Embedded Files
Horen & geluid
Horen & geluid
Elk trillend voorwerp kan een geluidsbron zijn. De geluidsbron 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. In lucht is een geluidsgolf een drukgolf [VISUALISEER], net als in een slinky.
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.
Als je spreekt, gaat ook je schedel meetrillen. Jij hoort dus niet alleen je eigen stem via de lucht maar ook rechtstreeks via beengeleiding. Daarom klinkt je stem voor jou anders wanneer je je eigen stem via een luidspreker hoort.
Verschillende geluiden
Verschillende geluiden
EXPERIMENT
Gebruik een TONE GENERATOR om een geluid te genereren met frequentie f = 200 Hz en dan een met f = 400 Hz. Verander het output volume niet!
Wat hoor je?
ANTWOORD
Als je de frequentie verhoogt, klinkt de toon hoger.
EXPERIMENT
Gebruik de VIRTUAL OSCILLOSCOPE om geluidstrillingen zichtbaar te maken.
Sla eerst een stemvork aan zonder gewichtjes erop, daarna een met gewichtjes erop. Als het geluid weerklinkt, vink je telkens Freeze Live Input aan zodat je de geluidstrilling die je maakt vastlegt.
Bepaal uit de grafieken de frequentie van de geluiden.
Wat valt je op?
ANTWOORD
De stemvork zonder gewichtjes klinkt hoger dan de stemvork mét gewichtjes.
De geluidsgolf van de stemvork zonder gewichtjes heeft de grootste frequentie.
De VIRTUAL OSCILLOSCOPE maakt geluidstrillingen zichtbaar.Zet de afregeling op 5 ms (Seconds / div) en op 2 V (Volts / div).
De FREQUENTIE (f) van een geluidsgolf bepaalt de TOONHOOGTE die wij horen.
Hoe groter de frequentie, hoe hoger het geluid.
De frequenties van enkele muzieknoten.
Wat valt je op bij muzieknoten die 1 octaaf van elkaar verwijderd zijn?
EXPERIMENT
Gebruik een TONE GENERATOR om een geluid te genereren met frequentie f = 400 Hz. Verander het output volume.
Welke fysische parameter van de golf heb je aangepast?
ANTWOORD
Je hebt de amplitude (A) aangepast.
Als je de amplitude van de trilling vergroot, klinkt de toon luider.
EXPERIMENT
Gebruik de VIRTUAL OSCILLOSCOPE om geluidstrillingen zichtbaar te maken.
Bekijk hoe de amplitude van de geluidsgolf verandert als de geluidssterkte verandert.
De VIRTUAL OSCILLOSCOPE maakt geluidstrillingen zichtbaar. Zet de afregeling op 5 ms (Seconds / div) en op 2 V (Volts / div).
De AMPLITUDE (A) van een geluidsgolf bepaalt de GELUIDSSTERKTE die wij horen.
Hoe groter de amplitude, hoe luider het geluid.
EXPERIMENT
Gebruik een TONE GENERATOR om een geluid te genereren met frequentie f = 400 Hz. Verander alleen de vorm van geluidsgolf (= de manier waarop de geluidsbron trilt).
Wat merk je op?
ANTWOORD
Als de geluidsbron anders trilt is de vorm van de geluidsgolf anders. Wij horen dan een andere toonklank.
EXPERIMENT
Gebruik de VIRTUAL OSCILLOSCOPE om geluidstrillingen zichtbaar te maken.
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.
Laa iemend anders hetzelfde doen en vergelijk het golfpatroon van jullie stemmen.
De VIRTUAL OSCILLOSCOPE maakt geluidstrillingen zichtbaar. Zet de afregeling op 5 ms (Seconds / div) en op 2 V (Volts / div).
De VORM van een geluidsgolf bepaalt de TOONKLANK die wij horen.
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.
Geluidsterkte in decibel SPL
Geluidsterkte in decibel SPL
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! We zouden geluidssterkte ook kunnen meten in pascal want het gaat over drukverschillen. 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 er in het geluid steekt.
