H8.2 B2GY Toonhoogte en frequentie

• Nask / Techniek
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 1

• Je schrift 
  
• Pen en potlood 
• Rekenmachine

Pak alvast:

Wat gaan we deze les doen?

1. Herhaling: H8.1  Geluid maken en horen                          (5 min)
2. Uitleg: H8.2 Toonhoogte en frequentie                            (30 min)
3. Zelfstandig: Opdrachten H8.2                                             (40 min)

Leerdoelen H8.1

..

Wat is geluid? 

• Geluid zijn trillingen
• Die trillingen worden gemaakt door een geluidsbron 

Hoe verplaatsen die trillingen zich? 

• Door een tussenstof
• Een tussenstof kan van alles zijn: metaal, water, rubber, helium...

Hoe verplaatsen trillingen zich door de tussenstof? 

• Door het trillen van een geluidsbron ontstaan drukverschillen in de tussenstof
• Die drukverschillen ontstaan doordat de moleculen de trillingen doorgeven

Wat is de snelheid van het geluid?

5100 m/s

1480 m/s

343 m/s

..

De geluidssnelheid

..

De geluidssnelheid

Het onweert. Je ziet een lichtflits en 5 seconde later hoor de de donder. 

Hoe ver is de afstand vanaf jou tot de blikseminslag?

..

Je kunt de drie factoren noemen die van invloed zijn op de hoogte van de toon die een snaar maakt

Snaarinstrumenten

1.

2.

3.

Demo gitaar

Maak aantekeningen!

Je kunt de drie factoren noemen die van invloed zijn op de hoogte van de toon die een snaar maakt

1. De dikte van de snaar: hoe dikker de snaar, hoe lager de toon;
2. De lengte van de snaar: hoe langer de snaar, hoe lager de toon; 
3. De spanning van de snaar; hoe lager de spanning, hoe lager de toon; 

Maak aantekeningen!

Snaarinstrumenten

Je kunt de drie factoren noemen die van invloed zijn op de hoogte van de toon die een snaar maakt

1. De dikte van de snaar: hoe dikker de snaar, hoe lager de toon;
2. De lengte van de snaar: hoe langer de snaar, hoe lager de toon; 
3. De spanning van de snaar; hoe lager de spanning, hoe lager de toon; 

Een snaarinstrument kan je stemmen door de snaren de juiste spanning te geven. 

Maak aantekeningen!

Snaarinstrumenten

Je kunt uitleggen wat de frequentie van een trilling is

Frequentie

• De frequentie is het aantal trillingen per seconde
• Frequentie wordt gemeten in de eenheid Hertz (Hz)
•     komt van het Latijnse frequens - talrijk, druk bezocht of herhaaldelijk

Maak aantekeningen!

Demo 6 - stemvorm met schrijfstift

f

Doel: laten zien hoe een trillende stemvork een geluidsspoor laat ontstaan.

Nodig: stemvork met schrijfstift, beroete glasplaat, overheadprojector.

Uitvoering: Leg de glasplaat met de beroete kant naar boven op de overheadprojector. Sla de stemvork aan en trek de schrijfstift voorzichtig over de beroete plaat. De leerlingen kunnen dan duidelijk zien, hoe het golfspoor ontstaat.

Je kunt uitleggen wat de frequentie van een trilling is

Frequentie

• De frequentie is het aantal trillingen per seconde
• Frequentie wordt gemeten in de eenheid Hertz (Hz)
•     komt van het Latijnse frequens - talrijk, druk bezocht of herhaaldelijk

Maak aantekeningen!

f

• Bij een frequentie van 100 Hz, bewegen de benen van een stemvork dus 100 keer per seconden heen en weer;

Doel: laten zien hoe een trillende stemvork een geluidsspoor laat ontstaan.

Nodig: stemvork met schrijfstift, beroete glasplaat, overheadprojector.

Uitvoering: Leg de glasplaat met de beroete kant naar boven op de overheadprojector. Sla de stemvork aan en trek de schrijfstift voorzichtig over de beroete plaat. De leerlingen kunnen dan duidelijk zien, hoe het golfspoor ontstaat.

Je kunt uitleggen wat de frequentie van een trilling is

Frequentie

• De frequentie is het aantal trillingen per seconde
• Frequentie wordt gemeten in de eenheid Hertz (Hz)
•     komt van het Latijnse frequens - talrijk, druk bezocht of herhaaldelijk

Maak aantekeningen!

f=​T​​1​​

f

• Bij een frequentie van 100 Hz, bewegen de benen van een stemvork dus 100 keer per seconden heen en weer;
•  Hoe hoger de frequentie -> hoe hoger de toon

Doel: laten zien hoe een trillende stemvork een geluidsspoor laat ontstaan.

Nodig: stemvork met schrijfstift, beroete glasplaat, overheadprojector.

Uitvoering: Leg de glasplaat met de beroete kant naar boven op de overheadprojector. Sla de stemvork aan en trek de schrijfstift voorzichtig over de beroete plaat. De leerlingen kunnen dan duidelijk zien, hoe het golfspoor ontstaat.

Je kunt uitleggen wat de frequentie van een trilling is

Frequentie

Je kunt uitleggen wat de frequentie van een trilling is

• De frequentie is het aantal trillingen per seconde
• Frequentie wordt gemeten in de eenheid Hertz (Hz)

• Bij een frequentie van 100 Hz, bewegen de benen van een stemvork dus 100 keer per seconden heen en weer;

Maak aantekeningen!

Demo 7 - oscilloscoop

Demo 7

Doel: demonstreren hoe geluidstrillingen onderzocht kunnen worden met behulp van een oscilloscoop.

Nodig: oscilloscoop, toongenerator, luidspreker, microfoon, stemvork op klankkast, hamertje, (diverse muziekinstrumenten).

Uitvoering:

– Sluit de toongenerator aan op de oscilloscoop. Stel de toongenerator in op 1 Hz. Stel de tijdbasis van de oscilloscoop in op 0,5 s/div. Op het scherm is dan duidelijk een trillend punt te zien.

– Leg uit dat de uitwijking van het punt bepaald wordt door de grootte van de spanning die de toongenerator levert. Doordat de spanning steeds verandert, beweegt het punt steeds op en neer.

Je kunt uitleggen wat de frequentie van een trilling is

Frequentie

Je kunt uitleggen wat de frequentie van een trilling is

• De frequentie is het aantal trillingen per seconde
• Frequentie wordt gemeten in de eenheid Hertz (Hz)

• Bij een frequentie van 100 Hz, bewegen de benen van een stemvork dus 100 keer per seconden heen en weer;
•  Hoe hoger de frequentie -> hoe hoger de toon

Maak aantekeningen!

Demo 7

Doel: demonstreren hoe geluidstrillingen onderzocht kunnen worden met behulp van een oscilloscoop.

Nodig: oscilloscoop, toongenerator, luidspreker, microfoon, stemvork op klankkast, hamertje, (diverse muziekinstrumenten).

Uitvoering:

– Sluit de toongenerator aan op de oscilloscoop. Stel de toongenerator in op 1 Hz. Stel de tijdbasis van de oscilloscoop in op 0,5 s/div. Op het scherm is dan duidelijk een trillend punt te zien.

– Leg uit dat de uitwijking van het punt bepaald wordt door de grootte van de spanning die de toongenerator levert. Doordat de spanning steeds verandert, beweegt het punt steeds op en neer.

academo.org

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Trillingstijd 

• Met een microfoon kan je drukveranderingen in de lucht meten
• Een oscilloscoop geeft dit signaal vervolgens weer op een scherm
• Tijdbasis: schaal horizontale as, bijvoorbeeld 1 ms/div: één vakje is één milliseconde breed
• De tijd die voor één volledige trilling nodig is, wordt de trillingstijd (T) genoemd. 

