Kurs Akustik

Info om sidan Träna begrepp Stortest Skriv ut

VAD ÄR LJUD?

Ljud är vibrationer som våra öron fångar upp, förstärker och som sedan vår hjärna tolkar.

En sträng på en gitarr svänger fram och tillbaka när du spelar på den. Den vibrerar. En lång sträng vibrerar långsammare och ger en låg ton. En kort sträng (som ges samma kraft) ger en hög ton .

Ett annat exempel som är tydligare men fungerar på samma sätt som gitarrsträngen är att lägga en linjal på ett bord. Halva linjalen är utanför bordet. Tryck sedan hårt ner den andra delen av linjalen. Nu har du tillverkat ett instrument. Om du knäpper till delen utanför bordet kommer den att vibrera och skapa ett ljud. Om du flyttar linjalen lite fram och tillbaka kan du både få ljud som är olika höga och starka.

Om du tänker dig rörelsen i slow motion så inser du  att molekylerna i luften runt linjalen packas i tjockare och tunnare lager (olika densitet). När änden på linjalen åker upp så trycker den ihop luftmolekylerna ovanför så de packas tätare (förtätning).

När linjalen sedan åker neråt så blir det färre luftmolekyler ovanför linjalen eftersom linjalen ”trycker bort” dem. Det blir ”tunnare” luft ovanför linjalen (förtunning).

När linjalen sedan åker upp och ner många gånger kommer den att göra många förtätningar och förtunningar. Dessa skillnader i densitet kommer sedan att sprida sig, vanligtvis i luft, och når sedan våra sedan våra öron där de tolkas som ljud.

Fördjupning

ATT BESKRIVA LJUD – AMPLITUD

Här följer ett tankeexperiment för att beskriva en ljudvåg. Tejpa en penna längst ut på en linjal. Sätt linjalen på en vagn som kan rulla. Halva linjalen är på vagnen och halva utanför. Knäpp till på linjalen som börjar svänga och rulla vagnen parallellt med ett papper så pennan ritar rörelsen. Om allt gått bra kommer teckningen se ut ungefär så här:

Toppen upptill visar när linjalen packar ihop luftmolekylerna upptill och dalen när det blir tunnare med luftmolekyler upptill eftersom linjalen trycker ner luftmolekylerna. Den ritade figuren beskriver förtätningarna och förtunningarna i vibrationerna, d.v.s. ljudet. Figuren kallas för en ljudvåg och formen för sinuskurva.

En sträcka på bilden ovan som innehåller en topp och en dal kallas våglängd. En våglängd är den minsta delen av en ljudvåg. En ljudvåg är många våglängder som sitter ihop. En ljudvåg visar två saker.

1. Ljudstyrka. Vilken volym ljudet har.

2. Tonläge. Om ljudet är mörkt eller ljust. Det vill säga vilken tonhöjd ljudet har. (

Amplitud : Höjden på ljudvågorna kallas amplituden. Den tonstyrka alltså ljudets volym. Höga vågor (toppar och dalar) ger hög volym .

På bilden under så har kurvorna samma ton men den undre kurvan har en högre volym.

På följande bild beskrivs en ljudvåg där ljudstyrkan (amplituden) ökar.

Volym mäts med decibel (dB). Decibelskalan går från 0 till 180 dB. Vid 180 dB spricker dina trumhinnor. Skalan är logaritmisk. Det betyder att när skalan ökar med ett tiotal  (t.ex. från 20 till 30) blir ljudet tio gånger så starkt. Ökar skalan från 30 till 50 dB innebär det att ljudet blivit (10*10) hundra gånger så starkt.

Fördjupning

ATT BESKRIVA LJUD – FREKVENS

Ljud kan ha olika tonhöjd. Det ljusaste tonen på ett piano har högre tonhöjd än den tonen på andra änden av pianot.

Toner med hög tonhöjd har kortare våglängd än mörka toner. Ljudvågorna hos toner med hög tonhöjd ser mer sammanpressade ut: De två ljudvågorna på bilden under har samma volym men den vänstra är ljusare, den har högre tonhöjd.

En kort våglängd (höga ljud) hinner svänga fler gånger mellan topp och dal än ett ljud med lång våglängd (låga ljud) under en viss tidsperiod. För att kunna jämföra våglängden för ljud mäts antalet våglängder per sekund. En våglängd kallas också för en svängning.