Als basiswaarde voor de decibelschaal, dat is dus 0 dB, nemen we het kleinste drukverschil dat een gezond menselijk oor nog kan waarnemen: een drukverschil van 2 ∙ 10-5 pascal in de lucht bij een normale luchtdruk en temperatuur. Dit komt overeen met een geluidsintensiteit van 1,0 ∙ 10-12 W/m2
Als de intensiteit van het geluid 1 W/m2 overschrijdt, ervaren mensen pijn. DIt is de zgn. PIJNDREMPEL.
Tussen de pijndrempel en het zachtste geluid dat een mens kan horen zit een heel groot verschil in intensiteit: een factor 1012 ! Daarom hanteren we een logaritmische schaal: de decibelschaal.
EENHEID - DECIBEL (dB)
Geluidssterkte drukken we uit in DECIBEL (dB).
Omdat de geluidssterkte gemeten wordt door drukverschillen te bepalen, spreken we ook van decibel sound pressure level of dB SPL.
De geluidssterkte (L) in decibel vind je met deze formule:
met hierin:
de gehoordrempel, I0 = 10-12 W/m2
OEFENING
Bereken de intensiteit van een geluid van 0 dB.
OPLOSSING
Zet de formule om:
Vul dan de gegevens in:
L = 0 dB
I0 = 10-12 W/m2
Je vindt dan: I = 10-12 W/m2
OEFENING
Bereken de intensiteit van een geluid van 120 dB.
OPLOSSING
Zet de formule om:
Vul dan de gegevens in:
L = 120 dB
I0 = 10-12 W/m2
Je vindt dan: I = 1 W/m2
OEFENING
Als een geluid 10 dB sterker is, hoeveel groter is dan de intensiteit van dat geluid?
OPLOSSING
Zet de formule om:
Vul dan dit gegevens in:
L = 10 dB
Je vindt dan:
I/I0 = 10
De geluidsintensiteit is 10 keer groter.
Dit geldt uiteraard voor elke referentiewaarde I0.
10 dB erbij wil ALTIJD zeggen dat de intensiteit 10 keer groter is.
OEFENING
Tijdens Maanrock staat de PA-installatie op 40 m van het podium. Daar is de intensiteit van de geluidsgolf 0,0030 W/m². Hoe groot is dan de intensiteit van die geluidsgolf op 170 m van het podium?
OPLOSSING
Op 40 m van het podium:
r40 = 40 m
I40 = 0,0030 W/m²
Op 170 m van het podium:
r170 = 170 m
Dat is 170/40 = 4,25 keer verder.
Aangezien I ~ 1/r² is
Invullen en je vindt: I170 = 0,00017 W/m²
Gebruik nu de formule voor de decibel om de geluidssterkte (L) te bepalen met deze gegevens:
I0 = 10-12 W/m2
I40 = 0,0030 W/m²
I170 = 0,00017 W/m²
Je vindt:
L(40 m) = 95 dB
L(170 m) = 82 dB
EENHEID - DECIBEL (dB)
Geluidssterkte drukken we uit in DECIBEL (dB).
Elke verhoging met 10 dB betekent een vergroting van de intensiteit met een factor 10.
Omdat de geluidssterkte gemeten wordt door drukverschillen te bepalen, spreken we ook van decibel sound pressure level of dB SPL.
OEFENING
Hoeveel keer "sterker" is een geluid van 80 dB SPL in vergelijking met een geluid van 60 dB SPL?
ANTWOORD
Elke verhoging met 10 dB betekent 10 keer sterker. 20 dB erbij is dus 10 x 10 keer "sterker".
Een geluid van 80 dB is dus 100 keer "sterker" dan een geluid van 60 dB. De intensiteit (I) is 100 keer groter. Er zit elke seconde 100 keer meer energie in dat geluid dat je oor bereikt.
(Je kan het ook simpelweg berekenen door weer de formule voor de decibel te gebruiken.)
