Geluid en Geluidsapparatuur

Geluid en Geluidsapparatuur. Hoe functioneert een CD oftewel een compact disc en wat is het Red Book van Philips en Sony? Hoe bereikt het geluid je oren? Wat is een ultrasoon of hypersoon geluid, gehoordrempel, amplitude, hertz? Hoe werkt een grammofoonplaat of vinyl? Wie vond de radio uit en werd hierdoor een geluidssignaal begrip? Wanneer was er de eerste televisie, televisiedienst en het 1e tv toestel in de huis-kamer? Boeiende weetjes, vragen en antwoorden over geluid, medium en apparatuur

Geluid Apparatuur Communicatie

• Wie vond de radio uit?
  
• Wat is ultrasoon geluid?
  
• Hoe bereikt geluid je oren?
  
• Wat is decibel, hertz, gehoordrempel?
  
• Wat is een grammofoonplaat of vinyl?
  
• Wanneer was er voor het eerst televisie?
  
• Hoe functioneert een CD of compact disc?
  

Wie vond de radio uit?

Uitvinder radio. De radiogolven, die zowel radio- als televisieprogramma’ s naar onze huizen transporteren, werden in 1887 ontdekt door de Duitse geleerde Heinrich Hertz. In zijn naam, Hertz, worden deze signalen nu gemeten in hertz (Hz) genoemde eenheden (zie verder hieronder). In de jaren 1890 ontdekte de Italiaanse onderzoeker Guglielmo Marconi hoe radioboodschappen in de vorm van signalen, zoals morsetekens, uitgezonden konden worden. In 1901 zond hij op deze manier een boodschap over de Atlantische Oceaan. Spoedig daarna volgden de eerste radioprogramma’ s.

Wat is ultrasoon geluid of ultrageluid?

Ultrasoon geluid. Sommige geluiden kun je niet horen, ook al heb je een uitstekend gehoor. Ultrasone geluiden of ultrageluid is geluid met een dermate hoge frequentie (trillingsgetal), dat het menselijk oor dit niet kan horen.
Het ultrasone geluidsgebied heeft een range vanaf circa 20 kilohertz tot 500 megahertz. De gehoordrempel van een mens, hetgeen het geluidsniveau is dat de mens nog net kan horen (zie onder) is ongeveer tot 20 kHz, hoger is erg hoog voor het menselijk oor.

Vleermuizen. Er zijn wel dieren, zoals dolfijnen (die zelf ook ultrasoon geluid produceren), honden en ook bepaalde insecten die geluiden kunnen horen die niet hoorbaar zijn voor mensen. Dit komt doordat ze een veel lagere gehoordrempel bij hoge frequenties hebben. De kampioen met het beste gehoor voor ultrasoon geluid, is zonder enige twijfel de vleermuis. Vleermuizen brengen ultrasoon geluid voort waarmee ze zich in het donker kunnen oriënteren (met behulp van echolocatie) en zodoende ook hun prooi kunnen vangen.

Medische toepassing. Ultrasoon geluid kent vele toepassingen, zowel in de industrie als op medisch gebied. Een echo maken van het menselijk lichaam of van een embryo bij zwangerschap, werkt via ultrasoon geluid. Bij een echo dringt het ultrageluid, ultrasone detectoren, door in de zachtere weefselstructuren en wordt gereflecteerd aan harde weefsels (zoals botweefsel), waardoor de zachte delen zichtbaar worden gemaakt. Een echo kan tevens een aanvulling geven op een röntgenfoto (zie Licht Stralen - Straling).

Industriële toepassing. Vroeger, zo’n 30 jaar geleden, werkte de afstandsbediening van de tv op ultrageluid (tegenwoordig meestal met infrarood licht, zie hiervoor Licht Stralen - Straling). Ingenieurs maken soms gebruik van ultrasoon geluid om b.v. machineonderdelen te onderzoeken op mogelijke haarscheurtjes. De ultrageluidstechniek wordt ook toegepast om juwelen, lenzen, horloges en medisch instrumentarium te reinigen. Deze materialen worden dan ultrasoon gereinigd door onderdompeling in een vloeistof, waar ultrasone trillingen aan toegevoegd zijn. Een bekende tandheelkundige toepassing is ook het verwijderen van tandsteen d.m.v. ultrasone trilling.

