Embedded Files
Inhoud
Inhoud
GELUID = ELKE TRILLING DIE ONS GEHOOR KAN WAARNEMEN
Wat is geluid? Wat is horen?
Wat is geluid? Wat is horen?
In de lessen fysica uit het middelbaar onderwijs leerde je over geluid. Hier krijg je eerst een snel overzicht van wat horen en geluid betekent.
Geluidsbron = elk trillend voorwerp.
Golf = het voortplanten van een trilling in een medium.
Een geluidsgolf in lucht is een drukgolf, net als in een slinky veer.
Een geluidsbron (het trillend voorwerp) duwt als het ware tegen de lucht (of tegen een vloeistof of een vaste stof) en de trilling plant zich door de lucht voort als een golf.
De geluidsgolf bereikt uiteindelijk ons trommelvlies. Dat gaat op het ritme van de golf meetrillen. Hierdoor gaan achtereenvolgens de gehoorbeentjes, het ovale venster en de vloeistof in het slakkenhuis bewegen. Tenslotte gaan ook de membranen in het slakkenhuis trillen. In die laatste stap gaan trilhaartjes op het membraan zenuwen stimuleren en via de gehoorszenuw wordt het signaal aan de hersenen doorgegeven. Dit ervaren wij als geluid. ELK FALEN VAN EEN VAN DE DELEN VAN HET OOR ZAL TOT GEHOORVERMINDERING LEIDEN.
Het slakkenhuis (cochlea) in ons binnenoor registreert geluid en stuurt, via de gehoorzenuw, signalen naar onze hersenen. Dat komt omdat het geluid het basaal membraan in het slakkenhuis laat trillen. Afhankelijk van de toonhoogte (frequentie) van dat geluid, gaat het basaal membraan op een andere plaats trillen. Ieder stukje basaal membraan heeft een typische frequentie. We hebben hier dus te maken met resonantie.
(Trillingsenergie kan overgedragen worden van de ene triller op de andere. Van het ene oscillerende voorwerp op een ander. Voorwaarde: beide voorwerpen moeten dezelfde natuurlijke frequentie hebben. Hun eigenfrequentie moet hetzelfde zijn. Dit verschijnsel heet RESONANTIE.)
Als je spreekt, gaat je schedel meetrillen (resonantie). Je hoort dus niet alleen je eigen stem via de lucht maar ook rechtstreeks via beengeleiding. Daarom klinkt je stem voor jou anders dan voor iemand die jou hoort. (Of als je je eigen stem via een luidspreker hoort.)
De amplitude van de geluidstrilling bepaalt de geluidssterkte.
Het aantal trillingen per seconde van de geluidsbron (de frequentie dus) bepaalt de toonhoogte van het geluid.
de meeste voorwerpen trillen op een complexe manier. Dit vertaalt zich in typische vormen van de golf en wij ervaren dit als toonklank. Een trompet en een sax kunnen even sterk eenzelfde noot spelen, toch klinken ze anders.
Geluidsgolven maken, horen en ... zien
Geluidsgolven maken, horen en ... zien
Deze ONLINE TONE GENERATOR laat je horen wat er met het geluid gebeurt als je de frequentie (in hertz), de amplitude (het volume dus) en de golfvorm verandert.
Probeer het!
De VIRTUAL OSCILLOSCOPE maakt geluidstrillingen zichtbaar.
Zet de afregeling eerst op 5 ms (Seconds / div) en op 2 V (Volts / div). Zing dan een letter I, een letter O, een letter A. Zing luid en zing stil. Zing hoog en zing laag.
Terwijl je zingt vink je telkens Freeze Live Input aan zodat je de geluidstrilling die je maakt vastlegt.
Geluidsterkte in decibel
Geluidsterkte in decibel
Als we het hebben over de amplitude van een geluidsgolf (dus hoe sterk het geluid is), dan hebben we het over het heen en weer trillen van lucht! We zouden dus geluidssterkte kunnen meten in ... meter! Om een aantal redenen blijkt dit niet erg handig te zijn. Uiteindelijk heeft men een schaal ingevoerd die in de praktijk heel goed te hanteren is: de decibelschaal (dB).
De decibelschaal is een schaal die werkt met verhoudingen. De decibelschaal zegt iets over hoeveel keer meer energie je in het geluid steekt. Als basiswaarde voor de decibelschaal nemen we de zachtste toon van 1000 Hz die een gezond menselijk oor nog kan waarnemen: een toon die een drukverschil van 2.10-5 Pascal in de lucht veroorzaakt! Dat is 0 dB.