Geluidsterkte meten - dB(A)
Geluidsterkte meten - dB(A)
EXPERIMENT
Gebruik een TONE GENERATOR om geluid te maken met verschillende toonhoogten. Zet het volume van je computer goed luid en blijf er verder af gedurende het experiment.
Zet de schuifregelaar helemaal links en schuif hem langzaam naar rechts terwijl je goed luistert naar de toonSTERKTE!
Wat valt je op?
ANTWOORD
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 5000 Hz? En dat daarna de geluidssterkte 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 jonge mensen te testen, ontstond de grafiek hiernaast.
De laagste geluidsdruk waarbij een persoon een frequentie nog kan waarnemen, met andere woorden: het zachtste geluid dat een persoon kan horen, heet de gehoordrempel (ook wel waarnemingsdrempel genoemd).
De gemiddelde gehoordrempel van jonge gezonde mensen, zoals internationaal vastgelegd in ISO norm 226. De referentiewaarde is hier de luidheid van een toon met een geluidsdruk van 0 dB bij 2500 Hz.
De gevoeligeheid van het gehoor van een mens is afhankelijk van de frequentie van het geluid. Tonen rond de 4000 Hz kunnen de meeste mensen het best horen.
Het hoorbereik van de mens gaat (ongeveer) van 20 Hz tot 20 kHz.
Geluiden met een frequentie kleiner dan 20 Hz noemen we INFRAGELUID.
Geluiden met een frequentie groter dan 20 kHz noemen we ULTRAGELUID.
We hebben dus 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 bijvoorbeeld 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.
EENHEID - dB(A)
Geluidssterkte drukken we uit in dB(A).
De decibel A schaal is een gecorrigeerde schaal zodat de geluidssterkte die een mens (!) hoort kan worden uitgedrukt zonder rekening te moeten houden met de frequentie van het geluid.
Geluiden met eenzelfde dB(A)-waarde klinken voor een mens even luid.
OEFENING
Bekijk de grafiek over de gevoeligheid van het menselijk oor.
Als je een toon hoort met frequentie 50 Hz en geluidssterkte 40 dB SPL, hoe groot is dan de geluidssterkte van die toon als je hem uitdrukt in dB(A)?
ANTWOORD
In de grafiek met de gevoeligheid van het menselijk oor zie je dat voor een toon van 50 Hz ongeveer 40 dB SPL nodig is om hem hoorbaar te maken. Anders gezegd: een toon van 50 Hz en 40 dB SPL ligt op de gehoordrempel.
Een toon van 50 Hz en 40 dB SPL komt dus neer op een geluidssterkte van ... 0 dB(A).
FYSICA ONDERWEG
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.)
Hoeveel dB(A) meet je (ongeveer) op een rustige avond?
EXPERIMENT
We nemen een decibelmeter en meten de geluidssterkte van een normaal gesprek in dB(A). Hoe groot is die geluidssterkte?
ANTWOORD
Als alles goed gaat meten we een geluidssterkte van ongeveer 60 dB(A).
Een normaal gesprek heeft een geluidssterkte van ongeveer 60 dB(A).
OEFENING
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 wel of niet.
Is het écht mogelijk dat een hond een hondenfluitje hoort en jij niet?
ANTWOORD
Ja, dat kan! Een hond hoort hogere geluiden dan een mens. Als een hondenfluitje trilt met een eigenfrequentie die groter is dan 20 kHz, kunnen we het niet horen.
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. Perfect 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?
Onderstaand 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 voor 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?
Geluiden met een geluidssterkte van meer dan 85 dB(A) kunnen leiden tot gehoorschade.
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 nog beter over-ear headphones, houden omgevingsgeluiden beter tegen dan in-ear headphones. Zo hoef je je muziek minder luid te zetten en loop je minder kans op gehoorschade. Als je nóg meer veilig muziekplezier wil hebben, kies je voor headphones met active noise cancelling (ANC).
Page updated
Report abuse