Overal NaSk 5e ed - Hoofdstuk 8 - Geluid oefentoetsen & antwoorden

Geluid komt uit een geluidsbron. Een geluidsbron is een voorwerp dat geluid maakt. Geluid is een trilling, een beweging rond de ruststand.   De toon noemen we ook wel de frequentie. Hiermee geven we aan hoe hoog geluid klinkt.   Een microfoon is een ontvanger. Met het begrip ontvanger bedoelen we het voorwerp die het geluid waarneemt. Een voorbeeld van een natuurlijke ontvanger is het oor, een kunstmatig voorbeeld is de microfoon. Een microfoon zet een geluidsignaal om in een electrisch signaal. Dit signaal kan opgenomen of versterkt worden.   Een ander woord voor voortplaningssnelheid is geluidssnelheid. Deze is bij 20 graden Celcius ongeveer 343 m/s.   Met echolocatie kun je de afstand tussen twee voorwerpen bepalen, of een beeld creëren. Dit laatste doen vleermuizen en dolfijnen; deze dieren navigeren door geluid te maken en te luisteren hoe lang het duurt voordat ze het geluid terug horen.   In een trillingsgrafiek zie je een triling. Deze trilling herhaalt zich steeds. Een trillingsgrafiek is een grafiek van de uitwijking van de trilling tegen de tijd. Een trilling is een golfbeweging; je neemt een uitwijking rondom de evenwichtstoestand waar.   Een trilling kan je weergeven als een golf. Een golfbeweging kan dus wiskundig omschreven worden; je zet de golfbeweging uit tegen de tijd. De trillingstijd is de tijdsduur van één volledige trilling. TOELICHTING: Het aantal trillingen per seconde noem je de frequentie. De frequentie geef je weer in de eenheid Hertz. De trillingstijd is de reciproque van de frequentie, oftewel T = 1/f . Omgekeerd kun je dus met de trillingstijd ook de frequentie berekenen, oftewel f = 1/T  . De frequentie is het aantal trillingen per seconde. Ook hier geldt dat een golfbeweging wiskundig kan worden beschreven. Wiskundig kan je de frequentie dus berekenen als f = 1/T en geef je weer in de eenheid Hertz (Hz) .   Voorbeelden zijn een gitaar, de harp, een piano. Kenmerkend is dat deze instrumenten snaren hebben. De toon van zo’n snaar kun je aanpassen door de spanning, de dikte of de lengte te veranderen; een dunne korte strak gespannen snaar klinkt veel hoger dan een slap gespannen, dikke, lange snaar.   Hoe dieper in het slakkenhuis, hoe lager de geregistreerde toon TOELICHTING: gehoor komt via de gehoorschelp je gehoorgang in . De trilling van de lucht wordt door het trommelvlies via de gehoorbeentjes doorgegeven aan het slakkenhuis. In het slakkenhuis bevindt zich vloeistof. Het geluid plant zich in deze vloeistof voort en legt de weg in spiraalvorm af. Lage tonen kunnen dieper door deze spiraalvorm doordringen dan hoge tonen. De verschillende delen van het slakkenhuis zijn via de zenuwen met de hersenen verbonden.   Het frequentiebereik is het deel van het gehoor waar je gevoelig voor bent om te kunnen horen. Het frequentiebereik van mensen ligt tussen de 20 Hz en de 20.000 Hz. Afhankelijk van je leeftijd en de blootstelling aan bepaald geluid in je leven veranderen deze grenzen; hoe ouder je wordt, hoe slechter je hoge tonen kunt horen. Frequenties onder de 20 Hz noem je infrasoon of subsoon, frequenties boven de 20.000 Hz noem je ultrasoon.   