Wat is geluid?
Vanuit natuurkundig oogpunt is geluid niets anders dan het trillen van lucht, dat in je oren wordt omgezet in zenuwsignalen die door de hersenen worden geïnterpreteerd.
De symfonieën van Mozart, de herrie van een boor of de kreet van een vleermuis – hoe je het geluid ervaart, wordt volledig bepaald in je binnenoor en hersenen.
Hoe ontstaat geluid?
Of je nu in je handen klapt, een liedje zingt, of een nummer afspeelt via een speaker, je zet de moleculen in de lucht in beweging en brengt geluidsgolven voort. De dichtheid van de moleculen (de luchtdruk) varieert, en dat bepaalt hoe het geluid wordt geregistreerd.
Hoe horen wij geluid?
Voor je oren geldt het principe vorm volgt functie – ze zijn 'ontworpen' om geluidsgolven op te vangen. De oren bestaan uit drie delen: het buitenoor, het middenoor en het binnenoor.
1. Buitenoor vangt het geluid op.
De geluidsgolven die je opvangt, bereiken het buitenoor, dat de golven door de gehoorgang naar het trommelvlies in het middenoor leidt.
2. Middenoor versterkt het geluid.
De geluidsgolven botsen op het trommelvlies, dat begint te trillen. De beweging activeert drie piepkleine botjes, die het geluid versterken en door een membraan naar het binnenoor sturen.
3. Binnenoor zet het geluid om.
Het binnenoor is gevuld met vloeistof, die door de geluidsgolven in beweging wordt gezet. Daardoor duwt de vloeistof tegen duizenden microscopische, gevoelige haarcellen. Deze creëren elektrische signalen, die door de hersenen – dankzij de auditieve cortex – worden herkend als geluiden.
Welke geluiden horen we?
Het oor kan slechts bepaalde geluiden opvangen. Welke dat zijn, hangt af van het aantal geluidsgolven per seconde ofwel de frequentie, die wordt uitgedrukt in hertz (Hz). De frequentie bepaalt de toonhoogte.
Gemiddeld kunnen we geluiden horen met een frequentie tussen 20 en 20.000 Hz, terwijl veel dieren geluiden met hogere frequenties (ultrageluid) kunnen horen. Geluid met een frequentie onder 20 Hz wordt infrageluid genoemd.
Hoe kun je geluid meten?
Geluid wordt op verschillende manieren gemeten, afhankelijk van de eigenschap waar het om gaat.
De toonhoogte wordt zoals gezegd gemeten door het aantal golven per seconde te registreren. Dit wordt uitgedrukt in hertz.
De geluidssterkte wordt gemeten in decibel (dB). De decibelschaal is logaritmisch: elke verhoging met 10 dB betekent een vergroting in vermogen met een factor 10. Als de geluidsdruk 10 keer zo groot is als bij 0 dB, is de geluidssterkte dus 10 dB. Is de geluidsdruk 100 keer zo groot, dan is de geluidssterkte 20 dB. Bij ongeveer 85 dB is het geluidsniveau zo hoog dat je gehoorbescherming nodig hebt. De pijngrens ligt bij circa 125 dB.
De snelheid van de moleculen in de lucht die de trillingen doorgeven wordt uitgedrukt in kilometer per uur, maar is afhankelijk van druk, luchtvochtigheid en vooral temperatuur.
Bij een normale luchtdruk aan het zeeoppervlak en een temperatuur van 15 graden Celsius beweegt geluid zich met een snelheid van 1225 km/h. In het water is geluid echter circa vier keer zo snel, en in vaste materie plant het geluid zich nog sneller voort.
De snelheid waarmee een voorwerp zich beweegt in verhouding tot het geluid, wordt uitgedrukt in mach. Het snelste vliegtuig ter wereld, de Lockheed SR-71 Blackbird, vloog met snelheden boven mach 3 – drie keer zo snel als het geluid.
Waar wordt geluid voor gebruikt?
Aangezien geluid een aanduiding is voor trillingen – of golven – in de lucht en dus een natuurkundige grootheid is, beïnvloedt het de omgeving op allerlei manieren. Vooral geluid waarvan de frequentie buiten het bereik van onze oren ligt, kent diverse toepassingen:
Dieren jagen met geluid
Sommige dieren gebruiken zeer hoge geluiden – ultrageluid dus – om te navigeren of op een prooi te jagen. Dat geldt bijvoorbeeld voor de vleermuis en voor tandwalvissen als de bruinvis en de dolfijn. Deze dieren maken gebruik van echolocatie: ze zenden ultrageluid uit en luisteren naar de echo ervan. De echo vertelt het dier wat het ultrageluid heeft geraakt en op welke afstand.
Sonar imiteert dieren
De mens heeft manieren gevonden om het onhoorbare geluid met een hoge frequentie te benutten. Bijvoorbeeld met sonartechniek, waarbij korte pulsen van ultrageluid worden uitgezonden onder water, waarna de weerkaatsing wordt opgevangen en geregistreerd.
Zo kunnen schepen de afstand tot de zeebodem bepalen of scholen vissen, onderzeeërs of scheepswrakken lokaliseren.
Ultrageluid vernietigt kanker
Ultrageluid kan ook in de medische wereld worden toegepast, omdat verschillende soorten weefsel het geluid op verschillende manieren weerkaatsen. Bij het maken van echo's wordt geluid gebruikt met frequenties van miljoenen hertz, waardoor het mogelijk is in inwendige organen te kijken.
De meeste zwangere vrouwen krijgen een echo om te controleren of de zwangerschap goed verloopt. Met moderne ultrageluidtechnieken kunnen er uiterst gedetailleerde 3D-foto's van de foetus worden gemaakt.
Ultrageluid kan ook worden gebruikt om bepaalde kankergezwellen te vernietigen.
Met ultrageluid gemaakte 3D-foto's geven artsen en aanstaande ouders een beeld van de ontwikkeling van de baby in de baarmoeder.
Infrageluid spoort explosies op
Ook infrageluid, met een heel lage frequentie, is onhoorbaar voor de mens. Maar als het geluid krachtig genoeg is, kun je het wel voelen. Sommige walvissen communiceren met behulp van infrageluid, en de lage geluiden kunnen ook worden gebruikt om aardbevingen in kaart te brengen en naar oliebronnen te zoeken.