Frekvens : Är antalet hela svängningar (våglängder) per sekund. Enheten kallas Hertz (Hz). Som ung människa kan du höra ljud med frekvensen 20 Hz – 20000 Hz. Äldre människor tappar de höga tonerna med åldern och kan kanske bara höra ljud med 15000 Hz. En gammal tjock-tv ger ibland ifrån sig ett pip från bildröret. Hör du pipet( 15625 Hz) hör du fortfarande bra. Normalt tal ligger mellan 100 och 1000 Hz. En vanlig stämgaffel har ofta 440 Hz (A). Om det inte är ett A står det oftast på skaftet vilken frekvens det är.

Bilden ovan visar två ljudvågor. Amplituden är lika hög så därför är ljudstyrka lika. Frekvensen är högre på den övre bilden. Det ljudet kommer därför ha en högre tonhöjd, ett ljusare ljud.

Sammanfattning:

Fördjupning

LJUDETS HASTIGHET

Ljudet rör sig med olika hastighet beroende på vilket material vibrationer transporteras i.

I luft rör sig ljudet ungefär 340 meter per sekund (m/s). Omräknat till kilometer i timmen (*3,6) blir det  1224 km/h.

En klassisk situation när du har nytta av detta är när åskan går. Ljuset är enormt mycket snabbare än ljudet. När du ser blixten kan du räkna tills man hör dundret. Varje sekund innebär att ljudet från åskan rört sig 340 meter. Varje sekund mellan blixten och åskan motsvarar alltså 340 m.

Ljudet rör sig olika snabbt i olika material (luft, vatten, metall, glas osv..). Det beror på att det som transporterar ljudet är molekyler som rör sig. Ju närmare dessa molekyler sitter varandra desto snabbare kommer de i kontakt med varandra och kan föra vidare rörelsen.

Om man knäpper till i sidan på de två raderna med kulor ovan kommer rörelsen spridas snabbare ju tätare kulorna sitter. Man kan säga att ju högre densitet ett material har desto snabbare rör sig ljudet i det.

I rymden, där det är vakuum, kan man inte höra ljud eftersom ljudet inte har något material att spridas i. Tabellen nedan visar ljudets hastighet i vanliga material.

Du kan prata och höra under vattnet men våra öron (trumhinnan) är inte är konstruerade att fungera under vatten. Däremot finns det andra däggdjur som är duktiga på att prata under vatten t.ex. delfiner och valar.

Hastigheter över ljudhastigheten kallas överljudsfart. Det uppstår en ljudbang när ljudvallen passeras. Att åka i ljudets hastighet kallas att  åka i 1 Mach. Att åka dubbelt så snabbt som ljudet är samma sak som 2 Mach. Det snabbaste flygplanet på jorden är ett obemannat plan som nått hastigheten 9,6 Mach. (Nasa X-43).

Fördjupning

INSTRUMENT

Om du spelar samma ton på en gitarr och ett piano så låter det olika trots att det är samma ton. Det beror på att varje ton är egentligen sammansatt av flera toner. Du har först en grundton men också ett antal övertoner. Övertoner kan vara olika till antalet och ha olika ljudstyrka och frekvens. Övertonerna tillsammans med grundtonen ger ljudet dess speciella klang eller klangfärg, som det också kallas. Det är detta fenomen som gör att människoröster låter olika varandra.

De flesta instrument behöver någon form av förstärkare för att höras. Det löses enkelt med en lite elektricitet. Om du vill spela akustiskt får du använda dig av resonans.

Resonans: Resonans utnyttjar fenomenet att ljudvågor är vibrationer och att vibrationer sprider sig. Resonans betyder medsvängning. När du spelar en ton på en akustisk gitarr börjar strängen vibrera men det gör också luften som är inne i gitarrkroppen ”resonanslådan”. Det förstärker ljudet. Olika typer av instrument har olika typer av resonanslådor.

Efterklang är viktigt om man sjunger i kör, spelar instrument eller bara vill ha bra ljud från TV:n. Efterklang och eko är varianter på samma fenomen, ljud som studsar. Ett eko innebär upprepningar av ett ljud som tydligt går att skilja åt. Efterklang en mera suddig och dämpad återklang av ett ljud. Om du klappar händerna (en gång) i olika lokaler kan du ibland höra att ”klappet” hänger i luften.

Ett annat viktigt begrepp för körsångare och musicerande är fas. Två ljudvågor med samma frekvens som startar samtidig sägs vara i fas. Om dessa adderas ihop blir amplituden dubbelt så hög och ljudet starkare. T.ex. i en kör en orkester. När fler personer sjunger samma ton blir volymen starkare

Fördjupning

ÖRAT OCH HÖRSELN

Så här går det till när du hör:

Ytteröra: Ljud är vibrationer. Dessa vibrationer samlas upp av ytterörat och leds in i hörselgången.

