Aanpak

Het meetmodel wordt gesplitst in twee verschillende secties, elk voor één van de onderzoeksvragen.

Oorzaak geluid

Wanneer wordt het geluid geproduceerd bij een druppel die valt op een wateroppervlak?

Om te achterhalen wanneer het geluid van een op het wateroppervlak invallende druppel geproduceerd wordt, is het noodzakelijk om zowel het beeld als het geluid tegelijkertijd op te nemen en synchroon af te spelen. Hiermee kan dan precies achterhaald worden wanneer het geluid geproduceerd wordt.

Met een hydrofoon die onderwater gericht is op de plek van inslag zal het geluid gemeten worden. Het geluid zal zichtbaar gemaakt worden met behulp van een oscilloscoop. Met een hogesnelheidscamera wordt tegelijkertijd een video van gemaakt met een frame rate van 30.000 fps.

Om ervoor te zorgen dat de opnamen camera en microfoon tegelijkertijd starten, is een triggersysteem nodig. Dit wordt gedaan met een lichtsluis die een signaal afgeeft zodra er een druppel passeert. Eventueel kan dit signaal nog vertraagd worden om ervoor te zorgen dat de meting pas begint zodra of net voordat de druppel het wateroppervlak raakt.

Communicatie met de dinsdaggroep

Communicatie met de dinsdaggroep

Frequentieanalyse

Wat is de frequentie van het geluid dat geproduceerd wordt?

Het verschil tussen dit experiment en het vorige is slechts dat de verwerking van het geluid anders is. Nu wordt er namelijk fourieranalyse toegepast op het gemeten signaal om te kijken of de waardes voor de frequenties die volgen uit Minneart ook daadwerkelijk kloppen. De frequentieanalyse van het geluid zal gedaan worden met Matlab. Gezien er volgens de hypothese een maximale frequentie van 20 kHz kan zijn, moet de bemonsteringsfrequentie zeker 40 kHz zijn.

Minneart stelt dat het geluid afhankelijk is van de belgrootte. Voor een luchtbel in het water geldt hiervoor:

(1)   \begin{equation*} f R_0 \approx 3  \hspace{4px} m s^{-1} \end{equation*}

Hierin is f de resonantiefrequentie en R_0 de begingrootte van de bubbel.

De diameter van een bel kan gemeten worden met behulp één of enkele frames uit de video. Hiervoor wordt het systeem gekalibreerd. De bijbehorende frequentie kan worden berekend en vergeleken met het gemeten frequentiespectrum. Daarmee kan de onderzoeksvraag worden beantwoord.

Meer over…