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Trillingstijd 

• Met een microfoon kan je drukveranderingen in de lucht meten
• Een oscilloscoop geeft dit signaal vervolgens weer op een scherm
• Tijdbasis: schaal horizontale as, bijvoorbeeld 1 ms/div: één vakje is één milliseconde breed
• De tijd die voor één volledige trilling nodig is, wordt de trillingstijd (T) genoemd. 

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Trillingstijd 

Bepaald de trillingstijd van de hoge toon in figuur 5

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Trillingstijd 

Bepaald de trillingstijd van de hoge toon in figuur 5

Gegevens:

Tijdbasis = 1 ms/div

1 trilling  = 2 vakjes

Gevraagd:

Trillingstijd = ?

Uitwerking:

1 trilling = 2 vakjes 

1 vakje = 1 ms

2 vakjes = 2 ms

Trillingstijd = 2 ms (0,002 s)

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Trillingstijd 

Bepaald de trillingstijd van de hoge toon in figuur 5

Gegevens:

Tijdbasis = 1 ms/div

1 trilling  = 2 vakjes

Gevraagd:

Trillingstijd = ?

Uitwerking:

1 trilling = 2 vakjes 

1 vakje = 1 ms

2 vakjes = 2 ms

Trillingstijd = 2 ms (0,002 s)

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Trillingstijd

Bepaald de trillingstijd van de hoge toon in figuur 5

Gegevens:

Tijdbasis = 1 ms/div

1 trilling  = 2 vakjes

Gevraagd:

Trillingstijd = ?

Uitwerking:

1 trilling = 2 vakjes 

1 vakje = 1 ms

2 vakjes = 2 ms

Trillingstijd = 2 ms (0,002 s)

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Trillingstijd 

Bepaald de trillingstijd van de hoge toon in figuur 5

Gegevens:

Tijdbasis = 1 ms/div

1 trilling  = 2 vakjes

Gevraagd:

Trillingstijd = ?

Uitwerking:

1 trilling = 2 vakjes 

1 vakje = 1 ms

2 vakjes = 2 ms

Trillingstijd = 2 ms (0,002 s)

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Trillingstijd 

Bepaald de trillingstijd van de hoge toon in figuur 5

Gegevens:

Tijdbasis = 1 ms/div

1 trilling  = 2 vakjes

Gevraagd:

Trillingstijd = ?

Uitwerking:

1 trilling = 2 vakjes 

1 vakje = 1 ms

2 vakjes = 2 ms

Trillingstijd = 2 ms (0,002 s)

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Trillingstijd 

Bepaald de trillingstijd van de hoge toon in figuur 5

Gegevens:

Tijdbasis = 1 ms/div

1 trilling  = 2 vakjes

Gevraagd:

Trillingstijd = ?

Uitwerking:

1 trilling = 2 vakjes 

1 vakje = 1 ms

2 vakjes = 2 ms

Trillingstijd = 2 ms (0,002 s)

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Trillingstijd 

Bepaald de trillingstijd van de hoge toon in figuur 5

Gegevens:

Tijdbasis = 1 ms/div

1 trilling  = 2 vakjes

Gevraagd:

Trillingstijd = ?

Uitwerking:

1 trilling = 2 vakjes 

1 vakje = 1 ms

2 vakjes = 2 ms

Trillingstijd = 2 ms (0,002 s)

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Trillingstijd en golflengte

• De tijd die voor één volledige trilling nodig is, wordt de trillingstijd (T) genoemd. 
• In één trillingstijd gaat de conus van een luidspreker één keer naar voren én naar achteren. 
• De lengte van een gebied met hogeren en lagere druk samen is de golflengte (λ)

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Trillingstijd en golflengte

• De tijd die voor één volledige trilling nodig is, wordt de trillingstijd (T) genoemd. 
• In één trillingstijd gaat de conus van een luidspreker één keer naar voren én naar achteren. 
• De lengte van een gebied met hogeren en lagere druk samen is de golflengte (λ)

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Frequentie

• Met de trillingstijd kan je de frequentie [Hz] berekenen
• Frequentie = aantal trillingen per seconde
• Als de trillingstijd 0,1 s is, dan gaan er 10 trillingen in 1 seconde. De frequentie = 10 Hz. 
• Oftewel: 

frequentie=​trillingstijd​​1​​

f=​T​​1​​

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Frequentie

Bereken de frequentie van de hoge toon in onderstaand figuur 

frequentie=​trillingstijd​​1​​

f=​T​​1​​

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Frequentie

Bereken de frequentie van de hoge toon in onderstaand figuur Gegevens:

T = 2 ms = 0,002 s

Gevraagd:

  = ?