Mellanöra: När vibrationerna kommer fram till trumhinnan börjar de att svänga i samma takt som vibrationerna. Hörselbenen (kroppens minsta ben) som sitter ihop med trumhinnan börjar också röra sig. Hammaren slår mot städet som rör sig mot stigbygeln. Stigbygelns rörelser påverkar i sin tur ett membran på den vätskefyllda snäckan. I mellanörat hittar vi också hörselgången som jämnar ut trycket mellan trumhinnans båda sidor.

Innerörat: Stigbygelns rörelse gör så att snäckans vätska börja röra sig, svänga. I snäckan finns ca 15000 sinnesceller som känner av och tolkar svängningarna till ljud med hjälp av hjärnan. Sinnescellerna är känsliga för olika typer av svängningar vilket gör att vi kan skilja på toner. I innerörat sitter också balanssinnet.

Med två öron är det lättare att höra varifrån ljudet kommer.

Ta hand om din hörsel!

De sinnesceller som sitter i örat är ömtåliga. Om du utsätts för kraftigt ljud så kan du få nedsatt hörsel ett tag, sedan kommer hörseln tillbaka. Men om sinnescellerna skadas så repareras de inte. D.v.s. utsätter du öronen för högt ljud och en hörselskada uppstår går den inte att bota. Klassiskt är att förstöra hörseln genom att lyssna på hög musik på sin musikspelare.

Buller är oregelbundet ljud som gör dig trött, ger huvudvärk och gör så det blir svårt att koncentrera sig. Vi upplever det i matsalen och på röriga lektioner. Vi har alla ett ansvar och se till att vi får ett bra arbetsklimat. Buller som är högt eller pågår under lång tid kan ge skador.

Tinnitus innebär att man hör en ton/brus/oljud i huvudet. Volymen och tonhöjden är individuell. Ljudet existerar inte utanför dig själv. Orsaken till tinnitus kan vara medfött, psykiska orsaker, sjukdom, buller m.m.

Fördjupning

MER OM LJUD

Ljud är en energiform, ljudenergi. När du pratar och ljudet försvinner så innebär det att ljudet omvandlats till en annan energiform. Den omvandlas i princip alltid till värmeenergi. Olika material är olika bra på att absorbera (suga upp) ljudet. I skolor och matsalar sätter man upp speciella ljudplattor just för att ljudet ska absorberas.

Fenomenet eko (studsande ljud) används i ekolod. Fiskebåtar sänder ner en ljudsignal till botten. Man vet ljudets hastighet och hur lång tid det tar för ljudet att skickas iväg och komma tillbaka. Då går det att räkna ut hur lång sträcka ljudets färdats. Om ekolodet träffar något på vägen t. ex. ett fiskstim blir vägen kortare. Ekolod skickar ljudsignaler flera gånger i sekunden. Det går också att köpa ekolod som ritar upp hur botten ser ut på en display.

Ljud du inte hör.

Människans öron kan höra mellan frekvenserna 20 – 20000 Hz. Det finns andra arter med bättre hörsel som kan höra ljud som människor inte hör. Hundar hör en speciell visselpipa som avger ljud över 20000 Hz. Hunden hör men ingen människa.  Fladdermöss navigerar genom att sända ut ultraljud som sedan studsar tillbaka. Med hjälp av detta eko kan de avgöra hur omgivningen ser ut och om det är några godsaker i närheten.

Infraljud

De ljud med färre svängningar än 20 Hz kallas infraljud. Infraljud uppstår i naturliga processer t.ex. kraftiga vindar eller vågor i havet. Det kan också vara från fläktar eller ventilationssystem. Infraljud kan påverka dig kroppsligt utan att du fattar vad det är. Du kan bli seg, få huvudvärk och svårt att koncentrera dig.

Ultraljud

Ljud över 20000 Hz kallas ultraljud.  Ultraljud används för att undersöka ett foster i mammas mage. Det finns fler mediciniska användningsområden t.ex. att undersöka hjärta och blodkärl och att behandla stela leder. Ultraljud används i fjärrkontroller (bilen, TV:n) och man kan rengöra tyger och kontrollera metallers hållfasthet. Ultraljud är inte skadligt för människor.

Doppler-effekten

Doppler-effekten märker du när ett utryckningsfordon ( polis, ambulans, brandkår) åker förbi dig. Sirenen låter annorlunda om fordonet är på väg mot dig eller från dig. Varför?

Om fordonet åker ifrån dig dras dess ljudvågor ut.  Du nås av sirenens ljudvågor i utdragen form. Jämför med om fordonet är på väg emot dig. Det är likadant ljud den sänder ut men eftersom den är på väg mot dig så trycks ljudvågorna ihop. Sirenen låter annorlunda.

Fördjupning

Info om sidan Träna begrepp Stortest Skriv ut