Het geluidsniveau oftewel de geluidssterkte meten we in decibel (dB). Een laag geluidsniveau betekent een zacht geluid, een hoog geluidsniveau betekent een hard geluid. Ja, door elke tussenstof kan een geluidstrilling worden doorgegeven.    De golflengte is de afstand die een golf in 1 trilling aflegt. Praktisch betekent dit het volgende: de golflengte is de afstand van het hogedrukgebied en het lagedrukgebied van een geluidsgolf samen. Deze geluidsgolf verspreidt zich namelijk over een bepaalde afstand. Hoe lager de toon is, hoe groter de golflengte (dus een hoge toon heeft een korte golflengte). De golflengte kun je zowel meten als berekenen. De golflengte korten we af met het symbool λ . a) Mensen kunnen horen in het frequentiebereik van 20 Hz tot 20.000 Hzb) De frequentie van 24.000 Hz ligt buiten het frequentiebereik van het menselijk gehoor, maar wel in het frequentiebereik van het gehoor van je hond. Je hond kan deze fluittoon dus wel waarnemen en jij niet.c) Het menselijk gehoor is het gevoeligst voor een frequentie van 4000 Hz. Bij deze frequentie kun je het meeste en het minste aantal decibel horen. Dit geldt niet voor geluid bij een frequentie van 20 Hz of 20.000 Hz. Deze tonen kun je bij een beperkt aantal decibel niet waarnemen. De volgende noot A hoor je bij 440 Hz. Bij elke verdubbeling van een frequentie van een bepaalde toon, hoor je deze toon weer maar wel een octaaf hoger.  De daaropvolgende A ligt dus bij 880 Hz en de volgende bij 1760 Hz.   Het begrip stembereik beschrijft alle tonen van je stem. Dit verschilt van persoon tot persoon: mannen hebben vaak een lagere stem dan vrouwen. De laagst gemeten frequentie bij een man is 80 Hz, bij vrouwen is het hoogste bereik 1100 Hz. Dit noemen we ook wel klankkleur. a) Als het aantal geluidsbronnen 2 x zo groot wordt, neemt de geluidssterkte met 3 dB toe.b) Als de afstand tussen jezelf en een puntvormige geluidsbron verdubbelt, neemt de geluidssterkte die jij waarneemt met 6 dB af. a)Gegeven: T = 0,02 sGevraagd: f = ?Formule: f = 1/TBerekening: f = 1/0,02sAntwoord: f = 50 HzConclusie: De frequentie is 50 Hzb) Op de x-as moet de grootheid tijd met de eenheid seconden staan, de x-as moet getrokken worden en ook de y-as moet getekend worden. De eenheid bij de y-as kan in dB gegeven worden. Vaak tekenen we deze as zonder eenheid! a) De oranje trilling heeft een hogere frequentie. Je kunt namelijk in figuur 2 zien dat deze 2x heeft bewogen in de tijd dat de blauwe golf maar 1x bewogen heeft. De oranje toon trilt dus vaker, dus heeft een hogere frequentie.b) Omdat de oranje trilling een hogere frequentie heeft dan de blauwe trilling, heeft de oranje trilling dus een hogere toon dan de blauwe trilling.c) Ja, de amplitude van beide golfen is gelijk; beide golven zijn even hoog. Het enige verschil tussen beide golfen is de frequentie.d)Gegeven: f = 100 HzGevraagd: T = ?Formule: T = 1/fBerekening: T = 1/100T = 0,01 sT = 10 ms (1 s = 1000 ms !)Conclusie: De trillingstijd is 10 ms a) Ja, de frequentie van beide tonen is even groot. Dit kun je zien omdat beide golven in hetzelfde punt beginnen en in hetzelfde punt eindigen. De toonhoogte is voor beide golfen even groot.b) De oranje golf klinkt harder dan de blauwe golf: de amplitude (oftewel de hoogte van de golf) is hoger voor de oranje golf dan de blauwe golf.c) Je zult niets zien op de oscilloscoop. In het vacuüm kunnen geen geluidstrillingen worden doorgegeven: er is daar geen tussenstof. Dit zijn de tijdsduur van blootstelling aan het geluid en het volume van het geluid (oftewel de geluidssterkte).   