Uitwerking:

f=​T​​1​​

frequentie=​trillingstijd​​1​​

f

f=​T​​1​​=​0,002​​1​​=500Hz

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Frequentie

Bereken de frequentie van de hoge toon in onderstaand figuur Gegevens:

T = 2 ms = 0,002 s

Gevraagd:

  = ?

Uitwerking:

f=​T​​1​​

frequentie=​trillingstijd​​1​​

f

f=​T​​1​​=​0,002​​1​​=500Hz

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Frequentie

Bereken de frequentie van de hoge toon in onderstaand figuur Gegevens:

T = 2 ms = 0,002 s

Gevraagd:

  = ?

Uitwerking:

f=​T​​1​​

frequentie=​trillingstijd​​1​​

f

f=​T​​1​​=​0,002​​1​​=500Hz

Je kunt berekeningen maken met trillingstijd en frequentie

Frequentie

Bereken de frequentie van de hoge toon in onderstaand figuur Gegevens:

T = 2 ms = 0,002 s

Gevraagd:

  = ?

Uitwerking:

f=​T​​1​​

frequentie=​trillingstijd​​1​​

f

f=​T​​1​​=​0,002​​1​​=500Hz

Je kunt het frequentiebereik noemen van het menselijk gehoor

Frequentiebereik van je gehoor

• De meeste mensen (van jullie leeftijd) horen tonen tussen de 20 en 20 000 Hz.
• Deze tonen liggen dus binnen het frequentiebereik van je gehoor.

Demo 9 - toongenerator 

Demo 9

Doel: het frequentiebereik van het menselijk gehoor bepalen.

Nodig: toongenerator, versterker, goede luidsprekerbox.

Uitvoering: Sluit de toongenerator via de versterker aan op de luidsprekerbox. Stel de toongenerator in op 10 000 Hz. Voer de frequentie langzaam op tot 25 000 à 30 000 Hz. Laat de leerlingen zelf de bovengrens van het frequentiebereik van hun gehoor bepalen.

Op een soortgelijke manier kun je ze ook de ondergrens van het frequentiebereik laten bepalen. Begin bij 100 Hz en maak de frequentie langzamerhand lager.

N.B. De waarde die de leerlingen zo vinden, is wel iets te hoog. Dat komt doordat de luidsprekerbox de benodigde lage tonen niet goed kan weergeven. Desgewenst kun je de toongenerator uit demo 8 gebruiken om de juiste tonen te genereren.

Je kunt het verschil uitleggen tussen ultrasoon en infrasoon geluid

Ultrasoon en infrasoon geluid

• Geluid met een frequentie groter dan 20 000 Hz wordt ultrasoon genoemd;
• Geluid met een frequentie kleiner dan 20 Hz wordt infrasoon genoemd;

Je kunt uitleggen hoe noise cancelling werkt

Noise cancelling

• Maakt gebruik van 'antigeluid'
• Koptelefoon maak een trilling die precies tegengesteld is
• Regelmatig geluid is makkelijker te dempen

Aan de slag

1. Herhaling: H8.1  Geluid maken en horen                          (10 min)
2. Uitleg: H8.2 Toonhoogte en frequentie                            (20 min)
   
3. Zelfstandig: H8.2 opdracht 1 t/m 13                                    (30 min)

Schrijf 3 dingen op die je deze les hebt geleerd.

Stel 1 vraag over iets dat je nog niet zo goed hebt begrepen.