Brommelende bruggen, brekend glas, schreeuwende kinderen, zware bassen – wie denkt dat deze dingen niets met elkaar te maken hebben, heeft het mis. Ze ontstaan allemaal door trillingen en, in het bijzonder, sterke trillingen ontstaan door natuurlijke frequenties. Lees verder als we de wetenschap achter dit principe uitleggen en wat resonantie catastrofes zijn, en ook kijken naar de rol die resonantie speelt als het gaat om luidsprekers.
Alles trilt, maar hoe?
De trilling van een hoofdtelefoon is altijd de reactie op een energie-impuls. Een hand kan een slinger laten slingeren, de wind kan een wolkenkrabber laten schudden, en een spoel met behulp van een magneet kan een luidsprekermembraan in beweging brengen. Hoe sterk iets trilt hangt af van de toegepaste kracht van de trilling, alsmede van het materiaal, met inbegrip van de constructie van het trillende systeem. Anderzijds is de frequentie waarmee de energie-impulsen werken van groot belang. Want als de frequentie van de toegevoerde energie samenvalt met de natuurlijke frequentie van het lichaam, trilt het lichaam met een bijzonder grote amplitude.
Hoe het verschijnsel van de resonantiefrequentie er in de praktijk uitziet, kan worden begrepen aan de hand van een slinger: Als een veerslinger periodiek, d.w.z. met regelmatige tussenpozen, wordt voorzien van energie die overeenkomt met de natuurlijke frequentie van de slinger, is de doorbuiging van de slinger het grootst. Als de energiepulsen een lagere of hogere frequentie hebben dan de natuurlijke frequentie, zal de doorbuiging van de slinger kleiner zijn.
Op een schommel kun je zelf uitproberen hoe de resonantiefrequentie werkt. Wanneer je een schommel op zijn hoogste punt raakt, ligt de energietoevoer precies op de natuurlijke frequentie van het systeem. Daarom heeft de schommel zo’n groot zwaaimomentum. Sla je voor of na het bereiken van het hoogste punt van de schommel, dan wordt de kracht minder efficiënt overgebracht of gaat zelfs nergens heen.
Van goede naar slechte trillingen
De body van een akoestische gitaar, een schommel, een glas of een brug kunnen trillen op hun respectievelijke resonantiefrequentie. Maar dit is niet overal gewenst en kan zelfs grote schade veroorzaken. Systemen kunnen namelijk zo hevig trillen dat de constructie niet bestand is tegen de spanning.
Dit verschijnsel kan worden waargenomen wanneer iemand van korte afstand zijn stem op een wijnglas richt. Als de toonhoogte van de stem precies overeenkomt met de natuurlijke frequentie van het glas, breekt het na betrekkelijk korte tijd – de zogenaamde resonantiecatastrofe treedt op. Als de stembanden de luchtmoleculen met een hogere of lagere frequentie laten trillen, blijft het glas intact. De natuurlijke frequentie van het glas is te horen als je er met een voorwerp op slaat.
Een van de beroemdste resonantierampen vond plaats in de VS in 1940, toen de wind de Tacoma Narrows Bridge zo sterk deed trillen dat deze instortte.
Om resonantierampen te voorkomen, verbiedt de verkeerswetgeving groepen mensen, zoals militaire eenheden, om in stap over bruggen te marcheren.
Bij muziekinstrumenten daarentegen is resonantie een opzettelijk effect om het volume van geluiden te vergroten. Bij een akoestische gitaar fungeert de body als een mechanische versterker van geluidsgolven die door de snaren worden opgewekt. De body van de gitaar is zo geconstrueerd dat de resonantiefrequentie ook bij verschillende toonhoogten optreedt.
Luidsprekers van Teufel
ROCKSTER AIR
shop nu
ULTIMA 40 STEREO
shop nu
Resonantie-effecten in luidsprekers ongewenst – met één uitzondering
De resonantiefrequentie is niet welkom in luidsprekers. Luidsprekers zijn zo geconstrueerd dat de verschillende componenten niet op hun resonantiefrequentie trillen. Dit zou betekenen dat geluiden in hetzelfde frequentiegebied als de afzonderlijke componenten veel luider zouden worden weergegeven dan andere. Hier komt het cross-over netwerk om de hoek kijken: in meerkanalensystemen leidt dit de signalen naar de luidsprekers op basis van hun frequentie.
Resonantie-effecten mogen ook niet optreden in de luidsprekerkast. Deze kunnen optreden wanneer het membraan aan de achterzijde geluid uitstraalt naar het inwendige van de luidspreker. Dit geluid kan de kast aan het trillen brengen en zo een negatief effect hebben op het geluidsbeeld. Om dit te voorkomen is de luidsprekerkast voorzien van een demper die de naar binnen gestraalde geluidsgolven absorbeert.
De uitzondering op deze regel vormen basreflex luidsprekers. Deze kasten hebben een buisvormige opening waardoor het geluid dat naar binnen wordt gestraald – bij bepaalde lage frequenties – in de kamer kan ontsnappen. Dit werkt volgens het principe van de Helmholtz-resonator, dat we in onze tekst over subwoofers hebben uitgelegd.
We hebben lage tonen nodig: Teufel bas voor diepere trillingen
- ▶ Mono-Subwoofer US 2106/1 SW:Deze beginnersvriendelijke subwoofer biedt ondanks zijn compacte formaat een krachtige bas zonder storend stromingsgeluid. Dit wordt bereikt met twee basreflexbuizen.
- ▶ Ultima 40/20 “2.0>5.1 Uitbreidingsset Surround”: De Ultima 40/20 hifi-luidsprekers zijn echte duivelsklassiekers voor in huis. Met deze set kunt u uw stereo-installatie uitbreiden tot 5.1 surround sound. Een T 10 subwoofer zorgt voor ruim voldoende resonantie in het basbereik.
Meer producten van Teufel
CINEBAR 11
shop nu
IMPAQ 8000
shop nu
REAL PURE
shop now
Conclusie: De resonantiefrequentie is nuttig
- Bij de resonantiefrequentie valt de natuurlijke frequentie van een oscillerend systeem samen met de frequentie van de toegevoerde energie.
- In geval van resonantie wordt de uitwijking van de oscillatie groter.
- In de akoestiek betekent een grotere amplitude van geluidsgolven een hogere geluidsdruk en dus een groter volume.
- Resonante frequenties zijn in het algemeen ongewenst voor luidsprekers.
- Basreflex luidsprekers vormen hierop een uitzondering. Deze versterken de lage frequenties volgens het principe van de Helmholtz-resonator.
Tot slot nog een “Bugs Bunny” klassieker over dit onderwerp: