Akustik

Läran om ljudet

Vad är ljud?

• Ljud är förtätningar och förtunningar som uppstår i omgivningen när ett föremål vibrerar.

• Ljud kräver materia för att kunna spridas, t.ex. luft.

• Ett föremål som vibrerar knuffar till de allra närmaste atomerna och molekylerna. De i sin tur knuffar till andra atomer och molekyler som befinner sig lite längre bort. Det uppkommer en kedjereaktion som vi kallar ljudvåg.

Ljudvågor

• Om t.ex. en gitarrsträng vibrerar bildas ljudvågor. När strängen rör sig uppåt, pressas luften samman på ovansidan, luften förtätas. På undersidan blir det tvärtom, luften förtunnas. Det skapas ljudvågor som sprider sig åt alla håll.

Våglängd

• Avståndet mellan två förtätningar eller två förtunningar i en ljudvåg kallas våglängd

• Ljudvågor ritas som så kallade sinuskurvor. Ju kortare våglängd en ljudvåg har, desto mindre är avståndet mellan t.ex. två ”toppar” på sinuskurvan.

Frekvens

• Med frekvens menas antal svängningar per sekund

• Frekvens mäts i enheten hertz (Hz)

1 hertz = 1 svängning/sekund

• Ju högre frekvensen är, desto högre blir tonen

• En hög ton har kort våglängd

• En låg ton har lång våglängd

Instrument

• Tonen hos en sträng beror på strängens tjocklek, längd och hur spänd den är.

• En tunn sträng ger högre ton än en tjock sträng.

• En kort sträng ger högre ton än en lång sträng.

• En sträng ger högre ton ju hårdare spänd den är.

• Resonans - Medsvängning förstärker ljudet, t.ex. resonanslåda på en gitarr.

• Blåsinstrument – Luftpelarens längd bestämmer tonen. Ju kortare luftpelaren är desto högre blir tonen.

Vilka ljud kan vi höra?

• De ljud vi människor kan höra ligger mellan 20-20 000 Hz

• Den övre gränsen varierar kraftigt. Ju äldre vi blir, desto svårare har vi att höra ljud med höga frekvenser.

Ljudnivå

• Ljud är en form av energi.

• Alla ljud har en viss styrka, eller ljudnivå, som beror på hur mycket energi ljudkällan avger.

• Den lägsta ljudnivå som ett normalt öra kan uppfatta, kallas hörbarhetsgränsen eller hörtröskel. Denna har satts nollpunkt i en skala, där ljudnivån mäts i decibel (dB)

Ljudnivå, forts.

• Skala för ljudnivå är speciell. T.ex. upplevs en höjning eller minskning av bullernivån med 10 dB som en fördubbling eller halvering av hörintrycket.

• En liten förändring av ljudnivån vid låga ljudstyrkor kan uppfattas som en tydlig höjning eller sänkning av ljudet. Däremot ger en lika stor förändring i ljudnivån vid en hög ljudstyrka inte samma hörbara intryck.

Ultraljud

• Ljud med högre än 20 000 Hz kallas för ultraljud

• Många djur kan höra ultraljud. Hundar och fladdermöss är två exempel.

• Det finns speciella hundvisselpipor som har så hög frekvens att ingen människa hör ljudet, men hundar hör visselpipan bra.

• Ultraljud används inom sjukvården för att undersöka fostret hos gravida kvinnor, för att upptäcka olika sjukdomar och för att krossa njurstenar.

Infraljud

• Ljud med lägre frekvens än 20 Hz kallas för infraljud.

• Infraljud kan skapas i flygplan, ventilationssystem, ur vulkaner och av kraftiga vindar.

• Vi kan inte höra infraljud men det kan påverkas oss ändå, t.ex. kan vi få huvudvärk och känna oss trötta.

• Djur som kan höra infraljud är bl.a. spindlar, valar och elefanter.

Ljud som har regelbundna

svängningar uppfattar vi som

toner.

Ljud som har oregelbundna

svängningar kallas buller.

Buller som ligger på en

relativt låg ljudnivå kan vara

skadlig, om man utsätts för

bullret under en lång tid. Det

kan ge både skadad hörsel

och psykiska besvär.

Ett starkt ljud kan orsaka

hörselskador på kort tid. Om

ljudnivån uppgår till ca 120

dB, den så kallade

smärtgränsen, får vi ont i

öronen.

Ljudnivå, forts

Upphovsman till bilden är Svenska Grafikbyrån

Ljudets fart

• Ljudets fart är olika beroende på vilket ämne ljudet transporterar sig i och vilken temperatur som råder. I tabellen kan du se exempel på ljudets fart

• På 1 sekund hinner ljudet ca 340 m. Ljuset hinner 300 000 km på en sekund. Ungefär hur långt bort är blixten om du under ett åskväder hör knallen efter 3 sekunder?

Ämne Ljudets fart (m/s)

Gummi 50

Luft (-50°C) 300

Luft (0°C) 331

Luft (20°C) 344

Vatten 500

Glas 4500

Stål 5200

Eko och ekolod

• Eko uppstår när ljudvågor reflekteras. Om du står en bit från en vägg och ropar märker du efter en stund att ljudet kommer tillbaka.

• Med ett ekolod mäter man djup i hav och sjöar med hjälp av eko. Ekolodet sänder ut ultraljudsignaler och studsar mot botten. Ljudvågorna fångas sedan upp och ekolodet mäter hur länge det tar för ljudet färdas från botten och tillbaka. Sedan räknar den ut avståndet till botten.

• Ett ekolod kan också användas för att hitta fiskstim

• När fladdermöss flyger sänder de ut ultraljud med frekvenserna 30 000 – 80 000 Hz. Genom att registrera hur ljudvågorna studsar tillbaka kan de få en bild av omgivningen och på så sätt flyga obehindrat i totalt mörker.

Dopplereffekten • Om t.ex. ett ambulans närmar sig dig kommer du att

uppfatta sirens ton som högre än vad den egentligen är. Det beror på att ljudvågorna pressas samman, så att avståndet mellan förtätningar och förtunningar minskar. Frekvensen ökar.

• När sedan ambulansen sedan passerar dig sker en sänkning av tonhöjden. Det beror på att ljudvågorna ”tänjs ut” då ambulansen avlägsnar sig. Frekvensen minskar.

• Fenomens kallas dopplereffekten och innebär att frekvensen ändras. Dopplereffekten uppträder alltid då en ljudkällan är i hastig rörelse.

Högtalare En högtalare består av:

Spole: När ström går genom spolen bildas ett magnetfält i spolen. När

strömmen ändras, rör sig spolen fram och tillbaka.

Magnet: Magneten sitter längst bak i högtalaren. Magnetfältet från

magneten stöter bort spolen när den blir magnetiskt (när det går ström

genom spolen).

Membran: Är som en tratt och är gjord av papp eller plast. Den rör sig

fram och tillbaka eftersom den sitter fast i spolen. Det är membranet som

skapar ljudvågor.