Elke verhoging met 10 dB betekent een vergroting van het vermogen met een factor 10.
Een verhoging met 20 dB betekent dus 100 keer sterker geluid, een verhoging met 30 dB wil zeggen 1000 keer sterker enz...
Zet het volume van je computer goed luid en blijf er verder af gedurende het experiment.
Gebruik nu deze ONLINE TONE GENERATOR om geluid te maken met verschillende toonhoogten.
Zet de schuifregelaar helemaal links en schuif hem langzaam naar rechts terwijl je goed luistert naar de toonSTERKTE!
Wat valt je op?
Heb je gemerkt dat je begint bij een geluid dat je mogelijk zelfs niet hoort? Dat dan de geluidsterkte toeneemt tot een maximum ergens tussen de 1000 Hz en de 4000 Hz? En dat daarna de geluidsterkte terug afneemt?
Maar hoe kan dat? Want je hebt de volumeregeling van je computer niet aangeraakt!
Ons oor is niet voor alle frequenties even gevoelig. Door een groot aantal goed horende jongeren van 18 jaar te testen, ontstond de volgende grafiek.
Deze grafiek toont de gevoeligheid van het gezond menselijk oor. De blauwe lijn onderaan toont het zwakste geluid dat een mens met goede oren bij een welbepaalde toonhoogte nog kan horen. Voor een toon van 125 Hz is bijvoorbeeld ongeveer 50 dB SPL nodig om hem hoorbaar te maken.
Geluidsterkte meten
Geluidsterkte meten
We hebben een probleem: als je de geluidssterkte gaat uitdrukken door de energie te meten die je in je geluid steekt (we spreken dan van dB SPL, decibel sound pressure level), dan kan je niet zomaar zeggen dat 100 dB een sterk geluid is. Dat hangt immers af van de toonhoogte (de frequentie) van dat geluid.
Daarom meten we in de praktijk niet in dB SPL maar in decibel hearing level (dB HL), wat we ook dB(A) noemen. In deze schaal is 0 dB(A) het zwakste geluid dat een gezond oor nog kan horen bij élke frequentie! Geluidsmetingen in discotheken en tijdens fuiven gebeuren in dB(A).
dB(A) is dus een decibelschaal die is aangepast aan het menselijk gehoor.
In de grafiek met de gevoeligheid van het menselijk oor zie je dat voor een toon van 125 Hz ongeveer 50 dB SPL nodig is om hem hoorbaar te maken. Bij 125 Hz komt 50 dB SPL dus neer op ... 0 dB(A)
Meet met deze decibelmeter direct de geluiden in je omgeving.
De decibelmeter werkt in je browser. (Sta toe dat de webpagina de microfoon van je computer gebruikt!)
Meting van de geluidssterkte op een zondagvoormiddag in de Stiltetuin Aartsbischoppelijk Paleis in Mechelen met de de NIOSH Sound Level Meter App .
Een professionele decibelmeter wil je vast niet kopen. Maar dat hoeft helemaal niet.
Meet hoe luid de geluiden in je omgeving zijn met een app! Zet een dB-meter op je smartphone! (Bijvoorbeeld de NIOSH Sound Level Meter App die beschikbaar is voor iOS.)
Het audiogram
Het audiogram
Als je wil weten hoe goed (of slecht) iemand hoort, dan doe je een oortest. Het resultaat van zo'n oortest wordt vaak in een audiogram geplaatst. In het audiogram wordt genoteerd wat het zachtste geluid is dat iemand bij een bepaalde frequentie nog kan horen. (Ideaal is dus dat de waarden op 0 dB(A) staan bij alle geteste toonhoogten!)
Hiernaast vind je een audiogram genomen bij iemand die de hoge tonen niet meer goed hoort.
Deze persoon kan zowel links als rechts geen hoge tonen van 6000 Hz horen als die minder luid klinken dan 80 dB(A)!
Dit soort gehoorverlies komt voor bij oudere mensen maar ook als je gehoorschade hebt opgelopen door teveel lawaai.
Hoe luid is luid?
Hoe luid is luid?
Dit diagram geeft je een idee van de toonhoogte en de geluidsterkte van bekende geluiden.
