
antwoord:	f = 2000 Hz (= 2 kHz)

Met een snaarinstrument maak je geluid door een snaar te laten trillen. De toon wordt hoger als de snaar sneller trilt, dus als de frequentie groter is.
De toon van een snaar wordt hoger als:

• de snaar korter is,
• de snaar strakker gespannen is,
• de snaar dunner is.

Geluidssterkte en amplitude

Er is ook hard geluid en zacht geluid.
Je kunt een snaar een beetje laten trillen (door die snaar voorzichtig aan te raken) maar je kunt diezelfde snaar ook een heel grote trilling geven. De toonhoogte blijft gelijk, maar de sterkte van het geluid verandert wel.
Een grote trilling geeft een sterker, harder geluid.
De maximale uitwijking uit de evenwichtstand heet de amplitude. Hoe groter de amplitude hoe sterker het geluid.

Geluidssterkte meet je in decibel (dB). Het meetinstrument heet een decibelmeter.
Als de geluidssterkte twee keer zo sterk is, neemt het aantal decibellen met 3 toe. Dus: 1 brommer maakt een geluid met een sterkte van 60 dB, twee brommers 63 dB, vier brommers 66 dB, enzovoort.

dB(A)

Ons oor is niet voor alle tonen even gevoelig.
Het menselijk gehoor kan tonen tussen 20 Hz en 20 000 Hz waarnemen.
In de grafiek hieronder is de gehoordrempel getekend. Dat is de sterkte van het geluid waarbij het oor die toon net kan horen.

Voorbeeld: als een geluidsbron een toon van 100 Hz maakt met een geluidsniveau van 20 dB, kun je dat niet horen. Het geluidsniveau zit namelijk onder de gehoordrempel.

Voorbeeld: als een geluidsbron een toon van 100 Hz maakt met een geluidsniveau van 40 dB, kun je dat wel horen. Het geluidsniveau zit namelijk boven de gehoordrempel.

Voorbeeld: als een geluidsbron een toon van 1000 Hz maakt met een geluidsniveau van 20 dB, kun je dat wel horen. Het geluidsniveau zit namelijk boven de gehoordrempel.

Hoe hard het gehoor een toon waarneemt, wordt uitgedrukt in dB(A).
Voorbeeld: Een toon van 100 Hz met een sterkte van 40 dB hoor je met een sterkte van 10 dB.
Je hoort dan een geluidssterkte van 10 dB(A).

Geluidssnelheid

Geluid kan alleen van de geluidsbron naar de geluidsontvanger komen als er een tussenstof is. Die tussenstof kan bijvoorbeeld lucht, water, ijzer, hout, of nog een andere stof zijn.
De snelheid van het geluid is in elke stof weer anders.
De voortplantingssnelheid van geluid in verschillende stoffen kun je in je tabellenboek vinden.
Als je weet hoe snel het geluid zich door de stof verplaatst, kun je bepalen hoe lang het duurt om een bepaalde afstand af te leggen.
Je gebruikt daarvoor de formule:



Zo kun je bijvoorbeeld uitrekenen hoe ver de bliksem bij jou vandaan is ingeslagen, of hoe diep de zee onder een schip is (echo, echolood). Let er bij "echosommetjes" op dat het geluid heen-en-weer gaat.

Voorbeeld 3:

De snelheid van geluid in lucht is 343 m/s. Tijdens een onweersbui zie je de bliksem. Vier seconden daarna hoor je de donder. Op welke afstand is de bliksem ingeslagen?
gegeven:	vgeluid = 343 m/s, t = 4 s
gevraagd:	s
formule:	s = vgeluid * t
berekening:	s = 343 * 4
antwoord:	s = 1372 m

Voorbeeld 4:

Een zeeschip zendt een geluidssignaal uit. Het signaal wordt door de zeebodem teruggekaatst. Het schip vangt het teruggekaatste signaal op. Uit de tijd die tussen het uitgezonden en teruggekaatste signaal zit, bepaalt met de diepte onder het schip. De snelheid van geluid in zeewater is 1510 m/s. De tijd tussen het uitgezonden en teruggekaatste geluid is 0,9 seconde.
gegeven:	vgeluid = 1510 m/s, t = 0,9 s
gevraagd:	diepte
formule:	s = vgeluid * t
berekening:	s = 1510 * 0,9 s = 1359 m. Dit is de totale afstand die het geluid heeft afgelegd. De vraag was hoe diep de zee onder het schip is. Omdat het geluid is teruggekaatst en dus heen en weer is gegaan, is de diepte de helft van de totale afstand. Echo, dus diepte is 1359 / 2 = 679,5 m
antwoord:	diepte = 680 m (afgerond)

Luidspreker

Bestudeer in je boek de werking van de luidspreker.
Leg de werking van de luidspreker uit. Gebruik bij je uitleg minimaal de woorden

• permanente magneet,
• spoel,
• elektrische stroom,
• aantrekken / afstoten,
• conus,
• trilling,
• bewegende lucht.

Geluidshinder

Geluid dat harder is dan 80 dB kan ons gehoor beschadigen. Die beschadiging gaat niet meer over. Het is dus van belang om bij machines die hard geluid produceren tijdig gehoorbeschermers te gebruiken.

Te veel of te hard geluid kan mensen geluidshinder geven. Door een geluidswal of een geluidsscherm tussen een woonwijk en een autoweg te plaatsen kan de geluidshinder worden verminderd. Ook dubbele beglazing in woningen en kantoren vermindert de geluidssterkte die in de woningen en kantoren kan doordringen.

Doe een gehoortest op www.hoorstichting.nl

Grootheden en eenheden

grootheid	symbool	eenheid	symbool
frequentie	f	hertz	Hz
trillingstijd	T	seconde	s
geluidssterkte	A	decibel	dB
afstand	s	meter	m
snelheid (van het geluid)	vgeluid	meter per seconde	m/s
tijd	t	seconde	s

oefenvragen

oefenvragen met uitwerkingen

Examenopgaven Geluid 2009 - 2015