Geluid

Les 1 : Geluid maken en horen

De lesstof:

Les 2 : Toonhoogte en frequentie

De lesstof:

Snaarinstrumenten

In veel muziekinstrumenten vind je snaren. Bijvoorbeeld, een viool heeft er vier, een gitaar heeft er zes, en een piano heeft er zelfs meer dan tweehonderd! Als je een van deze snaren laat trillen, maakt het geluid, wat we een toon noemen. Een toon heeft een bepaalde hoogte.

De hoogte van een toon hangt af van drie dingen:

• Hoe dik de snaar is: Dikkere snaren geven lagere tonen.

• Hoe lang de snaar is: Langere snaren produceren lagere tonen.

• Hoe strak de snaar gespannen is: Minder strakke snaren geven lagere tonen.

Frequentie

Stel je voor dat je een stemvork gebruikt. Als je de stemvork aanslaat, beginnen de armen van de stemvork te trillen. Ze bewegen een bepaald aantal keren heen en weer in één seconde.

Je kunt deze trillingen bekijken met een speciale opstelling. Je kunt een haakje aan de stemvork bevestigen en het over een stukje koolpapier trekken. Dan zie je een spoor van trillingen ontstaan. Tussen punt A en B voert het haakje precies één volledige trilling uit.

Om een snaarinstrument goed te laten klinken, moeten de snaren worden gestemd. Dat betekent dat ze op de juiste spanning worden gebracht, zodat ze de juiste toon produceren. Vaak wordt een stemvork gebruikt om die toon te bepalen.

Het aantal trillingen per seconde noemen we de frequentie van de trilling. We meten frequentie in hertz (Hz). Als een frequentie 128 Hz is, bewegen de armen van de stemvork 128 keer per seconde heen en weer. Hoe hoger de frequentie, hoe hoger 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. Bijvoorbeeld, een piccolo klinkt heel hoog omdat het duizenden trillingen per seconde heeft. Aan de andere kant klinkt een tuba laag omdat het een lage frequentie heeft.

De oscilloscoop

Met een speciaal apparaat genaamd een oscilloscoop kun je geluidstrillingen bestuderen. De microfoon vangt de geluidstrillingen op en zet ze om in elektrische signalen. Deze signalen worden dan weergegeven op het scherm van de oscilloscoop.

Het scherm van de oscilloscoop

In een afbeelding zie je drie verschillende tonen op het scherm van een oscilloscoop. De oscilloscoop is zo ingesteld dat je het aantal trillingen in 0,01 seconde kunt zien. De toon op het middelste scherm heeft de meeste trillingen, wat betekent dat het de hoogste frequentie heeft.

Het frequentiebereik van je gehoor

Je kunt geluiden met hele hoge of hele lage frequenties niet horen. Meestal kunnen kinderen tonen horen tussen 20 en 20.000 Hz. Dat noemen we het frequentiebereik van ons gehoor. Dieren hebben vaak andere frequentiebereiken. Honden kunnen bijvoorbeeld hogere tonen horen dan mensen.

Als je ouder wordt, verandert het frequentiebereik van je gehoor. Vooral de hoge tonen kun je dan minder goed horen.

Les 3: Geluidssterkte

De lesstof:

De kracht van geluid

Ken je de Amen break? Het is een stukje muziek dat vaak wordt gebruikt in hiphop. Het duurt iets meer dan vijf seconden en je hoort harde en zachtere slagen op de drums elkaar afwisselen. De sterkte van geluid vertelt ons hoe hard of zacht het geluid is dat uit de geluidsbron komt.

Wanneer een basluidspreker de diepe tonen van een bassdrum laat horen, zie je de conus van de luidspreker trillen. Die trilling wordt sterker als je het geluid harder zet. Op dat moment worden de verschillen in luchtdruk om ons heen groter, waardoor het geluid harder klinkt.

Met een apparaat genaamd een oscilloscoop kunnen we die drukverschillen onderzoeken. Kijk naar afbeelding 2 en let op de afstand tussen het midden van de trillingen en hoe ver ze uitzetten. Dat noemen we de amplitude van de trillingen: hoe ver ze van het midden af gaan.

De sterkte van geluid wordt bepaald door de amplitude. Hoe harder het geluid, hoe groter de amplitude. Als het geluid langzaam uitsterft, wordt de amplitude uiteindelijk nul.

Decibels en geluidsmeting

We meten geluid in decibels, afgekort als dB. Het apparaat dat dit meet, heet een decibelmeter. Er zijn zelfs apps voor je telefoon waarmee je bijvoorbeeld op een concert het geluidsniveau kunt meten.

Geluidsniveaus worden vaak aangegeven in decibel(A), afgekort als dB(A). De (A) betekent dat de meting rekening houdt met hoe het menselijk gehoor geluid waarneemt. Sommige tonen horen we minder goed, en de dB(A)-schaal corrigeert hiervoor.

