Geluid ontstaat door drukverschillen in de lucht. Deze drukverschillen bereiken je oor en brengen daar je trommelvlies in beweging. Nadat signalen naar de hersenen zijn gestuurd hoor je het geluid.
Wanneer je deze drukverschillen in een grafiek zet, krijg je een sinusachtige grafiek. Een toon van slechts één frequentie ziet er nog uit als een mooie, perfect regelmatige sinus.
De frequentie van geluid hangt af van de golflengte λ = v/f. De snelheid vgeluid door lucht van kamertemperatuur is 343 m/s. Daarom hangt de frequentie dus van de golflengte af, hoe groter de golflengte, hoe lager de frequentie en hoe kleiner de golflengte hoe hoger de frequentie. Voor een toon met een frequentie van 440Hz (waar alle instrumenten op afgestemd zijn bij onze proeven) heb je dus een golflengte van λ = 343 / 440 = 0,78 m.
Mensen kunnen frequenties tussen de 20Hz en 20kHz horen. Dit betekent dus dat we geluid van golflengtes tussen de λ = 343/20 = 17,15m en λ = 343/20.000 = 0,01715m = 1,72cm horen.
Krijg je te maken met complexere geluiden, zoals de menselijke stem of een muziekinstrument, dan wordt de sinusgrafiek gecompliceerder. Dit is een grafiek van het geluid van een gitaar:
De grafiek wordt ingewikkelder omdat een gitaar meer dan één frequentie voortbrengt: de zogenaamde boventonen. Alle frequenties die een gitaar voortbrengt zorgen voor de unieke klank van de gitaar. Ieder instrument heeft namelijk zijn eigen, unieke frequentiespectrum. De frequenties die voorkomen zijn ongeveer hetzelfde, namelijk een veelvoud van de grondtoon, wat echter heel erg verschilt per instrument is de sterkte van deze verschillende frequenties.
Transversaal, longitudinaal, lopend en staand
Er zijn verschillende soorten golven, transversaal en longitudinaal. Daarnaast kunnen golven ook nog staand of lopend zijn.
Een longitudinale golf is een golf waarin de uitwijking in de voortplantingsrichting van de golf plaatsvindt. Een goed voorbeeld van een longitudinale golf is een veer waarvan je het uiteinde naar voren en achter beweegt, hierdoor duw je de veer samen en trekt hem daarna weer uit elkaar.
Een transversale golf is een golf waarvan de uitwijking loodrecht staat op de voortplantingsrichting van de golf. Een goed voorbeeld van een transversale golf is een trillende gitaarsnaar.
Golven kunnen naast longitudinaal of transversaal ook lopend of staand zijn. Een staande golf is een golf die ontstaat als je bijvoorbeeld een touw dat aan twee uiteinden vast zit in trilling brengt. Voorwaarde voor het ontstaan van een staande golf is dat de halve golflengte een geheel aantal keer past in de lengte van het touw. Door interferentie zal er dan een staande golf ontstaan. Bij n=1 gaat er één keer de halve golflengte in het touw, dit is de grondtoon. N=2 is de eerste boventoon, hier gaat twee keer de halve golflengte in het touw. N=3 is de tweede boventoon, hier gaat drie keer de halve golflengte in het touw.
Een lopende golf is een golf die ontstaat als je bijvoorbeeld een los touw heen en weer beweegt aan een uiteinde. Hierbij zal deze beweging zich door het touw voortplanten. In tegenstelling tot een staande golf gelden voor een lopende golf geen beperkingen van golflengtes, er is immers geen sprake van interferentie omdat de golf nergens weerkaatst wordt.