Algemene fysische gegevens

Om zich voort te planten hebben geluidgolven een medium nodig: een gas, een vloeistof of een vaste stof. Wanneer we een geluidbron in vacuüm plaatsen, horen we niets.

Bij golfverschijnselen is het nooit de materie die zich voortplant, maar wel de verstoring van de evenwichtstoestand. De deeltjes bewegen heen en weer rond een evenwichtspositie, terwijl het golffront zich verder beweegt. De schijnbare verplaatsing is een gevolg van het opeenvolgende karakter van de beweging van de materiedeeltjes. Op die manier ontstaan er plaatsen waar de geluiddruk p hoog is en naastliggende plaatsen waar de druk laag is.

De voortplanting van de geluidgolf gebeurt zuiver longitudinaal, dit wil zeggen in de richting van de verplaatsing van de luchtdeeltjes.
De voortplanting van een geluidgolf wordt meestal beschreven door de voortplanting van het golffront of door geluidstralen. Golffronten worden gevormd door het verbindingsoppervlak van alle aansluitende punten die in faze bewegen. Geluidstralen worden gevormd door de doorlopende lijnen die loodrecht staan op de golffronten.

De frequentie f is het aantal keren dat deze schommeling zich voordoet per seconde. De eenheid van frequentie is Hertz [Hz]. De periode T [s] is dan de tijd die nodig is voor 1 cyclus. Er geldt T=1/f.

De afstand die het geluid aflegt per seconde, noemen we de golfvoortplantingssnelheid c (m/s).

De verplaatsing x van de luchtdeeltjes in de x-richting wordt beschreven door de volgende vergelijking:

$\xi=A\cdot g(t-\frac{x}{c})$

g is een functie afhankelijk van de tijd t en de afstand x. A is de amplitude van de beweging. De amplitude is de maximale waarden van de uitwijking van de trillende deeltjes.

Voor zuiver harmonische bewegingen ziet het verband voor de deeltjessnelheid eruit als volgt: $\begin{eqnarray*}\xi\ &=&\ A\cdot cos(t-\frac{x}{c})\\&=&\ A\cdot cos(\omega t-kx)\end{eqnarray*}$ . w is de cirkelfrequentie ( w = 2pf ) en k het golfgetal ( k = w /c ). Uit deze vergelijking leiden we af dat op elke positie x de beweging in functie van de tijd harmonisch is. Op dezelfde manier zien we dat op elk tijdstip t de positie van de bewegende deeltjes een harmonisch verloop kent.
In het volgende luistervoorbeeld horen we een zuivere toon van 440 Hz. Het video'tje ernaast geeft bovenaan het drukverloop in functie van de afstand x, in het midden de deeltjessnelheid, voorgesteld door middel van pijltjes en onderaan de deeltjesbeweging.

Hz80.gif (164345 bytes)

We merken op dat daar waar de deeljtesdichtheid maximaal is, de druk het grootst wordt. Ter plaatse van een drukextremum staan de deeltjes stil. Links en rechts van dit extremum his de zin van de beweging van deeltjes tegengesteld.Voor een afstand l tussen de deeltjes waarvoor geldt dat $\lambda\ =\ \frac{c}{f}$ , zijn de waarden van x allemaal dezelfde. De deeltjes die zich op deze tussenafstand bevinden, bewegen in fase. l noemen we de golflengte.

Voor een ruissignaal is het verband tussen de druk en de tijd en de plaats niet meer zo eenvoudig. Het drukverloop ziet er dan eerder willekeurig uit.

geluiddruk