Ge 1	Geluid

Onze oren zijn zo gewend aan geluid, dat het ons opvalt als het helemaal stil is. In dit hoofdstuk zullen we onderzoeken wat geluid is, hoe geluid gemaakt wordt en hoe het in onze oren komt.

Opgave 1

Een luidspreker wordt gebruikt om geluid te maken. In figuur 1-1 zie je schematisch een luidspreker getekend. Een ronde spoel past net om een ronde magneet. Voor de duidelijkheid 
is de spoel er een eindje voor getekend. Als er stroom door de spoel gaat wordt deze óf aange
trokken door de magneet óf afgestoten. Als we 
een wisselstroom door de spoel laten gaan, gaat 
de spoel trillen. Aan de spoel is een toeter (de 
conus) bevestigd die de lucht voor de toeter in trilling brengt. De trilling in de lucht breidt zich steeds verder uit.

Ga nu met je groep naar het kabinet voor een demonstratie.

a	De spoel wordt op een wisselspanning met
een lage frequentie aangesloten. De wisselspanning kun je op een oscilloscoop bekijken. Kijk wat er gebeurt.
b 	Voer het tempo van de wisselspanning op. Let op dat de stip op de oscilloscoop de beweging van de conus precies volgt.
c
Het aantal trillingen per seconde noemen we de frequentie van de spoel. De eenheid van frequentie is Hz.

Bij ongeveer 40 Hz kunnen je oren het trillen van de lucht waarnemen, 
d	Hoe vaak gaat de conus dan per seconde heen en weer? 
e	Hoe kun je op de oscilloscoop zien dat de frequentie groter wordt? 
ƒ	Leg een paar kleine bolletjes piepschuim op de toeter. Wat neem je waar?

Voer de frequentie verder op. De toon die je hoort wordt steeds hoger, 
g	 Wat moet je doen om de sterkte van het geluid te veranderen?
h	 Boven een bepaalde frequentie nemen je oren niets meer waar. De luidspreker trilt dan nog steeds, maar onze oren kunnen deze snelle trillingen niet meer waarnemen. Ga na dat de oscilloscoop nog steeds de wisselingen meet terwijl je toch niets meer hoort.

Opgave 2

In figuur 1-2 is de beweging van de conus van de luidspreker in een grafiek weergegeven. Verticaal kun je aflezen hoever de conus boven en onder de evenwichtsstand komt. We noemen dit de uitwijking. Horizontaal staat de tijd.

fig 1-2
De grootste afstand tot de evemwichsstand noemen de amplitude
De trillingstijd is de tijd die nodig is één keer heen en weer te gaan

a	Hoe groot is de amplitude van de luidspreker?
b	Bepaal de trillingstijd uit de grafiek.
c	Bereken de frequentie van de luidspreker.
d	Schets hoe de grafiek verandert als de frequentie hoger wordt. Wat hoor je als de
frequentie hoger wordt? 
e	Hoe verandert de grafiek als de amplitude groter wordt? Wat hoor je als de amplitude
groter wordt?

Opgave 3

Met een luidspreker kun je lucht in trilling brengen en geluid produceren. Je kunt op een groot aantal andere manieren ook lucht in trilling brengen, 
a	Noem er vijf.

Je hebt nodig: een stemvork met een plankje om de stemvork aan te slaan, een pingpong balletje aan een touwtje en een bekerglas met water.
Breng de stemvork in trilling. Je hoort nu een toon. De frequentie van deze toon staat
op de stemvork aangegeven,
b	Houd het ping-pong balletje, dat aan het touwtje hangt, net tegen het bovenste uiteinde
van een been van de stemvork. Wat neem je waar?
c	Houd de benen van een trillende stemvork een heel klein eindje in het water. Wat neem
je waar?
d	Je kunt het geluid van een stemvork versterken door de onderkant van de vork tegen een tafelblad te zetten. Omdat er nu meer lucht in trilling wordt gebracht wordt het geluid harder.

