Vibrasie

Klanke en geluide is oral om ons. Van die nuutste popliedjie tot die gesprekke wat ons met ons vriende voer en die geluid van motors wat deur die spitsverkeer vleg. Maar hoe werk klank presies? Wat verander die beweging van molekules in die simfoniese klank van ’n orkes, ’n ketel wat fluit of ’n hond wat blaf?

Klank is ’n onsigbare vorm van energie. Saam met sig en reuk en ons vel se vermoë om temperatuur te voel, vertel ons gehoorsintuig ons wat buite ons liggame gebeur. Ons kan dinge hoor wat baie ver van ons af gebeur en selfs wat ons nie kan sien nie. Dink byvoorbeeld aan ’n leeu wat veraf brul of iemand wat om hulp roep.

Soorte vibrasie

Ons kan tussen twee soorte vibrasie onderskei, naamlik vrye vibrasie en gedwonge vibrasie.

Vrye vibrasie vind plaas wanneer vibrasie met ’n sekere krag begin word en vrylik kan vibreer of beweeg. Voorbeelde van hierdie soort vibrasie is om ’n kind op ’n swaai terug te trek en dan te laat gaan, om ’n kitaar se snaar te pluk, of om ’n stemvurk te slaan en te laat lui. Die meganiese stelsel (die swaai, stemvurk of snaar) sal dan teen ’n natuurlike frekwensie vibreer en geleidelik afneem.

Gedwonge vibrasie is wanneer ’n afwisselende krag of beweging op ’n meganiese stelsel toegepas word.

Voorbeelde van hierdie tipe vibrasie sluit in:

• ’n wasmasjien wat bewe of vibreer as gevolg van ’n wanbalans (die masjien staan dalk op ’n ongelyke oppervlak en as die wasgoed binne-in skommel en draai, laat dit die masjien skud of vibreer);
• vervoervibrasie (veroorsaak deur ’n kombinasie van byvoorbeeld ’n vragmotor se enjin, sy skokbrekers en die pad waarop hy ry); en
• vibrasie van byvoorbeeld ’n gebou tydens ’n aardbewing.

In gedwonge of geforseerde vibrasie is die frekwensie van die vibrasie die frekwensie van die krag of beweging wat toegepas word.

Hoe ontstaan klank?

Klanke ontstaan deur vibrasies. Sommige vibrasies of trillings is maklik om waar te neem. As jy byvoorbeeld ’n rekkie uitrek en laat terugskiet, kan jy sien hoe dit beweeg. Ander vibrasies kan nie so maklik gesien word nie, maar jy kan dit voel. Sit jou hand op jou keel en neurie ’n deuntjie. Kan jy die trillings voel? Dit is jou stembande wat vinnig heen en weer beweeg. Sonder vibrasies sou die wêreld tjoepstil wees (net soos die buitenste ruimte).

Hoe beweeg vibrasies en bereik ons ore? Die vibrasies wat klank skep of meebring, moet deur ’n medium beweeg, soos lug of water – of enigiets wat uit molekules (klein deeltjies of atome) bestaan.

Om klank te verstaan, is dit belangrik om te onthou dat lug nie net ’n leë ruimte is nie. Hoewel ons nie lug kan sien nie, kan jy dit voel en ons kan dit gebruik om borrels te blaas of ’n ballon vol te maak. Lug kan beweeg, vloei en ruimtes vul omdat dit uit onsigbare gasmolekules bestaan. Die molekules in die lug is los van mekaar, dryf rond en stamp aan mekaar. Lugmolekules dra die meeste geluide oor.

Hier is nog ’n voorbeeld: As jy ’n met ’n lepel teen ’n glas slaan, sal dit die glas laat vibreer. Terwyl die glas bewe of vibreer, druk of stoot dit die omliggende lugmolekules en laat dit beweeg. Met elke beweging vorentoe, beweeg die lugmolekules uitwaarts, stoot die ander lugmolekules en druk dit saam. Met elke terugwaartse beweging beweeg die molekules weer uitmekaar. Die vorentoe- en agtertoe vibrasie van die glas skep ’n kettingreaksie van molekules wat saamgedruk word en dan weer uitmekaar beweeg. Hierdie bewegende vibrasie word ’n klankgolf genoem.

Hoe kan ons klank hoor?

Klankgolwe beweeg teen ’n verstommende spoed deur die lug. In lug, byvoorbeeld, beweeg dit teen 343 meter per sekonde en in water teen 1 440 meter per sekonde, ¹ maar wat gebeur as dit ons ore bereik? Ons ore is só fyn dat dit inligting 1 000 keer vinniger as ons oë kan verwerk.

Ons ore is soos groot satellietskottels wat klank opvang. Die kronkelvormige tregters laat die klankgolwe deur die oorkanaal beweeg. Die klankgolwe rol teen die oordrom of trommelvlies vas, wat eintlik net soos ’n trom is. Jou oordrom vibreer en hierdie trilling word gestuur deur ’n reeks beentjies (die hamer, aambeeld en stiebeuel), wat die kleinste bene in die menslike liggaam is.

Die laaste klein beentjie (die stiebeuel) dra die vibrasie na ’n membraan oor wat die ovaal venster genoem word. En hier word dinge regtig interessant. Die ovaal venster is die venster na die binne-oor. As die ovaal venster vibreer, veroorsaak dit dat die vloeistof binne-in die spiraalvormige binneoor (koglea) vibreer.

Binne die koglea is daar 15 000 tot 20 000 mikroskopiese klankreseptore, wat haarselle genoem word. Die haarselle word op verskillende frekwensies “ingestel” en dié wat gestimuleer word, stuur ’n elektriese sein – ’n vorm van kode – na die brein. Die brein vertolk die seine en dit is hoe ons klank kan hoor.

Wat laat vibrasies se klank verskil?

Wat laat al hierdie vibrasies anders klink? Daar is ’n oneindige aantal klanke in die wêreld, maar daar is net drie hoofkomponente van klank: toonhoogte, volume en timbre.

Toonhoogte

Toonhoogte is die verskillende “note” soos dit deur mense en diere gehoor word. Die diep brul van ’n leeu het ’n lae toonhoogte en die piep van ’n muis het ’n hoë toonhoogte. Net so het elke noot op ’n klavier ’n ander toonhoogte.

Toonhoogte verskil danksy klankgolwe met korter of langer golflengtes. Hoe langer die golflengte is, hoe laer is die toonhoogte. Hoe korter die golflengte is, hoe hoër is die toonhoogte. Toonhoogte word gemeet aan die aantal golflengtes wat per sekonde deur die lug beweeg (frekwensie).

Die frekwensie van klankgolwe word gemeet in Hertz (afgekort as Hz). Mense kan klanke tussen 20 Hz en 20 000 Hz hoor. Soos wat mens ouer word, neem die vermoë af om hoër frekwensies te hoor en mense van hoë ouderdom kan tot in die omgewing van 10 000 Hz hoor. Enigiets onder 20 Hz word infrasonies genoem en hoër as 20 000 Hz word ultrasonies genoem.  Klank wat laer of hoër as die hoorbare spektrum is, kan die mens se ore bereik, maar ons is nie bewus van hierdie klanke nie. ²

Volume

Ons dink gewoonlik aan volume as hoe hard of sag ’n geluid of musiek is. Maar volume is eintlik ’n maatstaf vir die verandering in lugdruk wat deur ’n klankgolf veroorsaak word. Hoe groter die klankgolf is, hoe harder is die geluid of klank. Hoe kleiner die klankgolf is, hoe sagter is die geluid.

Volume word in desibel (afgekort as dB) gemeet. ’n Normale gesprek is ongeveer 60 dB. Enigiets wat harder as 120 desibel is, kan jou ore beskadig.

Timbre

Wat van timbre? (uitspr. tam’bre) Waarom klink ’n viool wat ’n musiekstuk speel heeltemal anders as ’n fluit wat presies dieselfde stuk musiek speel? Waarom het almal in die wêreld ’n ander stem, amper soos ’n vingerafdruk? Die antwoord is dat die meeste geluide nie uit een klankgolf bestaan ​​nie, maar uit baie. Hierdie klankgolwe kom saam (kombineer) om die kenmerkende klank van jou stem of unieke klank van verskillende musiekinstrumente te vorm. ³

Wat is ’n eggo?

Het jy al in ’n tonnel of ’n grot “hallo” geroep en ’n eggo van jou eie stem gehoor? Net soos ’n spieël lig weerkaats, is ’n eggo ’n weerkaatsing van klank. As ’n klankgolf deur die lug beweeg en ’n plat oppervlak (soos ’n muur) tref, word ’n deel van die energie van die klankgolf geabsorbeer of oorgedra en ’n deel van die energie sal weerkaats word sodat dit deur die lug terugbeweeg.

Eggo’s is ook baie nuttig vir diere. Baie vlermuissoorte gebruik eggo’s om kos te vind – ’n vaardigheid wat ekolokasie (eggo-oriëntasie) genoem word. Vlermuise maak vinnige hoë roep- of klikgeluide en luister dan of dié geluide van voorwerpe af terugbons. Vlermuise se ore en brein is só fyn ingestel dat hulle die eggo kan hoor wat terugkom van baie klein voorwerpe soos muskiete. ⁴

Ekolokasie by vlermuise en ander diere soos dolfyne is ’n vorm van natuurlike vibrasie of sonar. Sonar staan ​​vir “Sound Navigation and Ranging”.

Duikbote en vissersbote gebruik sonar om voorwerpe onder die water op te spoor. Sonartoerusting gee ultrasoniese klank af en meet hoe lank dit neem voordat die klank se eggo terugkom. Met dié inligting kan die sonartoerusting bereken hoe diep voorwerpe onder die water is en selfs watter vorm hulle het. ⁵

Lees hierdie artikels om nog meer te leer

• Wat is klank?
• Klank = vibrasie, vibrasie, vibrasie
• Oulike klankeksperimente vir kinders
• Volume van klank

Kyk na hierdie video’s om nog meer te leer

Hoe werk vibrasie?

Verstaan vibrasie met dié maklike eksperiment

Vibrasie en klank