Merk op dat gesproken medeklinkers vaak hogere en stillere tonen zijn. En dat gesproken klinkers vaak wat luider klinken en lagere tonen zijn. Dat is belangrijk om weten als je wil begrijpen wat impact van gehoorverlies betekent op het gebied van spraakherkenning
We gaan nogmaals naar het audiogram kijken.
Deze persoon kan dus zowel links als rechts moeilijk hoge tonen horen.
Dat wil in dit geval zeggen dat die persoon nog wel normaal gesproken klinkers kan horen maar absoluut geen medeklinkers meer zoals s, t of k.
Eigenlijk kan deze persoon niet meer op een normale manier gesproken taal verstaan, tenzij we heel hard gaan roepen.
Lawaai zorgt voor gehoorschade. Een lange blootstelling aan geluiden van 85 Hz kan uiteindelijk al tot hoorproblemen leiden.
En wat dacht je van de tuut in je oren (tinnitus of oorsuizen), waar Sean Dhondt al jaren last van heeft?
De risico's van draagbare muziekspelers voor je trommelvliezen waren al bekend in de jaren 1980. Toen verschenen de eerste walkmans. De mobiele toestellen van vandaag zijn veel krachtiger én dus gevaarlijker voor je oren. De klassieke oortelefoontjes versterken immers aanzienlijk het geluidssignaal. Bovendien zijn ze open, waardoor je vaak het volume moet verhogen om de omgevingsgeluiden niet te horen. Op die manier krijg je heel gemakkelijk een schadelijk geluidsniveau. Maar je kan er ook lang muziek mee luisteren. Op die manier neemt niet alleen de geluidssterkte, maar ook de luisterduur toe.
Daarom hebben smartphones, muziekspelers, tablets dus een (instelbare) volumebegrenzer.
On-ear headphones, of nóg beter over-ear headphones, houden omgevingsgeluiden veel beter tegen dan in-ear headphones. Zo hoef je je muziek minder luid te zetten en loop je minder kans op gehoorschade.
Dieren en geluid
Dieren en geluid
Het gehoor van dieren is vaak heel anders dan dat van de mens. Verschillende diersoorten hebben
een andere hoordrempel. Ze horen een toon beter of slechter dan wij.
een ander frequentiebereik. Ze horen hogere en/of lagere tonen.
Sommige dieren nemen de geluidstrillingen waar zonder daarvoor echte oren te hebben. Slangen voelen geluidstrillingen in de bodem met hun lichaam. Spinnen voelen geluidstrillingen met de haartjes op hun poten. Dolfijnen nemen de echo van hun klikgeluiden waar met hun onderkaak.
Hoortesten
Hoortesten
Toonaudiometrie
Toonaudiometrie
Via een hoofdtelefoon of blokje krijgt de patiënt tonen aangeboden bij verschillende frequenties (toonhoogten) en met verschillende sterkten. Sommigen hoort hij niet, anderen wel. Telkens wanneer hij het aangeboden geluidje hoort, geeft de patiënt dat aan.
Een dergelijke procedure levert een audiogram op. Dit is grafische voorstelling van de absolute gehoordrempel van een persoon als functie van de frequentie. De laagste geluidsterkte die nog net wordt gehoord, wordt als drempel genomen. Deze drempel wordt bepaald bij verschillende frequenties. Bij octaafaudiometrie gebeurt dit bij 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 en 8000 Hz.
Hier zie je een audiogram voor een persoon zonder gehoorverlies (de zwarte lijn) en een persoon mét een vorm van gehoorverlies (de rode lijn). De tweede persoon heeft vooral gehoorverlies bij de hoge tonen.
Een verlies in de hoge tonen zal leiden tot het niet meer goed kunnen waarnemen van de voor spraak zo belangrijke medeklinkers (m, n, b, s, t ...). Een verlies in de lage tonen tot het niet meer goed kunnen waarnemen van de klinkers.
Wanneer een spreker met een normaal volume spreekt ligt de gemiddelde intensiteit rond de 65 dB. Een deel van de spraak zal harder klinken, een deel zachter. In dit audiogram is met een blauwe banaan weergegeven bij welke frequenties en met welke intensiteit 'normale' spraak zich voordoet.
Differentïeren
Differentïeren
Toonaudiometrie kan je vertellen dat er iets mis is met het gehoor. Maar die test vertelt niet noodzakelijk op walke plaats er een probleem is. Daarvoor moet je een test hebben die differentieert.