Opgave 4

Bij geluid is lucht meestal de tussenstof tussen de geluidsbron en de ontvanger (het oor). De tussenstof noemen we het medium.

a	In het kabinet staat een proef waaruit blijkt dat zonder lucht er geen geluid is. Ga er 
met een paar groepen tegelijk naar toe voor een demonstratie. Zie figuur 1-3.

fig 1-3

fig 1-4

b	Vraag een touwtelefoon. Zie figuur 1-4. Praat in het bekertje terwijl je het touwtje strak houdt en iemand het andere bekertje tegen zijn oor houdt. Voorzichtig dat het touwtje niet breekt. Wat is nu het medium?
Als iemand tegen de verwarming tikt kun je het soms een aantal lokalen verder nog horen. In plaats van lucht kan dus ook een andere stof als medium dienst doen.

c	Tik op tafel. Leg je oor ook op tafel.
Welk medium geleidt het geluid beter: lucht of 'tafel'?
Opgave 5
Je weet dat geluid een bepaalde tijd nodig heeft om zich door lucht te verplaatsen.
a	Geef een voorbeeld waaruit dit blijkt.
Misschien ken je de volgende regel om te berekenen hoever een onweer zich van je bevindt: "het aantal seconden tussen zien en horen van de bliksem-f3 = afstand in km", 
b	Bereken met deze regel de snelheid waarmee geluid zich door de lucht verplaatst.

De geluidssnelheid hangt van het soort medium af. Het maakt niet uit of het geluid hard of zacht is. Ook de frequentie speelt geen rol.

Hieronder zie je een lijst met geluidssnelheden in verschillende stoffen.

materiaal	geluidssnelheid

lucht	330 m/s
water	1450 m/s
ijzer	5100 m/s
rubber	50 m/s
koolstofdioxyde(C02)	259 m/s

c	Je staat 200 m voor een rotswand. Je roept iets en hoort een poosje later de echo. Hoeveel later?

Een boot vaart op 550 m afstand van iemand die aan het snorkelen is. De boot geeft een toetersignaal. Je hoort het signaal zoals dat door het water is gegaan en je hoort het signaal dat door de lucht is gegaan, 
d	Bereken hoeveel tijd er zit tussen de twee signalen die je hoort.

Opgave 6

Vraag een demonstratie van de oscilloscoop en een microfoon. Praat in de microfoon. De microfoon trilt door de trillingen die je met je stem veroorzaakt. Door deze trillingen wordt er een wisselspanning gemaakt die je op het scherm kunt bekijken.

a	Probeer een mooie golfvorm te maken door ooooo in de microfoon te zingen. Zie figuur
 l-5a

b

fig 1-5

a	

b	Wat gebeurt er als je harder zingt?
c	Wat gebeurt er als je de toon hoger maakt?
d	Wat zijn de hoorbare verschillen tussen het geluid dat hoort bijfiguur l-5a en figuur l-5b.

Ook met de computer kun je heel mooi geluidstrillingen opnemen. Het grote voordeel is dat je de trillingen kunt opslaan en later nog eens bekijken of printen.

e 	 Vraag een demonstratie van de proef van 'woehaah' hoe je met de computer trillingen kunt opnemen. Vergelijk eens verschillende aaaa's van verschillende personen en probeer de overeenkomsten te zien.

We spreken van een toon als de trilling zich regelmatig herhaalt. Zoals in figuur 1-5 of in figuur 1-6.

fig 1-6: de 'A' van meneer Houtermans

fig 1-7

Opgave 7

In figuur 1-7 is een gitaar afgebeeld. Een gitaar is een snaarinstrument met zes even lange, niet even dikke snaren. Misschien is er een gitaar beschikbaar.

a	Welke snaar zal de toon met de laagste frequentie geven? 
b	Probeer het geluid van een snaar op de oscilloscoop of de computer weer te geven. Ga na of het een toon is.

Om op een gitaar te kunnen spelen, moeten de snaren eerst goed gestemd worden.

c 	Hoe gebeurt dit?
d	Hoe kun je met een snaar verschillende tonen produceren?

De gitaar is een snaarinstrument, 
e	Noem nog 2 snaarinstrumenten.

Opgave 8
Behalve snaarinstrumenten zijn er ook blaasinstrumenten, 
a 	Noem er drie.
b 	Probeer door over de opening van een lege fles te blazen, een toon te maken, 
c 	Probeer met dezelfde fles een hogere toon te maken.
Samenvatting Ge 1
■	De hoogte van een toon wordt bepaald door de frequentie. Hiermee bedoelt men het aantal trillingen per seconde. De trillingstijd is de tijd die één trilling duurt.
■	De luidheid van een toon wordt bepaald door de amplitude van de trilling. Dit is de maximale uitwijking uit de evenwichtsstand.
■	Geluid is samengesteld uit meerdere tonen. Geluid wordt gemaakt door een geluidsbron. Het medium transporteert het geluid naar de waarnemer.
■	Met een oscilloscoop kan geluid zichtbaar worden gemaakt.