Een zingende slang — ook wel huilslang, corrugaphone of zingende buis genoemd — is een gecorrugeerde (geribbelde) kunststof buis die tonen produceert wanneer u hem in een cirkel ronddraaít. Hoe sneller u de buis ronddraaít, hoe hoger de toon. De toon springt daarbij niet geleidelijk op, maar in discrete stappen: de buis "kiest" steeds een volgende harmonische.
Naast het produceren van tonen is dezelfde buis geschikt als fluisterbuis. Door één uiteinde bij de mond te houden en het andere uiteinde naar het oor van een tweede persoon te richten, wordt geluid langs de binnenwand geleid via geluidsreflectie — ook bij een zachte stem of gefluister.
Wanneer de buis wordt rondgedraaid, stroomt er lucht door de gecorrugeerde binnenwand. De ribbelstructuur veroorzaakt wervelingen (vortices) in de luchtstroom. Zodra de wervelfrequentie samenvalt met een natuurlijke resonantiefrequentie van de buis, wordt die frequentie versterkt en is een heldere toon hoorbaar. Er ontstaat een staande golf.
Een staande golf ontstaat doordat een geluidsgolf heen en weer kaatst tussen de twee open uiteinden van de buis, en de heen- en teruglopende golven elkaar versterken. Dit gebeurt alleen bij frequenties die passen bij de lengte van de buis: de zogenoemde harmonischen. De buis gedraagt zich als een open-open pijp, waarbij aan beide uiteinden drukknopen optreden.
De resonantiefrequenties worden bepaald door:
fn = n × (v / 2L)
Belangrijk: de grondtoon (n=1) en de tweede harmonische (n=2) zijn in de praktijk moeilijk op te wekken door ronddraaien, omdat daarvoor een minimale luchtstroomsnelheid vereist is die pas bij hogere harmonischen bereikt wordt. Afhankelijk van de buislengte, diameter en rotatiesnelheid zijn doorgaans meerdere verschillende harmonischen hoorbaar te maken.
Een gladde buis produceert geen tonen, hoe snel u hem ook ronddraaít. De ribbelstructuur aan de binnenkant is essentieel: de ribben laten luchtmoleculen tollen en botsen, waardoor trillingen ontstaan. Pas wanneer de frequentie van die trillingen overeenkomt met een harmonische van de buis, klinkt er een toon. Bij een gladde buis ontbreken deze wervelingen volledig.
De zingende slang kan ook worden ingezet als fluisterbuis. Geluid dat aan één uiteinde wordt ingesproken, weerkaatst langs de binnenwand en is aan het andere uiteinde hoorbaar — zelfs bij een zachte stem of gefluister. Dit illustreert geleide geluidsoverdracht: het geluid wordt door de buis als golfgeleider voortgeleid, met minimaal energieverlies naar de omgeving.
De formule voor een open-open pijp is: fn = n × (v / 2L), met v = 343 m/s bij 20 °C.
Voor een buis van bijvoorbeeld 75 cm (L = 0,75 m):
Gemeten waarden wijken in de praktijk licht af, omdat de gecorrugeerde wand de effectieve geluidssnelheid in de buis iets verlaagt ten opzichte van vrije lucht. Een afwijking van enkele procenten is normaal.
De buis kan alleen resoneren bij frequenties waarbij precies een heel aantal halve golflengten in de buislengte passen. Tussenliggende frequenties worden niet versterkt en zijn daardoor niet hoorbaar als een duidelijke toon. De overgang van de ene harmonische naar de volgende voelt daardoor als een sprong.
De resonantiefrequenties zijn omgekeerd evenredig met de buislengte (f = n × v / 2L). Een langere buis geeft lagere frequenties (lagere tonen); een kortere buis geeft hogere frequenties (hogere tonen). Bij halvering van de lengte verdubbelen alle frequenties — de tonen klinken een octaaf hoger.
Bij een gladde buis ontstaan geen wervelingen in de luchtstroom. De ribbelstructuur van de gecorrugeerde buis is essentieel: de ribben laten luchtdeeltjes tollen en botsen (vortexvorming). Alleen wanneer de wervelfrequentie samenvalt met een resonantiefrequentie van de buis, wordt een staande golf opgewekt en is een toon hoorbaar.
Bij rechtstreekse communicatie verspreidt het geluid zich bolvormig in alle richtingen; de intensiteit neemt af met het kwadraat van de afstand (wet van het omgekeerde kwadraat). In de fluisterbuis wordt het geluid langs de binnenwand geleid via geluidsreflectie: het geluid blijft grotendeels binnen de buis en verliest nauwelijks energie aan de omgeving. Hierdoor is gefluister op grotere afstand nog goed verstaanbaar.
Staande golven en resonantie in buizen komen op veel plaatsen voor: in orgelpijpen, dwarsfluit en klarinet, maar ook in industriële toepassingen zoals aardgasrisers op offshore-platforms, waar hetzelfde verschijnsel juist ongewenst is en zelfs structurele schade kan veroorzaken. De zingende slang maakt dit principe tastbaar en hoorbaar zonder dat er complexe meetapparatuur nodig is.
Bekijk het volledige assortiment onderwijsmaterialen en laboratoriumbenodigdheden in onze webshop, of neem contact op voor advies over geschikte practica voor uw situatie.
Inloggen
Wachtwoord vergeten
Account aanmaken
Uw winkelwagen is leeg.