Hoe bereikt geluid je oren?

Geluid Oor. Geluidstrillingen bewegen zich voort door de lucht en bereiken zo onze oren. Geluid plant zich ook voort door water en door vaste stoffen zoals staal en glas. Daarom kun je ook geluiden van buitenshuis horen. Geluid plant zich in trillingen c.q. golven voort. Als je praat, komen hierdoor luchtmoleculen in beweging, in trilling. Deze trillingen vormen geluidsgolven die zich door de lucht bewegen. Wanneer deze golven iemands oren bereiken, brengen ze diens trommelvliezen in trilling en de betrokkene hoort je dan praten.

Frequentie. Het aantal trillingen per seconde wordt de frequentie van de geluidstrillingen genoemd. Hoe groter (hoger) de frequentie, hoe hoger het geluid is. In je oor trilt het trommelvlies met dezelfde snelheid als de geluidstrillingen. De trillingen gaan door een gewonden buis, het zogenaamde slakkenhuis en vervolgens naar de hersenen. Het slakkenhuis (cochlea) is gevuld met vloeistof. In deze vloeistof bevinden zich trilhaartjes voor de waarneming van geluid. De hoogste tonen worden geregistreerd aan het begin van het slakkenhuis en de lagere tonen aan het eind van het slakkenhuis.

4000 Hz. De sterkte van een geluid dat wordt waargenomen, is niet in beide oren gelijk. Ook bereikt niet ieder geluid alletwee de oren tegelijk. De hersenen combineren de twee signalen van beide oren, waardoor de positie of richting van de geluidsbron gelokaliseerd kan worden. Geluiden rond de 4000 Hz (zie uitleg hieronder) zijn voor mensen het beste waar te nemen. Dit komt omdat de gehoorgang en de trommelvliezen van onze oren standaard c.q. van nature, hier het beste op afgestemd zijn (bij de mens met een gewoon gehoor of gemiddelde gehoorfunctie).

Wat is decibel, hertz, de gehoordrempel?

Decibel. Geluid ontstaat als de lucht op de één of andere manier wordt verstoord, zoals door een trillend object. Geluid bestaat uit golven. Een geluidsgolf heeft een lengte, de zogenaamde golflengte en een hoogte, die amplitude wordt genoemd.
De golflengte bepaalt de trillingsfrequentie, namelijk hoe hoger de trillingsfrequentie (hoe meer golven en hoe korter de golflengte), hoe hoger de toon is die je hoort.
De amplitude van een geluidsgolf bepaalt de luidheid c.q. volume van een klank en dit wordt weergegeven in decibel (of sone). Decibel kan ook omschreven worden als de intensiteit van geluidssignalen en wordt uitgedrukt met het symbool dB. Hele harde geluiden en lawaai worden door de mens als zeer onaangenaam ervaren, hetgeen zelfs pijn kan doen. Pijn treedt op vanaf circa 120 dB, hetgeen de pijgrens wordt genoemd.

Hertz. Geluid is een wisselende druk in lucht, die zich als een golf voortplant. Geluid is hoorbaar wanneer de snelle veranderingen van de druk tussen 20 en 20.000 keer per seconde voorkomen. Anders geformuleerd bij een frequentie tussen 20 Hz en 20 kHz. Hz staat voor hertz en is de eenheid voor frequentie van trillingen, kHz is kilohertz en MHz is Megahertz.
Gehoordrempel. De drukschommelingen bij geluid zijn zeer klein en om deze kleine drukverschillen te horen, is het oor ook heel gevoelig. Luider geluid wordt veroorzaakt door grotere wisselingen in de druk. Het menselijk oor is het meest gevoelig in het frequentiegebied van 1kHz tot 4kHz. Het zachtste geluid dat de gemiddelde mens kan horen, wordt de gehoordrempel genoemd en is dus de laagste geluidssterkte (geluidsniveau) die nodig is om een geluid te horen (waar te nemen).

