Wat is geluid? Zo werken geluidsgolven, frequentie en decibel

Muziek, een stem, een dichtslaande deur: we horen de hele dag geluid zonder erbij stil te staan. Maar wat is geluid eigenlijk? Kort gezegd: een trilling die zich als golf door de lucht verplaatst. Je oor vangt die trilling op en je hersenen maken er geluid van.

In dit artikel lees je hoe geluid ontstaat, wat frequentie en decibel betekenen, hoe snel geluid gaat en wat het verschil is tussen infrasoon en ultrasoon geluid.

Wat is geluid?

Volgens het woordenboek is geluid een trilling in de lucht die je met je oren waarneemt. Natuurkundigen kijken breder: voor hen is geluid elke drukgolf die zich door een stof verplaatst. Dat kan lucht zijn, maar ook water of een vaste stof, zoals een muur. En het hoeft niet hoorbaar te zijn. Ook geluid dat te laag of te hoog is voor ons oor, telt mee.

Wat de één hoort, hoort de ander dus niet. Een hond of vleermuis hoort tonen die voor ons onhoorbaar zijn. Voor die dieren is het gewoon geluid.

Hoe ontstaat geluid?

Geluid begint altijd met iets dat trilt: een gitaarsnaar, je stembanden of de conus van een speaker. Bij elke beweging naar voren duwt de bron de luchtdeeltjes ervoor samen. Daar wordt de luchtdruk even hoger, en dat heet een verdichting. Beweegt de bron terug, dan ontstaat er een plek met lagere druk: een verdunning.

De samengeduwde deeltjes geven hun duwtje door aan de deeltjes ernaast, en die weer aan de volgende. Zo verplaatst de trilling zich als een golf, terwijl de lucht zelf grotendeels op zijn plek blijft. Je kunt het vergelijken met een steentje in het water: de golfjes bewegen weg van de plek waar het steentje viel, maar het water gaat niet mee.

Hoe verder de golf zich verspreidt, hoe meer luchtdeeltjes de energie moeten delen. Daardoor wordt geluid zachter naarmate je verder van de bron staat, tot je het op een gegeven moment niet meer hoort.

En omdat geluid een stof nodig heeft om zich te verplaatsen, is er in de ruimte geen geluid. Botsen twee satellieten in het luchtledige, dan gebeurt dat in volledige stilte.

Hoe ziet een geluidsgolf eruit?

Geluid kun je niet zien, maar je kunt het wel tekenen. Zet je de luchtdruk op één plek uit tegen de tijd, dan krijg je een golf. De toppen zijn de verdichtingen, de dalen de verdunningen.

Twee eigenschappen van die golf bepalen wat je hoort: hoe vaak hij trilt, en hoe groot de drukverschillen zijn.

Frequentie: hoog of laag (Hz)

Het aantal trillingen per seconde heet de frequentie, en die meet je in hertz (Hz). Een golf die duizend keer per seconde heen en weer gaat, heeft een frequentie van 1.000 Hz. Hoe hoger de frequentie, hoe hoger de toon.

Frequentie en golflengte hangen samen: hoe hoger de toon, hoe korter de golf. Een lage toon van 20 Hz heeft in lucht een golflengte van ongeveer 17 meter, een hoge toon van 20.000 Hz nog geen 2 centimeter.

Een gezond menselijk oor hoort ongeveer van 20 tot 20.000 Hz. Dat verschilt per persoon. Met de jaren gaan vooral de hoge tonen achteruit, en dat geldt ook bij lawaaischade. Je oor is het gevoeligst voor middelhoge tonen, rond 1.000 tot 5.000 Hz. Daar zitten ook de klanken die spraak verstaanbaar maken.

Sterkte: hard of zacht (dB)

Hoe groot de drukverschillen in de golf zijn, heet de amplitude. Hoe groter de amplitude, hoe harder je het geluid hoort. Die geluidssterkte druk je uit in decibel (dB).

De decibelschaal is logaritmisch. Elke 10 dB erbij is tien keer zoveel geluidsenergie, en klinkt voor je oor ongeveer twee keer zo hard. Elke 3 dB erbij is al een verdubbeling van de energie. Een paar voorbeelden:

Vanaf ongeveer 80 dB kan geluid bij langdurige blootstelling je gehoor beschadigen, en boven de 100 dB gaat dat binnen minuten. Belangrijk om te weten: de pijngrens ligt veel hoger. Geluid kan je gehoor dus al beschadigen lang voordat het pijn doet. Hoe lang je veilig in welk geluid kunt staan, lees je in hoeveel decibel is schadelijk.

Hoe snel gaat geluid?

In lucht van 20 °C gaat geluid ongeveer 343 meter per seconde, ruim 1.200 kilometer per uur. Dat merk je bij onweer: je ziet de bliksem meteen, maar de donder komt later. Tel je de seconden en deel je die door drie, dan weet je ongeveer op hoeveel kilometer het onweer is.

Die snelheid is geen vaste waarde. In warme lucht gaat geluid sneller dan in koude: bij -40 °C is het ongeveer 306 meter per seconde, bij +40 °C zo’n 355. In vloeistoffen en vaste stoffen gaat geluid nog veel sneller, omdat de deeltjes dichter op elkaar zitten. In water is het ongeveer 1.480 meter per seconde, in staal rond de 5.900.

Geluidsgolven gedragen zich verder net als watergolven. Ze kunnen weerkaatsen tegen een muur, wat je hoort als echo of galm. Ze buigen om hoeken heen, waardoor je iemand om de hoek kunt horen praten. En twee golven kunnen elkaar versterken of juist uitdoven. Dat laatste gebruiken koptelefoons met noise cancelling: ze maken een tegengeluid dat het omgevingsgeluid opheft.

Infrasoon en ultrasoon geluid

Niet al het geluid is hoorbaar voor ons. Onder de 20 Hz spreken we van infrasoon geluid. Dat hoor je niet, maar bij een hoog niveau kun je de trillingen soms wel voelen, bijvoorbeeld bij zwaar verkeer of een grote bas. Olifanten gebruiken infrageluid om over grote afstanden met elkaar te communiceren, omdat lage tonen ver dragen.

Boven de 20.000 Hz heet het ultrasoon geluid. Vleermuizen en dolfijnen gebruiken het om zich te oriënteren en prooien op te sporen: ze zenden een geluid uit en luisteren naar de echo. Mensen gebruiken ultrasoon geluid ook, bijvoorbeeld bij een echo in het ziekenhuis en bij de tandarts om tandsteen te verwijderen. En met sonar meten schepen de afstand tot de zeebodem door een geluidspuls uit te zenden en de tijd tot de echo te meten.

Van geluidsgolf naar horen

Tussen de 20 en 20.000 Hz zit alles wat we horen: van een claxon tot een symfonie. Hoe je oor die trillingen opvangt en hoe je hersenen er geluid, spraak en muziek van maken, lees je in ons artikel over hoe het gehoor werkt.

Te veel geluid kan dat gehoor blijvend beschadigen. Wil je weten hoe je dat voorkomt? Lees dan onze tips om gehoorschade te voorkomen, of bekijk hoe oordoppen op maat het geluid dempen terwijl je alles blijft horen.