Met de hoofdtelefoon wordt dan eerst de luchtgeleidingsdrempel bepaald. Gemeten wordt hoe goed de geluiden doorgegeven worden via de lucht in de gehoorgang naar het trommelvlies, de gehoorbeentjes, de vloeistof in de cochlea (het slakkenhuis) en vervolgens via de zenuwen naar de hersenen.
Met een vibratorblokje wordt de beengeleidingsdrempel gemeten. Het vibratorblokje brengt het bot van het hoofd in trilling, waardoor de trillingen direct worden overgebracht en bij de cochlea (het slakkenhuis) aankomen. De beengeleidingsdrempel zegt dus iets over het zogeheten perceptieve gedeelte van het gehoororgaan. Het gelijk liggen of juist verschillen van de lucht- en beengeleidingsdrempel zegt iets over het functioneren van het middenoor.
In dit audiogram is zowel de luchtgeleidingsdrempel (rood) uitgezet als de gevonden beengeleidingsdrempel (zwart). Deze patiënt heeft een middenoorontsteking waarbij er vocht achter het trommelvlies zit. De beengeleidingsdrempel in het audiogram is normaal, terwijl de luchtgeleidingsdrempel zo'n 30 dB bedraagt.
De beengeleidingsdrempel laat zien dat het perceptieve deel van het oor normaal werkt. De trilling die via het vibratorblokje op het bot wordt overgebracht, wordt direct getransporteerd naar de cochlea. De tonen die via de koptelefoon worden aangeboden, worden in hun weg belemmerd door het vocht dat zich achter het trommelvlies bevindt. Uit het audiogram is op te maken dat het middenoor niet goed functioneert. Er is hier sprake van een geleidingsverlies.
BERA, AABR, ALGO
BERA, AABR, ALGO
AABR = Automated Auditory Brainstem Response assessment
ALGO = de merknaam van een toestel van Natus® dat AABR uitvoert. In Vlaanderen gebruikt Kind & Gezin een dergelijk toestel om alle pasgeborenen op aangeboren gehoorafwijkingen te screenen. De ALGO-test voert dus een AABR assessment uit.
BERA = Brainstem Evoked Response Audiometry
Omwille van de ontwikkeling van communicatieve vaardigheden (waaronder taalverwerving) is het belangrijk om zo snel mogelijk vast te stellen of een kind goed hoort. Enkele weken na de geboorte wordt dan ook een gehoortest afgenomen. Probleem: een baby kan niet actief aangeven of hij iets hoort. Vandaar dus een methode die automatisch vaststelt of er mogelijk een probleem is.
De baby krijgt elektroden op de huid gekleefd, waaronder één in de nek ter hoogte van de hersenstam (Eng.: brainstem). Via luidsprekertjes krijgt de baby dan zachte klikgeluidjes, met een geluidsterkte van 35 dB, te horen. Het ALGO-toestel registreert hierop de veranderingen in de hersenactiviteit. Deze informatie wordt vergeleken met de signalen van een goed horende baby’s. Een test duurt een 10-tal minuten.
Het resultaat van de ALGO-test is ofwel een PASS ofwel een REFER. PASS betekent dat het gehoor van de baby goed is (met 99.98% zekerheid een goed gehoor). Bij een REFER is die zekerheid niet bereikt en wordt het onderzoek herhaald binnen de 48 uur. Wanneer er opnieuw een REFER gevonden wordt, wordt doorverwezen naar een gespecialiseerd referentiecentrum om met zekerheid te achterhalen of uit te sluiten dat er een gehoorprobleem is.
Analoog en digitaal
Analoog en digitaal
Met de naam ANALOOG signaal bedoelen we een stroom informatie die traploos is. Dat wil zeggen dat in het signaal geen sprongetjes hoeven te zitten. Het signaal kan alle waarden aannemen.
Met DIGITAAL bedoelen we een signaal dat sprongetjes moet maken. Het signaal kan alleen een aantal discrete waarden aannemen. En we schrijven het signaal uit in bits en bytes, de taal van de elektronica. Dit geeft de interessante mogelijkheid dat we het signaal kunnen bewerken met een computer.
Analoge geluidsopname
Analoge geluidsopname
Geluid laat een microfoon trillen.
De trilling van de microfoon zorgt voor een variërende elektrische stroom.
