‘Een gerommel als ver onweer, een ‘stille donder’, ja, haast een beklemmende vibratie die je eerder vóelt dan hoort: zo omschrijven wetenschappers de extreem lage geluiden die olifanten produceren. Die geluiden liggen meestal tegen de ondergrens van wat wij kunnen horen: zo tussen de 20 en 40 Hz (trillingen per seconde) – maar ze gaan soms zelfs nog lager, tot 5 Hz. Zo kunnen olifanten met elkaar communiceren over grote afstanden, in elk geval tot 6 kilometer ver.’
Zo begint het artikel van Nienke Beintema in de NRC van 28 september 2023.
a) Bereken de golflengte van het laagste geluid dat olifanten kunnen maken.
Er geldt v = λf . Invullen levert 343 = λ·5. Dit levert λ = 69 m.
b) Leg uit waarom lage tonen beter geschikt zijn om over een grote afstand te communiceren dan hoge tonen.
Lage tonen hebben lange golflengten en lange golflengten kunnen om obstakels heen buigen, zodat het geluid niet tegengehouden wordt.
Het artikel gaat verder: ‘Die lage geluiden maken de olifanten met hun stembanden, die wel 7,5 cm lang kunnen zijn. Toch is dat niet zo lang als je ze vergelijkt met die van de mens (2 cm bij mannen; 1,5 cm bij vrouwen). Maar het lijf van de olifant vormt een enorme klankkast, die juist de lage grondtonen versterkt.’
Vier octaven
‘Al met al bestrijkt een olifant daarmee vier octaven – van de ‘stille donder’ tot een hoge blaf van 470 Hz, net onder de standaard ‘b’ van een muziekinstrument. Ter vergelijk: een pratende mensenstem bestrijkt gemiddeld één octaaf, afhankelijk van leeftijd en geslacht. Als je zingt, haal je twee octaven; een geoefende zanger drie. (De olifant kan met zijn slurf trouwens nog veel hogere geluiden maken: het trompetteren. Daar komen de stembanden niet aan te pas.)’
De toonhoogte die stembanden leveren hangt ook af van hoe strak de stembanden aangespannen zijn.
c) Zijn de stembanden bij een lage toon sterker aangespannen of juist niet sterker aangespannen dan bij een hoge toon??
Hoe minder strak de stembanden gespannen zijn, hoe langzamer ze zullen trillen. Dus bij lage tonen zijn de stembanden minder sterk gespannen.
In het artikel wordt de grondtoon van de stembanden van mannen vergeleken met die van olifanten.
d) Leg uit of de stembanden bij de grondtoon van een olifant meer of minder aangespannen zijn dan bij een man.
Bij een olifant zijn de stembanden 7,5 / 2 = 3,75 zo lang. Als ze even sterk gespannen zijn als die van een man, dan is de frequentie van de grondtoon 3,75 keer zo laag.
De grondtoon is echter bij de laagste toon 100 / 5 = 20 maal zo laag. Dus zijn de stembanden van een olifant minder aangespannen.
e) Geef aan welk natuurkundig effect ervoor zorgt dat bepaalde tonen versterkt worden en leg uit waarom bij een olifant dit met name lage tonen zijn.
In de holten van de olifant, die groot zijn, zullen lage tonen resoneren zodat ze versterkt worden.
f) Hoeveel keer zo groot is de frequentie van een toon die een octaaf boven een andere toon ligt. Tip: Gebruik Binas Tabel 15C. en vergelijk toon a1 en toon a2.
De frequentie van de hoogste toon is precies tweemaal zo groot als die van de lage.
g) Bereken de frequentie van de ‘stille donder’ die uit de gegevens in de derde alinea van het artikel volgt.
Vier keer halveren van 470 Hz levert f = 29 Hz.
Opvangen van die geluiden
Nienke Beintema betoogt verder dat olifanten ook zeer lage geluiden kunnen horen, via de lucht, net als wij. De grote oorschelpen, maar ook het inwendige van de oren zorgt daarvoor. Hun gehoorgang is 20 centimeter lang (bij de mens: 2,5 cm).
De mens is het gevoeligst voor toonhoogten die overeenkomen met de lengte van de gehoorgang. (Je kunt uit het laagste punt van de figuur van tabel 27C afleiden hoe groot de golflengte van die toon is.) We nemen aan dat dat ook voor olifanten geldt.
h) Bereken de toonhoogte waar olifanten het gevoeligst voor zijn.
Manier 1
De golflengte van het geluid in de gehoorgang = 4 maal 20 = 80 cm = 0,80 m.
Invullen van v = λf levert 343 = 0,80 f. Dit geeft f = 0,43 kHz.
Manier 2
De gehoorgang van de olifant is 20 / 2,5 = 8 maal zo lang.
Dus is de frequentie 8 maal zo laag. Dat is dus 3500 / 8 = 0,44 kHz.
Olifanten vangen ook laagfrequente trillingen op die zich verplaatsen via de ondergrond. Dat doen ze met hun voeten. Olifanten hebben speciale tast-sensoren in hun voetzolen, die heel gevoelig zijn voor trillingen. Het loopt dus niet via het oor.
i) Leg uit waarom olifanten zo gevaar eerder kunnen waarnemen.
De trillingen gaan door de bodem en de geluidssnelheid is daar groter dan door de lucht .