Het oor van de mens kan dus alleen geluidstrillingen horen met een frequentie tussen circa 20 en 20.000 Hz. Ons gehoor neemt echter bij het ouder worden af en gaat met name in het horen van hoge tonen achteruit, de bovengrens wordt dan bij de meeste mensen circa 15.000 Hz. De onderste gehoorgrens, dus de laagste geluidssterkte die nodig is om een geluid te horen, ligt bij de gemiddelde mens bij circa 20 Hz. Lager geluid c.q. lagere frequenties dan 20 Hz worden infrasone trillingen genoemd; deze kunnen door het menselijk oor niet gehoord worden, maar zijn soms wel voelbaar. Hoger geluid c.q. hogere frequenties (boven de gehoorgrens) worden aangeduid met ultrasoon geluid (zie boven) en hypersoon geluid (frequentie boven de 800 MHz).

Wat is een grammofoonplaat of vinyl?

Vinyl. Een grammofoonplaat, ook wel plaat of LP (langspeelplaat) genoemd, was voor de komst van de cd het meest populaire geluidsmedium. Ze worden tegenwoordig niet meer in grote aantallen geproduceerd. Wel worden ze de laatste tijd weer gebruikt, vooral door dj’ s in discotheken, daar met een plaat gemanipuleerd kan worden, met verschillende effecten (o.a. scratchen). Ook wordt sommige muziek, met name underground muziek op grammofoonplaat uitgebracht. Tegenwoordig worden grammofoonplaten aangeduid met Vinyl. Er is een groep muziekliefhebbers die (fanatiek) trouw blijven aan het vinyl, daar dit volgens hen een ‘human factor’ i.c. warmer geluid geeft i.t.t. cd geluid, hetgeen door hen als killer en een mechanischer geluid ervaren wordt.

Een grammofoonplaat is een ronde schijf met twee groeven (meestal 1 aan beide kanten, dus een groef per kant). De groef is als spiraal in het oppervlak van de grammofoonplaat uitgesneden (gegroefd). Op deze groef is geluidsinformatie opgenomen in de vorm van kleine zijdelingse afwijkingen. Dit veroorzaakt uitslagen naar links en rechts, die door de naald worden afgetast op de ronddraaiende plaat. Deze mechanische naalduitslagen worden via een gevoelige bewegingsdetector, ook wel element genoemd, omgezet in een elektrische impuls c.q. signaal. Wanneer je dit signaal versterkt, hoor je dit als geluid oftewel muziek.
Voor stereofonisch geluid, wordt in elke wand van de groef een iets ander geluid ingesneden, zodat er twee signalen zijn. Het ene signaal belandt in de linkse luidspreker en het andere signaal in de rechtse. Een grammofoonplaat of vinyl wordt gedraaid op een platenspeler, voorheen beter bekend als pick-up, daarvoor als grammofoon en nog vroeger, in de allereerste fase van zijn bestaan: fonograaf (zie Edison in Wetenschap - Uitvindingen). Midden in de plaat zit een gaatje om hem vast te leggen op de platenspeler en er omheen zit een label, waarop de inhoud van de plaat tekstueel wordt weergegeven. De grammofoonplaat werd in de 19e eeuw ontwikkeld door Emil Berliner (1858 -1929). Voor zijn tijd maakte men gebruik van cilinders als geluidsmedium c.q. geluidsdrager (zoals o.a. wasrollen).

Wanneer was er voor het eerst televisie?

Eerste televisie. De eerste openbare televisiedienst die met het systeem van elektronenbuizen werkte om beeld te krijgen was in Duitsland, in 1935. Mensen hadden in die tijd echter geen eigen televisietoestel in hun bezit en moesten naar speciale kijkzalen gaan om de tv programma’ s te kunnen zien.
Het eerste land dat in 1936 begon met een televisie die je thuis kon bekijken, was Engeland. Er waren destijds circa 100 huistoestellen, waarmee de door de televisiedienst uitgezonden programma’ s bekeken konden worden.

Hoe functioneert een CD of compact disc?