Geluid en afstand

Een elektrische scooter maakt meestal minder lawaai dan een scooter met een benzinemotor. Met een decibelmeter kunnen we controleren of een motor niet te veel geluid maakt. Het geluid moet op een vaste afstand van de bron worden gemeten. Dit is belangrijk omdat geluidsniveaus afhangen van hoe ver je van de bron bent: dichtbij zal het geluid sterker zijn dan verder weg.

In de tabel hieronder zie je verschillende geluidsniveaus in verschillende situaties. Een geluidsniveau van 0 dB(A) betekent niet dat er helemaal geen geluid is. Het geluid is gewoon zo zwak dat je het misschien niet hoort.

Tabel 1:

situatie geluidssterkte dB(A)

gehoordrempel 0

ademen 10

horloge 20

bladgeruis 30

fluisteren 40

woonstraat overdag 50

een klas aan het werk 60

stofzuiger op 1 m 70

drukke verkeersweg 80

passerende trein op 25 m 90

discotheek 100

drilboor 110

toeterende auto op 2 m 120

popconcert (heavy metal) 130

pijngrens 140

Gehoordrempel en pijngrens

Bij geluid hebben we twee belangrijke grenzen. De gehoordrempel is het geluidsniveau waarop we net beginnen te horen. De pijngrens is het niveau waarop geluid te hard wordt en pijn doet aan onze oren.

Les 4: Geluidsoverlast verminderen

De lesstof:

Geluid en Gehoor

Als geluid sterker is dan 140 dB(A) (zie tabel 1 van les 3), kan dat schadelijk zijn voor je gehoor. Maar zelfs als je regelmatig of langdurig aan geluid boven de 80 dB(A) wordt blootgesteld, kan dit je gehoor beschadigen.

Gehoorschade

Als je een piep in je oor hoort na bijvoorbeeld het luisteren naar harde muziek, betekent dat dat je gehoor beschadigd is. Het moet dan herstellen. Als dit te vaak gebeurt, loop je risico op blijvende gehoorschade. Het kan jaren duren voordat je merkt dat er blijvende schade is. Op het moment dat je slechthorend wordt, is het al te laat. Meer dan 500.000 jongeren tussen 16 en 30 jaar in Nederland hebben blijvende gehoorschade.

Gehoorschade kan zich ook uiten in constante geluiden die er eigenlijk niet zijn, zoals een hoge pieptoon, een rinkelend geluid of een bromtoon. Mensen moeten leren om deze geluiden te negeren.

Hinderlijk Geluid

Geluid dat je gehoor niet beschadigt, kan toch vervelend zijn. Sommige geluiden ervaren mensen als hinderlijk, terwijl anderen er minder last van hebben. Verkeerslawaai en geluid van buren worden vaak als storend ervaren. Ook pratende mensen in een stiltecoupé kunnen hinderlijk zijn.

Slaapgebrek

Of een geluid hinderlijk is, hangt vaak af van de situatie. Een feestje bij de buren is misschien niet erg, totdat je wilt gaan slapen en merkt dat de muziek behoorlijk hard staat. Als je dan niet kunt slapen van ergernis, krijg je slaaptekort.

Geluidsoverlast kan leiden tot ernstige slaapproblemen. Als je niet genoeg slaapt, word je prikkelbaar, kun je je moeilijker concentreren en raak je oververmoeid. Daarom zijn er in drukke gebieden maatregelen nodig om geluidsoverlast te verminderen.

Maatregelen tegen Geluidsoverlast

Auto's en andere voertuigen kunnen veel geluidsoverlast veroorzaken. Een vrachtwagen maakt bijvoorbeeld veel lawaai door de motor, de lucht die erlangs stroomt, de wielen op het wegdek en de remmen.

Er zijn verschillende manieren om geluidsoverlast te verminderen. Je kunt maatregelen nemen bij de bron van het geluid, tussen de bron en de ontvanger, en bij de ontvanger zelf.

Bij de bron

Dit zijn maatregelen om de geluidsproductie van voertuigen te verminderen, bijvoorbeeld door geluidsarm asfalt te gebruiken of stillere banden te ontwikkelen.

Tussen de bron en de ontvanger

Dit zijn maatregelen zoals geluidswallen en geluidsschermen langs wegen en het plaatsen van grote gebouwen tussen de weg en woongebieden om het geluid tegen te houden.

Bij de ontvanger

Dit zijn maatregelen in woongebieden zelf, zoals het verbeteren van isolatie in huizen die dicht bij drukke wegen staan.

Absorberen of terugkaatsen van Geluid

Een aarden wal langs een snelweg kan het geluid dempen doordat het geluid geabsorbeerd wordt. Soms worden geluidsschermen gebruikt om geluid terug te kaatsen naar de weg. Materialen die geluid absorberen zijn zacht en hebben een oneffen oppervlak, terwijl materialen die geluid terugkaatsen hard en glad zijn.