Je kunt verschillende maatregelen nemen bij de geluidsbron, bij de ontvanger en het medium.  Gegeven: t = 0,3 s, v = 343 m/s (Let op: in alle gevallen moet je er vanuit gaan dat de tussen stof lucht is, tenzij je in de vraag iets anders wordt gezegd!) Gevraagd: s = ? Formule: s = t*v Berekening: s = 0,3 s * 343 m/s s = 102,9 m Conclusie: De afstand tussen jou als toeschouwer en de speler is 102,9 m.  LET OP: je hebt een controlemogelijkheid in deze berekening als je alles goed invult. Als je de tijd keer de snelheid doet, schrijf je als eenheid ((m*s)/s ) Iets gedeeld door hetzelfde is 1. Er staat dan ((m*1)/1), ofwel (m/1), dus m! a)Gegeven: v = 1480 m/s, t = 0,012 sGevraagd: s = ?Formule: s = t * vBerekening: s = 0,012 s * 1480 m/sAntwoord: s = 17,76 mConclusie: Je bent op een afstand van 17,76 m van dit steentje verwijderdb) Gegeven: s= 17,76 m, v = 1510 m/sGevraagd: t = ?Formule: s = t * v ; t = s / vBerekening: t = 17,76 m / 1510 m/st = 0,0118 sConclusie: Je hoort de tik iets eerder, want 0,0118 s < 0,012 s. Dit scheelt echter heel erg weinig. Toch gaat geluid sneller in zeewater dan in normaal water en dit kun je dus zien door het verschil van 0,0002 s. a) Volgens de gegevens uit tabel 2 kun je maximaal 0,25 uur, dus één kwartier oftewel 15 minuten luisteren naar de mp3 speler op een maximum volume van 98 dB zonder dat er gehoorschade optreedt. LET OP: in 0,25 uur zitten 15 minuten. Een kwartier is een kwart uur.b) Je zou, gebaseerd op het verloop uit tabel 2 kunnen herleiden dat je 0,06125 uur naar een volume van 104 dB kunnen luisteren zonder dat er gehoorschade optreedt. Je kunt namelijk waarnemen dat bij elke toename van 3 dB de maximale tijd om naar dit volume te luisteren halveert.c) Dit zou, gebaseerd op de gegevens een volume van 80 dB zijn.d) Gegeven: s = 3 km; s = 3000 m, v = 343 m/s Gevraagd: t = ? Formule: v = t * s; t = s / v Berekening: t = 3000 m / 343 m/s t = 8,75 s Conclusie: Je hoort de donder 8,75 s na de blikseminslag.   We adviseren om bomen, een geluidswal of een geluidscherm te plaatsen langs het spoor. Zowel bomen als een geluidswal zijn van zachte materialen gemaakt en adsorberen het hinderlijke geluid dat ontstaat door de trein die over het spoor rijdt. Een geluidsscherm zou een optie kunnen zijn omdat deze het geluid van de passerende trein weerkaatst; hier kunnen dan wel andere mensen last van hebben. Op deze manier verminderen we de geluidhinder in de tussenstof. Het betreft echter geen duurzame oplossing. Daarnaast adviseren we om bij de bron het spoor te vervangen voor nieuwere rails die gladder is zodat bij contact minder geluidshinder optreedt. Daarnaast komen we met het klemmende advies om de hoeveelheid treinen na 22h00 te verminderen zodat er geen geluidhinder kan ontstaan. Hier is sprake van een duurzame oplossing, omdat de geluidsoverlast bij de bron wordt aangepakt. Als laatste adviseren we om bij de ontvanger dubbel glas en isolatie te plaatsen in de woningen. Bij ernstige mate van overlast kan ook besloten worden om oordoppen te verstrekken. Hiermee kan bij de ontvanger de geluidshinder worden bestreden. Dit is geen duurzame oplossing, omdat de overlastbron blijft bestaan.