Die elektrische stroom laat een beiteltje trillen op een plaat zodat de trilling wordt overgebracht in een groef op die plaat. De vorm van de geluidsgolf is dus letterlijk in de plaat gedrukt. (In plaats van te beitelen kan je ook een band magnetiseren. Dan gebruik je een bandrecorder.)
Bij het afspelen beweegt een naald door de groef. Die gaat daardoor trillen. (Of je beweegt met een spoeltje langs de gemagnetiseerde band.)
De trillende naald gaat een variërende elektrische stroom opwekken.
De elektrische stroom laat het membraan van een luidspreker trillen. Je hebt weer geluid.
Digitale geluidsopname
Digitale geluidsopname
Geluid laat een microfoon trillen.
De trilling van de microfoon zorgt voor een variërende elektrische stroom.
Die elektrische stroom wordt “gelezen” door een analoog-digitaal converter. De AD converter maakt van de fysieke golf een reeks enen en nullen die worden opgeslagen op computergeheugen.
Bij het afspelen stuurt een computer de enen en nullen naar een digitaal-analoog converter. De DA converter geeft als output een variërende elektrische stroom.
De elektrische stroom laat het membraan van een luidspreker trillen. Je hebt weer geluid.
Digitaliseren van een signaal
Digitaliseren van een signaal
Een geluid bereikt een microfoon. Die maakt een elektrisch signaal dat een weergave is van de geluidstrilling.
(Eender welk signaal kan je digitaliseren. Een sensor geeft bijvoorbeeld ook een elektrisch signaal.)
De AD convertor meet met vaste regelmaat hoe sterk het signaal is en kent een digitale waarde toe.
In dit voorbeeld wordt gedigitaliseerd met een bemonsterfingsrequentie (sample rate) van 10 Hz (10 keer per seconde een meting) dus) en een resolutie (bit depth) van 3 bits. Dat geeft dus een bitrate van 30 bits per seconde.
De output van de AD convertor is een reeks enen en nullen. Die worden opgeslagen op een harde schijf, op een CD ... of ze worden verzonden via radiogolven, via een glasvezel kabel ...
De digitale informatie gaat tenslotte terug naar een DA convertor. Die vertaalt de enen en nullen naar een analoog elektrisch signaal.
Het analoge signaal gaat naar een luidspreker en je hebt opnieuw een geluid.
Het voorbeeld hier is uiteraard geen goede digitalisering. Dat komt omdat het uitgangssignaal geen goede benadering is van het ingangssignaal.
Geluidsopnames op een muziek-CD hebben wél een hoge kwaliteit:
bemonsteringsfrequentie (sample rate): 44,1 kHz
resolutie (bit depth): 16 bit
stereo (dit zijn dus 2 aparte tracks aan 44,1 kHz en 16 bit)
Hoorapparaten
Hoorapparaten
Hoorapparaten waren vroeger analoog en een alles- of-niets zaak. Alle geluiden werden versterkt, bv. ook die frequenties die een persoon nog wél goed kon horen.
Tegenwoordig zijn hoorapparaten digitaal en programmeerbaar. Zo wordt een hoorapparaat o.a. op basis van een audiogram aangepast aan de gebruiker. Zo’n hoorapparaat neemt het geluid op, digitaliseert het, bewerkt de digitale “golf”, en stuurt die naar een luidsprekertje dat in de gehoorgang zit.
Cochleaire Implantaten sturen het geluid zelfs naar een rij elektroden die de trilhaartjes van het slakkenhuis direct kunnen stimuleren.
Omdat ze digitaal zijn, waardoor een computer het geluid razndsnel kan bewerken, kunnen moderne hoorapparaten
welbepaalde frequenties versterken.
feedback effecten (hinderlijke fluittonen) tegengaan.
“interessante” geluiden herkennen en specifiek deze geluiden gaan versterken, waardoor de hinder van omgevingsgeluiden minder wordt.
spraak herkennen op basis van het geluidsspectrum en die spraak specifiek gaan versterken.
richtinggevoelig werken.
zelf geluiden genereren om te testen of het apparaat goed zit.
Luister zelf eens hoe je met een ONLINE EQUALIZER een stukje muziek kan veranderen. Met de equalizer kan je bepaalde frequentiegebieden versterken of verzwakken. Precies wat je nodig hebt voor mensen die gehoorproblemen hebben bij bepaalde toonhoogten!
Page updated
Report abuse