Hoor! Hoor! Dis die wonder van klank
Dis die wonder van klank
Weet jy wat 'n geluid is? Belaglike vraag, sê jy. Maar weet jy rêrig? Weet jy werklik wat gebeur vandat 'n geluid gemaak is totdat dit jou oor bereik—en hoe jou oor dan die klank ontvang en jou brein dit interpreteer?
LMAL van ons wat kan hoor, weet wat klank is. Of só dink ons. Ons geniet byvoorbeeld sang of die sagte stem van 'n geliefde, maar ons kan ook moedeloos geïrriteerd raak met sekere plate op die radio!
Ons ken die geluide van die donderweer en van die welkome reën. Ons hoor die winterwind wat om die hoeke loei, die someraand se paddakore, die gedreun van die verkeer en die koergeluidjies van 'n babatjie.
Maar hoewel ons gedurig geluide rondom ons waarneem, is daar nogtans baie dinge omtrent die fenomeen van klank wat dikwels heeltemal by ons verbygaan. Om die waarheid te sê, dit lyk of die meeste mense nie juis omgee om ooit die rede te hoor waarom dinge soos melodieë en gerase vir hulle bestaan nie. Of miskien het baie van hulle net nog nooit dieper oor dié wonder nagedink nie.
Goed, ons weet klank, of geluid, is 'n fisiese beweging wat die gehoorsintuig stimuleer. En dat klank, as ons nie ore gehad het wat dit kon hoor nie, doodeenvoudig nie vir ons sou bestaan het nie. Trouens, net soos 'n stokblinde wat blind gebore is geen benul kan hê van sig of lig of van donkerte en kleure nie, sou die verskynsel van geluid vir ons 'n totaal ondeurgrondelike begrip gebly het.
Maar betreklik min mense besef dat die wonder daarin lê dat klank veroorsaak word deur voorwerpe wat tril of vibreer—dit wil sê vinnig heen en weer beweeg—en dat die geluid dan ons ore bereik deur middel van golwe in die lug. Hierdie golwe kan vergelyk word met die rimpels wat 'n mens waarneem rondom die plekke waar klippe wat in 'n dam gegooi is die water getref het
(foto HIERNAAS). Foto met vergunning van www.freeimages.co.uk
Die klankgolwe, soos die golfies in die water, beweeg buitentoe in steeds groter wordende sirkels. Hoe verder die klankgolwe moet beweeg, hoe swakker word hulle en hoe sagter word die klank.
'n Klankgolf beweeg in 'n gegewe rigting totdat 'n krag van buite of 'n voorwerp in die pad van sy beweging kom en dit weerkaarts. Geluid kan ook nie deur 'n lugleegte beweeg nie.
Maar klank beweeg wel deur gasse (soos in die lug) of deur vloeistowwe (soos water) en selfs deur vaste stowwe (soos yster en hout). Jy kan dus ook onder water hoor, en as jy jou oor op 'n lang stuk ysterpyp hou en iemand kap 'n ent van jou af op die pyp, kan jy dit baie duidelik waarneem.
Hoe klanke in die lug na ons toe aankom
WAT gebeur nou eintlik in die lug as klank daardeur beweeg? Stel vir jou die lug voor as 'n ontsaglike hoeveelheid piepklein deeltjies materie—deeltjies wat molekules genoem word. As 'n mens nou byvoorbeeld op 'n paraffienblik kap, duik die sy van die blik effens in en dan weer uit, sodat die lugdeeltjies teen die blik 'n vinnige stampie kry. Hierdie lugdeeltjies stamp op hul beurt teen lugdeeltjies wat verder lê en op dié manier—deur die stamp van deeltjie teen deeltjie—kom dit naderhand by ons ore uit wat dan ook 'n stampie op die oortrommel kry waardeur ons die geluid kan hoor.
Die baie verskillende klanke wat ons hoor, ook musiek, word só met trillings voortgeplant. Selfs wanneer iemand met jou praat, is daar vibrerende lugdeeltjies die hele pad van die spreker se mond af tot by jou oor.
Klanktrillings kan nogal stadig of besonder vinnig geskied. Die toonhoogte van 'n noot hang af van die aantal trillings per sekonde (frekwensie). As die frekwensie hoog is, is die noot hoog en as die frekwensie laag is, is die noot ook laag. Middel-C op die klavier tril 256 keer per sekonde.
Die gemiddelde mens kan slegs hoor wanneer trillings van tussen 15 en 20 000 hertz die binne-oor bereik. Die hertz is 'n eenheid van frekwensie wat gelyk staan aan een siklus per sekonde.
Klanke met frekwensies hoër as sowat 20 000 hertz, wat vir die mens onhoorbaar is, word ultrasoniese klanke genoem. Die wetenskap van ultrasoniese klanke word op baie gebiede in die fisika, skeikunde, tegnologie en geneeskunde toegepas. Ultrasoniese klanke word lank reeds in opsporings- en kommunikasietoerusting genaamd sonar gebruik.
Twee soorte golwe—en waar klankgolwe inpas
REGS: Daar word onderskei tussen longitudinale rn transversale golwe. Klankgolwe is longitudinaal.
ONS weet dus nou dat klank in golwe beweeg, soos die golwe in water wat miskien opgewek word deur 'n klip daarin te gooi of selfs deur die wind. Ons weet ook dat 'n golf soos 'n klankgolf nie deur 'n lugleegte kan beweeg nie. Daar is egter ook die sogenaamde elektromagnetiese golwe (soos radio-, lig- en infrarooi golwe) wat wel deur 'n vakuum kan beweeg.
Voorts het dit reeds geblyk dat golwe dinge is wat energie oordra, maar dat hulle nie materie oordra nie. Wanneer 'n golf dus deur 'n stof beweeg, sê nou maar deur lug, tril die molekules van die stof heen en weer, maar hulle beweeg nie vorentoe saam met die golf nie.
En daaruit volg die belangrike feit dat wetenskaplikes onderskei tussen golftipes wat op verskillende maniere beweeg—die sogenaamde longitudinale golf (lyngolf) en die transversale golf (dwarsgolf).
In 'n longitudinale golf beweeg die molekules heen en weer, ewewydig met die rigting waarin die golf voorstu. In 'n transversale golf beweeg die molekules ook heen en weer, maar reghoekig tot die rigting van die voortstuwende golf.
(In 'n elektromagnetiese golf is dit elektriese en magnetiese velde—pleks van molekules— wat heen en weer beweeg, want sulke golwe kan deur 'n vakuum beweeg waarin daar geen molekules is wat kan vibreer nie.)
'n Transversale golf het 'n aanhoudende op-en-af-beweging. Watergolwe en elektromagnetiese golwe is transversaal. 'n Longitudinale golf beweeg deur 'n reeks samepersings en verdunnings .
Klankgolwe is longitudinaal.
Die snelheid van klank
KLANK beweeg teen 'n bepaalde snelheid deur lug: nagenoeg 330 meter per sekonde, maar dit neem met sowat twee derdes van 'n meter toe vir elke 1 graad Celsius wat die temperatuur van die lug styg. Lig se snelheid is egter baie, baie vinniger: 299 792,5 kilometer per sekonde.
Wanneer 'n mens dus byvoorbeeld na 'n rugbywedstryd kyk, hoor jy die klank van 'n skop so 'n rukkie nadat die speler se voet die bal getref het. En tydens donderstorms sien 'n mens eers die weerligstraal en daarna hoor jy die donderslag.
Die verbasende Doppler-effek in die waarneming van klank
NOG 'n interessante beginsel in die klankwêreld is die sogenaamde Doppler-effek. Wanneer 'n trein na jou toe aankom, klink die toonhoogte van sy gefluit vir jou hoër as wanneer die trein van jou af wegbeweeg. Of dalk het jy onlangs 'n ambulans hoor verbykom. Onthou jy hoe die hoë "ieeee-ieeee-ieee" van die aankomende voertuig in 'n laer "whaaa-whaa-whaaa" verander het toe die ambulans van jou af wegry?
Hierdie beginsel is die eerste keer in 1842 deur die Oostenrykse wiskundige en fisikus Christian Johann Doppler (1803-53) beskryf. Die verandering in toonhoogte is doodeenvoudig die gevolg van 'n verandering in die frekwensie van die klankgolwe, soos in die volgende illustrasie geïllusteer word:
Dis nie toorkuns nie. Wanneer die ambulans na jou toe beweeg, word die klankgolwe van die sirene in die rigting van jou, die waarnemer, saamgedruk. Die afstande tussen die golwe verklein, wat 'n verhoging in die frekwensie of toonhoogte tot gevolg het. Sodra die ambulans wegry, word die klankgolwe relatief tot die waarnemer gerek, met die gevolglike verlaging in toonhoogte.
(Op 'n ietwat ander vlak vir diegene wat ook in die sterrekunde belang stel: die lyne in die spektrum van 'n ligtende voorwerp soos 'n ster word eweneens in die rigting van die violet verskuif indien die afstand tussen die ster en die aarde verklein en in die rigting van die rooi indien die afstand vergroot. Deur hierdie verskuiwing te meet, kan die relatiewe beweging van die aarde en die ster bereken word.)
Klank en die menslike oor
REGS: Klankgolwe gaan die oor binne en laat die oortrom vibreer. Gehoor-senuwees dra die klank-sensasies na die brein.
Illustrasie met vergunning van 3DScience.com
PRESIES hoe hoor ons dan klank? Die menslike oor het drie hoofdele: die buite-oor, middeloor en binne-oor.
Die buite-oor bestaan uit die oorskulp—die vlesige flap aan die kant van die kop wat klankgolwe versamel en in die kop inlei—en die oorkanaal, 'n deurgang na die middeloor.
Aan die einde van die kanaal is 'n oortrom, wat vibreer wanneer klankgolwe dit tref.
Die middeloor is 'n kamertjie agter die oortrom. Drie beentjies—hamer , aambeeld en stiebeuel—strek daaroor. Die buis van Eustachius verbind die middeloor met die agterkant van die neus. Dit hou die lugdruk aan weerskante van die oortrom dieselfde.
Vibrasies van die oortrom loop met die drie klein beentjies langs na die ovale venster, 'n membraantjie wat na die binne-oor lei.
Die binne-oor bestaan uit die halfsirkelkanale en 'n winding van buise wat die koglea genoem word. Drie met vloeistof gevulde buise kronkel deur die koglea. Die onderste deel van die middelste buis is uitgevoer met sensoriese haarselle wat die orgaan van Corti uitmaak—die eintlike hoororgaan.
Klankvibrasies veroorsaak golwe in die vloeistof en dit stimuleer die haarselle om boodskappe na die brein te stuur. Die brein vertolk hierdie boodskappe as klank.
Maar daar hou dit nog lank nie op nie. Een van die wonderbaarlik-hede van die brein is dat 'n mens byvoorbeeld klanke as't ware kan uitfiltreer wat jy nie wil hoor nie. Jy hoor inderdaad nog al die klanke om jou, maar stel jou brein op 'n spesifieke klankereeks in wat jou die meeste interesseer (of irriteer).
Gestel jy bevind jou in 'n kamer waar twee mense gelyk probeer om 'n gesprek met jou te voer, terwyl 'n derde voor 'n klavier sit en duidelik kliphard probeer om 'n klassieke komponis se mooiste werk te verfomfaai. Jy kan nou probeer sin maak uit die kakofonie deur jou ore "in te stel" op: