Je hebt het misschien weleens meegemaakt, dat je de fanfare hoorde aankomen ruim voordat je de band kon zien? Daarbij hoorde je dan vooral de trommels en de bastonen van de band, voordat ze uiteindelijk om de hoek in het zicht kwamen en je van hun volledige instrumentenspectrum kon genieten. Lagere tonen reizen ogenschijnlijk verder dan hogere tonen, maar hoe zit dat nu eigenlijk precies? In onderstaand artikel legt Dutchcowboys het je uit!
Het onderscheid tussen lagere en hogere tonen bestaat feitelijk uit het verschil in de frequentie van het geluid. De frequentie van het geluid is hierbij het aantal luchttrillingen per seconde weergegeven als hertz. Mensen kunnen over het algemeen geluiden horen tussen 20 en 20.000 hertz (Hz). Infrasound – met het voorvoegsel ‘infra’ in het Latijn staande voor ‘onder’ – houdt geluid in met een toonhoogte onder de menselijke gehoordrempel van 20 trillingen per seconde.
Periodieke trillingen kunnen over het algemeen worden gerepresenteerd door een sinusoïdale golffunctie. Met name voor geluidstrillingen is het echter praktischer om ze voor te stellen als periodieke afwisselingen van verdichtingen en verdunningen van de lucht, zoals weergegeven in onderstaande afbeelding. Een dergelijke voorstelling maakt het eenvoudiger om ze intuïtief te benaderen. Dat wil zeggen zonder gebruik te maken van ontoegankelijke algebra of ingewikkelde geometrische vergelijkingen.
Het gebruik van lagere tonen in de natuur is wijd verspreid. Diersoorten die over relatieve afstanden communiceren, gebruiken daarvoor bij voorkeur lagere tonen om deze te kunnen overbruggen. Walvissen, olifanten, neushoorns en nijlpaarden gebruiken zelfs – het voor mensen volstrekt onhoorbare – infrasound teneinde nog grotere afstanden te kunnen overbruggen. Daarnaast kunnen olifanten in hun voortdurende zoektocht naar water de typische infrasound van onweersbuien in de nabijheid van de Intertropische convergentiezone van vele honderden kilometers afstand lokaliseren.
Natuurlijke processen die gepaard gaan met grote massaverplaatsingen en/of hoog energetische processen, zoals aardbevingen, zeegangen, watervallen, stormen of onweersbuien, produceren vaak als bijproduct infrasound. Sommige organismen zijn geëvolueerd hierop in te spelen qua migratieroute en/of gedrag.
De mensheid maakt gebruik van de ver(der)dragendheid van lagere tonen in onder meer misthoorns en alarmsignalen.
Omdat geluid zich in principe radiaal verplaatst (d.w.z. in een bolvorm) neemt de geluidsenergie (het volume) doorgaans omgekeerd evenredig af met de kwadratische afstand tot de bron. Dit principe geldt voor alle toonhoogten eender. Daarnaast bestaat er een tweetal mechanismen waardoor de geluidsenergie afhankelijk van het frequentiebereik al dan niet sterker afneemt.
Je kunt je goed voorstellen dat periodieke verdichtingen en verdunningen met een hogere frequentie voor meer onderlinge wrijving tussen de luchtmoleculen per afgelegde meter zorgen. Of anders geformuleerd, dat lucht die met een hogere geluidsfrequentie trilt meer onderlinge wrijving tussen de luchtmoleculen per afgelegde meter ondervindt. Hetgeen tot gevolg heeft dat hogere geluidsfrequenties structureel meer energie per afgelegde meter verliezen dan lagere geluidsfrequenties. Het gevolg is dat lagere geluidsfrequenties verder dragen dan hogere geluidsfrequenties.
Hiernaast bestaat er nog een secundair mechanisme dat ervoor zorgt dat lagere geluidsfrequenties doorgaans minder energie per afgelegde meter verliezen en dus over het algemeen verder dragen. Dit betreft de eigentrilling van objecten. Dat is de frequentie waarbij objecten optimaal resoneren met een van buitenaf opgelegde frequentie. Hierdoor is de energieopname uit de van buitenaf opgelegde trilling maximaal.
Lichtere objecten bezitten doorgaans een hogere eigentrilling dan zwaardere objecten, omdat ze een geringere traagheid hebben. Omdat de lucht zelf en de meeste in de atmosfeer aanwezige frontale objecten (vogels, planten, bomen, voertuigen, bruggen, wegen, gebouwen, etcetera) relatief licht zijn in vergelijking met daadwerkelijk frontale aardobjecten (heuvels, ruggen, gebergten) komen hun eigentrillingen doorgaans meer overeen met de hogere geluidsfrequenties.
De hogere geluidsfrequenties zijn daarom relatief goed in staat om energie uit te wisselen met deze lichtere objecten. Lagere geluidsfrequenties passeren dergelijke lichtere objecten daarentegen veelal zonder dat er sprake is van een intensieve energieuitwisseling.
Als gevolg van het tweetal hierboven beschreven mechanismen neemt de energie of het volume van hogere geluidsfrequenties doorgaans een stuk sneller af dan dat van lagere geluidsfrequenties. Lagere geluidsfrequenties dragen hierdoor over het algemeen een stuk verder dan hogere geluidsfrequenties.
Bijgaand bronartikel in het Engels vormde de aanvankelijke inspiratie voor dit artikel.
