What we see is not things themselves, but the light they reflect.
Richard Feynman
Het getik van voetstappen op houten vloerplanken. Het grommen van een auto ergens op straat. Het verre gedreun van een vliegtuig hoog in de lucht.
Elk van deze dingen is een geluid. Een geluid waarvan je de bron niet ziet, maar dat je onmiddellijk herkent. Misschien, zoals bij het vliegtuig, is het een geluid dat letterlijk kilometers verderop wordt geproduceerd. Of misschien, zoals de voetstappen van je buurman in de woning boven je, is het een geluid dat ontstaat door iets heel alledaags en toevalligs.
Zelfs wanneer je een glas water op tafel zet, ontstaat er een geluid. Als je aan je hoofd krabt, hoor je dat. En als je op een toetsenbord typt, worden er ook verschillende soorten golven van geluid opgewekt.
Geluid is letterlijk overal. Het is bijna onmogelijk om eraan te ontsnappen. De hele wereld lijkt voortdurend te trillen door allerlei geluiden en verstoringen: vogels, regen, stemmen van mensen, de wind. We worden constant omringd door geluid golven, zowel door geluiden die we horen als door geluidsgolven die buiten ons gehoorbereik blijven.
Maar wat is geluid eigenlijk? Wat gebeurt er precies wanneer je iets kunt horen? En hoe komt dat geluid, soms over enorme afstanden, uiteindelijk in je oor terecht?
Dat zijn de vragen die we hier gaan bespreken. Daarnaast kijken we ook naar het iets spectaculairder klinkende fenomeen ultrasound, ook wel ultrasoon geluid genoemd, en de vele toepassingen daarvan.
Laten we beginnen.
Geluid kan zich sneller voortplanten door vaste stoffen dan door lucht, omdat de deeltjes daar dichter op elkaar zitten.
Wat is geluid?
Wat is geluid vanuit natuurkundig perspectief? Geluid is een type golfbeweging, een verstoring in een medium die energie overdraagt. Wil je meer weten over golven in het algemeen, dan kun je ook onze artikelen over golfeigenschappen en over transversale en longitudinale golven raadplegen.
Geluidsgolven zijn een vorm van longitudinale golven. Dat betekent dat de manier waarop zij het materiaal waarin ze zich voortplanten verstoren, parallel loopt aan de richting waarin de energie zich verplaatst. Transversale golven daarentegen veroorzaken verplaatsingen die loodrecht staan op de richting van de energieoverdracht.
Stel je dat vliegtuig in de lucht voor. Ook al is het ver weg, je kunt het horen. Dat komt doordat de motor trillingen veroorzaakt die energie in alle richtingen verspreiden. Omdat die energie onderweg nauwelijks weerstand ontmoet, kunnen de geluidsgolven helemaal tot aan je oor reizen.
Dat is in essentie wat een geluidsgolf is: energiebewegingen die ervoor zorgen dat luchtdeeltjes gaan trillen. Toch gaan we hier nog wat dieper op in.
Meer over de aard van golven en hun eigenschappen, of over de betekenis van lichtreflectie, lees je in onze andere artikelen.
Wat is een geluidsbron?
Een geluidsbron is de plek waar het geluid ontstaat. Dat kan het pulserende membraan van een luidspreker zijn, de stembanden in je keel, of het mechanische draaien en schuren van een machine. Al deze plekken zijn bronnen van geluidsgolven die zich vervolgens door een medium voortplanten.
Hoe dit precies werkt, hangt af van de aard van de bron. Bij een luidspreker wordt elektrische energie omgezet in trillingen van de luidsprekerconus. Die trillingen zorgen ervoor dat de omliggende luchtdeeltjes ook gaan trillen. Bij menselijke spraak veroorzaakt lucht die door de keel stroomt trillingen in de stembanden, die op hun beurt weer trillingen in de omringende lucht veroorzaken.
Zoals je ziet begint elk geluid met trillingen. Een specifieke vorm van energie wordt omgezet in bewegingsenergie. Zodra die trilling eenmaal is ontstaan, kunnen de geluid golven zich via verschillende media verspreiden naar je oren.
Lees ook meer over longitudinale en transversale golven.
Hoe bewegen geluidsgolven zich voort?
Wanneer een geluidsbron trilt, laat deze alles in de omgeving meetrillen. De geluidsenergie plant zich vanuit de bron voort in de vorm van afwisselende verdichtingen en verdunningen, ook wel compressies en rarefacties genoemd.
Een geluidsgolf is een mechanische golf. Dat betekent dat er altijd een medium nodig is waar de golf doorheen kan reizen. Geluid kan zich niet voortplanten in een vacuüm, omdat het de trilling van atomen of moleculen nodig heeft om energie over te dragen. Daarom verplaatst geluid zich met verschillende snelheden, afhankelijk van het medium waarin het zich voortplant.
In lucht reist geluid met een snelheid van ongeveer 330 meter per seconde. Dit noemen we de geluidssnelheid. Lucht is echter het medium waarin geluid het langzaamst reist, omdat gasmoleculen relatief ver uit elkaar staan.
