Dia's bij hoofdstuk I.5

1. I 5 Geluid en muziek

2. 5.1 Mechanische golven
Mechanische golf
= golf die materie nodig heeft om energie te verplaatsen.
= golf, veroorzaakt door een mechanische trilling.

3. 5.1 Mechanische golven
Golf = sinus in tijd (voor elk punt) en ruimte (voor elk moment).
Amplitude A = maximale uitwijking.
Eenheid: meter (m) bij mechanische trillingen,
volt (V) bij een elektrisch signaal,
pascal (Pa) bij geluid.
A
A

4. 5.1 Mechanische golven
Golf = sinus in tijd (voor elk punt) en ruimte (voor elk moment).
Periode T = tijd van één cyclus (op- en neer of
heen- en weer). Eenheid: seconde (s).
Frequentie f = 1/T = het aantal cycli per
seconde. Eenheid: Hertz (Hz).

5. 5.1 Mechanische golven
Golf verplaatst energie, geen massa!
Trillingsbron levert vermogen P (W) (energie E = ½ m.A².(2πf)²),
 wordt verspreid over het golffront als intensiteit I (W/m²)
 naarmate het golffront groter wordt neemt A sterk af,
f blijft constant.

6. 5.1 Mechanische golven
TRANSVERSAAL
Golf = trilling die zich verplaatst door de ruimte. Er is dus
een trillingsrichting en een voortplantingsrichting
LONGITUDINAAL

7. 5.1 Mechanische golven
Harmonisch = “zuiver” (enkelvoudig)
en ongedempt (A = constant).
Vb. elektronische tonen
Realiteit = vaak samengesteld en altijd gedempt (A neemt
exponentieel af door wrijving)
Vb. seismogram

8. 5.1 Mechanische golven
Energie van een golf opnemen = resoneren.
Voorbeelden van resonantie zijn:
- bruggen en hoge gebouwen = slingers. Vb. Tacoma Narrows
Bridge , Millennium Bridge London.

9. 5.2 Basiskenmerken van geluid
Frequentie f = het aantal cycli per seconde. Eenheid: Hertz (Hz).
Vb.
vrouwelijke stem: 170 – 10000 Hz praten: 225 Hz – 450 Hz – 900 Hz
mannelijke stem: 100 – 8500 Hz 100 Hz – 200 Hz – 400 Hz – 800 Hz
muggenvleugels slaan aan 600 Hz
menselijke oren kunnen 20 – 20000 Hz horen (gevoeligst rond 1000 Hz)
< 20Hz: infrasoon vb. walvissen, olifanten, aardbevingen
> 20 kHz: ultrasoon vb. vleermuizen( echolocatie), echografie

10. 5.2 Basiskenmerken van geluid

11. 5.2 Basiskenmerken van geluid
Golf = sinus in tijd (voor elk punt) en ruimte (voor elk moment).
Verplaatsing  golfsnelheid v.
Deze snelheid is afhankelijk van de dichtheid van het medium.

12. 5.2 Basiskenmerken van geluid
Middenstof geluidssnelheid
lucht 343 m/s
water 1500 m/s
staal 5 km/s
2 oren (met een klein positieverschil
Δx = ca. 20 cm)  klein tijdsverschil:
lucht Δt < 0,6 ms  richting
water Δt < 0,15 ms  geen richting!

13. 5.2 Basiskenmerken van geluid
Gehoordrempel Io = 10-12 W/m²
Conversatielevel Ic = 10-6 W/m²
Schadedrempel Is = 10-4 W/m²
Pijndrempel Ip = 1 W/m²
 0 dB
 60 dB
 80 dB
 120 dB
= zeer breed bereik  log-schaal: 10dB. log(I/Io)
dubbel zo luid = + 3 dB
10x zo luid = +10 dB

14. 5.2 Basiskenmerken van geluid

15. 5.2 Basiskenmerken van geluid
Normen, bescherming

16. 5.3 Golfeigenschappen bij geluid
Energie van een golf opnemen = resoneren.
Voorbeelden van resonantie zijn:
- De meeste geluidsbronnen hebben nood aan een
versterkende resonantieruimte: mond- en keelholte (stem) of
klankkast (muziekinstrumenten)

17. 5.3 Golfeigenschappen bij geluid
Interferentie: golven worden opgeteld
 versterking = constructieve interferentie
 verzwakking = destructieve interferentie
Toepassingen:
- afzetten GSM in ziekenhuis
- antigeluid in de koptelefoon van een helikopterpiloot
- zwevingen (o.a. gebruikt door muzikanten om te stemmen)
- Luidsprekers (vooral voor lage tonen) moeten in een kast
gemonteerd worden (de “box”), om akoestische kortsluiting
te vermijden.

18. 5.3 Golfeigenschappen bij geluid
Terugkaatsing of reflectie
Teruggekaatst geluid = galm (△t > 0,20 s  echo)
Toepassingen:
- Gregoriaanse gezangen werden ontwikkeld voor de grote
Middeleeuwse kathedralen.
- Opnames kunnen in een beroemde concertzaal “gesimuleerd”
worden door het juiste galmpatroon op het geluid te plaatsen.

19. 5.3 Golfeigenschappen bij geluid

20. 5.3 Golfeigenschappen bij geluid
http://www.astro.ubc.ca/~scharein/a
311/Sim/doppler/Doppler.html

21. 5.3 Golfeigenschappen bij geluid

22. 5.4 Muziek
In een begrensd medium kaatsen golven terug
 staand golfpatroon
Knopen = punten die niet trillen
Buiken = punten die heel hard trillen
 Een snaar MOET beginnen en eindigen met een knoop…

23. 5.4 Muziek
In een snaar (lengte l) kunnen slechts bepaalde golven bestaan:
Lengte l = λ/2
v = λ.f
 λ = 2.l  f/2 = laagste toon, de grondtoon.
Lengte l = λ  λ = l  f = eerste boventoon,
Lengte l = 3/2λ  λ = 2/3.l  3/2f = tweede boventoon, …
 Het geheel van deze tonen = klank

24. 5.4 Muziek
Muziek  octaven, 1 octaaf = verdubbeling vd frequentie.
(toon horen = logaritmisch!)
c' d'
dis'
es' e' f' fis'
ges' g' gis'
as' a'
ais
'
be
s'
b' c''
do
do#
reb re
re#
mib mi fa
fa#
solb sol sol#
lab la
la#
sib si do
261,6 277,2 293,7 311,1 329,6 349,2 370,0 392,0 415,3 440,0 466,2 493,9 523,3
Toon = fysisch gedefinieerd, 1 frequentie.
 Hoe herkennen we verschillende muziekinstrumenten?

25. 5.4 Muziek
De klank wordt versterkt in de resonantiekast of klankkast,
maar niet elke toon even sterk: het timbre of klankkleur.
 Zo werkt een synthesizer: hij stelt de klank samen als som
van een grondtoon en een reeks boventonen, telkens met hun
specifieke sterkte.
 Zo werkt ook de stem + de neus- en mondholte bij de
vorming van de klinkers: