22.4.5 Eigenfrequenties

Als een verstoring zich door een medium voortplant en aan de uiteinden weerkaatst, zullen de weerkaatste golven elkaar op den duur meestal uitdoven door destructieve interferentie.

Echter, in bijzondere gevallen is de interferentie constructief. In dat geval kan het medium lange tijd in trilling blijven. De frequenties van de trillingen waarvoor dit geldt, heten eigenfrequenties van het medium.

De laagste eigenfrequentie heet wel grondfrequentie of grondtoon. Hogere eigenfrequenties heten boventonen. Deze terminologie komt uit de toepassing van geluidsgolven in muziek; muziekinstrumenten worden zo ontworpen dat zij de juiste eigenfrequenties hebben.

De laagste drie eigentrillingen van een snaar: de grontoon (vet) met twee boventonen.

Een eenvoudig geval is dat van een snaar van lengte L, die aan de uiteinden wordt vastgehouden (bijv. op een viool of gitaar). De eigenfrequenties komen overeen met staande golfpatronen; aan beide uiteinden moet dit patroon een knoop hebben. Hieruit volgt dat er een geheel aantal knoop-knoop afstanden in de snaar moet passen. Derhalve geldt:

$$\text{k-k afstand} = \frac{\lambda}{2} = \frac{L}{n} \Rightarrow \lambda_n = \frac{2L}{n}.$$

waarbij n = 1, 2, 3, … Dit levert voor de eigenfrequenties

$$f_n = \frac{v}{\lambda_n} = \frac{v}{2L} \cdot n.$$

Voorbeeld: Een gitaarsnaar is 67 cm lang; de golfsnelheid in de snaar is 200 m/s. De laagste frequentie waarmee deze snaar zal trillen is:

$$f_x = \frac{200}{2 \cdot 0{,}67} \cdot 1 = 149 \; \text{Hz}.$$

Op gelijke wijze vindt men de boventonen  f2 = 298 Hz,  f3 = 448 Hz, …