CD. Een cd of compact disc (compacte schijf) is een optische schijf, die in eerste instantie voor de opslag van muziek werd gebruikt en was de vervanger van de LP of grammofoonplaat, tegenwoordig vinyl genoemd (zie boven). In 1982 werd de cd door Sony in Japan geïntroduceerd. In 1983 introduceerde Philips de cd in Nederland en verder in Europa en Amerika.
De schijven worden gemaakt van kunststof met een spiraalvormige groef (van max. 5,4 km lengte), waarbij de digitale informatie in een soort putjesvorm (gaatjes) is geperst. De cd wordt aan de putjeskant spiegelend gemaakt door het aanbrengen van een laagje aluminium. De spiegelende kant van de schijf wordt beschermd door een laklaag waarop een label gedrukt kan worden.

Laser Digitaal. In het oppervlak van de cd schijf zitten miljoenen minieme gaatjes. Deze gaatjes vormen patronen die eigenlijk codegetallen zijn. Als de schijf wordt afgespeeld, zorgen de gaatjes dat een laserstraal in een cd- speler heel snel aan en uit flitsen en zodoende lichtsignalen voortbrengen. Het lezen van de gaatjes gebeurt met een laser (zie voor meer informatie over laser Licht Stralen - Straling). De cd wordt van binnenuit naar buiten afgelezen in een spiraalspoor van gaatjes (putjes). Een computersysteem zet dan deze lichtsignalen in het bijbehorende geluid om. Deze in Nederland door Philips ontwikkelde methode wordt digitaal opnemen en weergeven genoemd, daar er gebruik wordt gemaakt van codegetallen.

Red Book Philips Sony. Er is door Philips en Sony voor muziek cd’ s een standaard vastgelegd, Red Book geheten, welke verschillende voorschriften en voorwaarden bevat. Zo schrijft het Red Book voor dat er maximaal 74 minuten aan geluid op een cd staat, de frequentie 44,1 kHz bedraagt en de resolutie16 bit is.
Hoewel de cd in eerste instantie gepresenteerd werd als onverwoestbaar materiaal, zonder kwaliteitsverlies van opgeslagen gegevens of data, is deze toch kwetsbaarder dan men in het begin dacht. Dit voornamelijk daar de cd-tjes hun aluminium laagje zouden verliezen op den duur (ook wel cd-rot genoemd). Tevens is gebleken dat cd’s door fel licht, zonlicht of door hoge temperaturen hun gegevens kunnen verliezen of data beschadigd raken. Het is raadzaam om cd’s te bewaren op een donkere plek in een ruimte met een constante temperatuur om de kwaliteit te behouden en de levensduur te vergroten.
Verder nog een saillant detail over de cd. Er zijn twee verschillende versies c.q. verhalen die te maken hebben met de cd in relatie tot de Nederlandse identiteit (Philips). Het verhaal gaat dat het gaatje middenin het cd-tje precies de maat is waar ons oude dubbeltje in past (niets anders) en dat dit bewust door Philips is gedaan om de Nederlandse invloed te kenmerken. De tweede variant zegt dat de diameter van de cd exact dezelfde is als van een Heineken bierviltje. Is dit waar? Of is er een praktische reden voor deze maten?

CD rom. Buiten bovengenoemde cd' s zijn er ook cd-rom’s (rom staat voor 'read only memory') die in computers gebruikt worden. Op een cd-rom die gebruikt wordt als opslagmedium voor computers, past 650 MB aan gegevens, hoewel er ook grotere opslagformaten zijn. Tegenwoordig is de gehanteerde standaard 700 MB, waarop 80 minuten muziek past. Tevens zijn er cd's en cd-rom’s verkrijgbaar met een capaciteit van 800 MB en 870 MB voor respectievelijk 90 en 99 minuten muziek. Deze zijn echter niet zo geliefd, daar ze op veel afspeelapparatuur problemen kunnen geven.

Lees verder

• Theater Film TV Weetjes
• Muziek & Muziekinstrument
• Wetenschapweetjes
• Elektriciteit en energie (stroom)
• De Oude Wereld - Klassieke Oudheid