In vaste stoffen reizen geluidsgolven veel sneller dan in vloeistoffen en gassen. Ter vergelijking: in aluminium bedraagt de snelheid van geluid ongeveer 6320 meter per seconde. Dat is bijna twintig keer zo snel als in lucht. Je merkt dit zelf wanneer je je oor tegen een tafel legt en iemand erop klopt. Het geluid klinkt dan veel luider dan wanneer je rechtop zit.
Dat komt doordat de moleculen in vaste stoffen dichter op elkaar zitten, waardoor de energie van de geluidsgolf efficiënter van het ene molecuul op het andere wordt doorgegeven.
Medium
- Lucht
- Water
- Aluminium
Geluidssnelheid
- ± 330 m/s
- ± 1.480 m/s
- ± 6.320 m/s
Echo’s
Wanneer geluid een overgang tussen twee verschillende media bereikt, kan een deel van dat geluid worden teruggekaatst. Dit verschijnsel noemen we een echo.
Als je bijvoorbeeld in een tunnel schreeuwt, reist het geluid eerst door de lucht. Zodra het de vaste tunnelwand raakt, wordt een deel van de geluidsgolven weerkaatst en keert het terug naar je oren.
Wil je hier meer over weten, dan kun je ons artikel over reflectie en refractie lezen.
Wat bepaalt toonhoogte en klank?
We weten nu wat geluid is: een trilling in een medium. Maar waarom horen we verschillende tonen, volumes en klanken?
Geluidsgolven zijn niet allemaal hetzelfde. Er bestaat een enorm spectrum aan geluidsgolven met verschillende groottes en snelheden. Zo is er echt verschil aan te merken in soort golven.
De frequentie van een geluidsgolf geeft aan hoe vaak de golf per seconde oscilleert. Hoe hoger de frequentie, hoe hoger de toon die we waarnemen.
De amplitude beschrijft de grootte van de trilling. Hoe groter de amplitude, hoe meer energie de geluidsgolf bevat en hoe luider het geluid klinkt.
En wat is klank?
Toch verklaart frequentie en amplitude niet alles. Een gitaar klinkt anders dan een piano, zelfs wanneer ze dezelfde toon spelen. Ook jouw stem klinkt anders dan die van iemand anders.
Dat komt doordat een geluidsbron niet één enkele geluidsgolf produceert, maar een combinatie van meerdere geluidsgolven met verschillende frequenties en amplitudes. Die specifieke combinatie bepaalt de klankkleur van het geluid.
Wanneer je een gitaarsnaar aanslaat, ontstaan er meerdere geluidsgolven tegelijk. Het samenspel daarvan zorgt voor het karakteristieke geluid van dat instrument.
Wat is ultrasound en ultrasoon geluid?
Ultrasound, ook wel ultrasoon geluid genoemd, klinkt misschien heel anders dan normaal geluid, maar fysisch gezien zijn ze hetzelfde. Het verschil zit uitsluitend in de frequentie.
Het menselijk gehoor kan geluidsgolven waarnemen met frequenties tussen ongeveer 20 hertz en 20.000 hertz. Ultrasound bestaat uit geluidsgolven met een frequentie boven de 20.000 hertz. Dat betekent dat we deze geluidsgolven niet kunnen horen.
Er bestaat zelfs meer ultrasound dan hoorbaar geluid. Alleen omdat wij mensen deze hoge frequenties niet kunnen waarnemen, maken we er een aparte categorie van.
Voor meer verdieping in de natuurkundige principes achter geluid en ultrasound kan begeleiding door een natuurkunde- en wiskundedocent nuttig zijn.
Je hoort je eigen stem anders dan anderen, omdat geluidsgolven via je schedel direct je binnenoor bereiken.
Waarvoor gebruiken we ultrasound en hoe werkt het?
De bekendste toepassing van ultrasound is medische beeldvorming, zoals echo’s van ongeboren baby’s. Deze techniek maakt gebruik van reflectie van geluidsgolven.
Het menselijk lichaam bestaat uit verschillende materialen, zoals vet, spierweefsel en bot. Elk van deze materialen heeft andere eigenschappen.
Een ultrasoon apparaat zendt geluidsgolven uit en vangt de teruggekaatste geluidsgolven weer op. Wanneer een geluidsgolf een overgang bereikt tussen twee soorten weefsel, bijvoorbeeld tussen vet en spier, wordt een deel van het geluid gereflecteerd. Hetzelfde gebeurt bij de overgang van spier naar bot.
Door al deze weerkaatste geluidsgolven te analyseren, kan een computer een beeld samenstellen van wat zich in het lichaam bevindt. Zo maakt ultrasound het mogelijk om structuren zichtbaar te maken zonder schadelijke straling te gebruiken.
Waar kom jij geluidsgolven het meest bewust tegen?
Samenvatten met AI
Vond je dit artikel leuk? Laat een beoordeling achter!
Laden...
