Akustik Läran om ljud

Ljud = vibrationer Luft i rörelse Ljudvågor – förtätad och förtunnad luft Ljudvågor är longitudinella, luftmolekylerna rör sig fram och tillbaka i ljudvågens riktning Våglängd – avståndet mellan två förtätningar i en ljudvåg våglängd Ljudvågor – longitudinella dvs luftmolekylerna rör sig fram och tillbaka i samma riktning som ljudvågen rör sig. Vattenvågor – transversella dvs rör sig upp och ner (i amplitudriktningen) Övre bild: fjäder som är förtätad/förtunnad samt markerar dess våglängd. Nedre bild: Ev länk till http://www.physicsplace.com Interactive figures: 19.09 visar longitudinell (och transversell) våg Förtätning = vågtopp Förtunning = vågdal

Ljudets hastighet I luft ca 340 m/s I vatten ca 1 500 m/s I järn ca 3 000 – 3 500 m/s I aluminium och stål ca 5 100 m/s I betong ca 3 000 m/s I vakuum 0 m/s Glas = 5 300 m/s Varför? Hör vi bättre el sämre i … materialet. Bestäms av mediets egenskaper, t ex temperatur. Vid 15 grader lägst i gaser, högre i vätskor och högst i fasta material som metaller. ~ Ju tätare atomerna och molekylerna ligger och knuffar på varandra desto fortare går ljudet. Astronauter ute i rymden (i vakuum) måste använda radio för att prata med varandra. Prova olika material (inkl sig själva) Luft: Hinner 1 020 m ~ 1 km på 3 sek. Blixt räkna sek och dela med 3 => km ifrån blixtnedslaget.

Ekolod – använder ljud för avståndsbestämning Eko ≈ det studsande ljudet du hör en liten stund efter det första ljudet Efterklang - då ljudet studsar flera gånger, låter starkare, hörs längre tid Ekolod – använder ljud för avståndsbestämning I ett rum med hårda, glatta material (kyrkor, bergväggar) studsar ljudet mer än i ett med mjuka, porösa material (gardiner). Ljudet hörs eg två gånger (märker vi ej), vi tycker det låter starkare och slutar inte lika tvärt. = Efterklang. När ljudet når väggen studsar en del tillbaka. En del går in i väggen och får den att vibrera. Ljudet hörs därför väldigt svagt på andra sidan (väggen är styv och tung och vibrerar inte gärna). Lång och kort efterklang Ekolod: ljudstöt skickas ner i vattnet, mäter tiden för ekot att komma tillbaka => avståndet. Yrkesfiskare – hitta fiskstim (olika fiskar reflekterar olika) Båtägare - hitta fiskstim och mäta djupet för att inte gå på grund länk för illustration: http://www.furuno.se/graphics/20_Flash/Sounderflash1.html Seismiska mätningar malmfyndigheter djup

Ljudvågor Frekvens – Antalet vibrationer eller vågtoppar på en sekund Ju högre frekvens (fler vågtoppar) desto högre tycker du att tonen är Enhet: Hertz (Hz) En fiolsträng vars frekvens är 500 Hz vibrerar 500 gånger per sekund Tyske fysikern Heinrich Hertz, 1887 radiovågorna

Ljudvågor Olika toner har olika frekvens En ton kan vara stark eller svag (amplitud) 1 sek En högre ton (tonhöjd) fås genom att 1) sätta fingret på strängen och korta den del av strängen som vibrerar 2) använda olika tjocka strängar 3) olika hårt spända strängar Flöjt? Kort och lång luftpelare… Vänster övre: låg, mörk ton(höjd) Höger övre: svag ton Vänster nedre: en hög, ljus ton Höger nedre: stark ton Rena toner ger en jämn och fin kurva. Alla instrument har en överton som ger instrumentet dess speciella ”klangfärg”. Dvs vi hör vilket instrument som ger ifrån sig tonen. Utan övertoner skulle alla instrument låta lika. Vågdal = förtunning, vågtopp = förtätningar. Amplitud = halva avståndet mellan vågtopp och vågdal

Ljudvågor Resonans – Då någonting fås att vibrera i samma takt som ett annat föremål. Ljudet förstärks. Olika resonans beror på hur mkt luft som sätts i rörelse/vibrerar. Ett glas kan spricka om en ton är exakt rätt och ger en kraftig resonans i glaset. I en elgitarr är plankan styv och kan knappt vibrera alls. Ström + elektrisk förstärkare + högtalare => ljudet. I en akustisk gitarr vibrerar den ihåliga gitarrlådan i takt med strängen, luften i gitarrlådan börjar också vibrera. Flöjt? Kort/lång luftpelare. Då man blåser pressas luften ihop inuti flöjten och börjar vibrera, sprider sig. Jerikos murar…, militärer ej gå i takt över broar el isar…

Ljudvågor Sambandet mellan våglängd och tonhöjd: Hos en ”ren” ton (sinuston) från t ex en stämgaffel bestäms tonhöjden mest av frekvensen/våglängden. En ”ren” ton har inga övertoner, dvs ingen klangfärg. Hoppa över denna bild? Hos sinustoner (sinuston, ren ton, den enda ton som saknar övertoner. Namnet kommer av att ljudtrycksvariationerna kan beskrivas med sinus för en vinkel som ständigt och med konstant hastighet ökar. Visslade toner och toner från stämgafflar liknar en sinuston. En ren sinuston kan framställas med elektronisk apparatur.) bestäms tonhöjden i första hand av frekvensen och i någon mån även av amplituden (dvs. svängningarnas storlek). Hos komplexa toner bestäms den av frekvensen för den lägsta deltonen, grundtonsfrekvensen, medan amplituden vanligen har mycket ringa betydelse. Sambandet ”f = 1/T” ? Frekvens (f) och svängningstid (T) Ju högre frekvens desto högre tonhöjd. Frekvensen hos ett ljud från ett föremål som närmar sig dig är högre än när föremålet (ljudet) avlägsnar sig. Våglängden hos en ljudvåg avtar om frekvensen ökar, dvs vågorna framför föremålet som närmar sig har en kortare våglängd än de som är bakom bilen. Denna våglängds (el frekvens) ändring kallas Dopplereffekten.

Ljudvågor Vi kan höra ljud mellan 20 – 20 000 Hz Frekvenser under 20 Hz kallas infraljud. Av dem kan vi må illa eller få svårt att koncentrera oss. Frekvenser över 20 000 Hz kallas ultraljud. De påverkar oss inte. Infraljud – stora ventilationsfläktar Ultraljud – hundar hör upp till 40 000 Hz. Används till ekolod, inom sjukvård för avståndsmätning till olika organ, rengöring av tänder och verktyg/instrument, ultraljudsundersökn vid graviditet el undersökning av t ex hjärta el blodkärl. Behandling av sjukdomar. Energin i ultraljudet (1 MHz) värmer upp stela ledband och muskler så de blir mer töjbara. Kort och intensivt ultraljud kan krossa njur- och gallstenar. Inom industri för kontroll av sprickbildning i brobalkar, svetsfogar. Borra i spröda mtrl som glas. Anm s76 i deras bok står att unga människor kan höra 20 dB, s79 att 10 dB är knappt hörbart!

Örat Ytteröra – fångar upp ljudet Mellanöra – förstärker ljudet Inneröra – balans- och hörselorgan (bra balans – lätt åk-,sjösjuk)

Hörselorganet

Buller och toner…. Buller - oönskat ljud som är störande - kan ibland ge hörselskador - inga regelbundna svängningar Toner - Ljud vi tycker om - kan ibland ge hörselskador - regelbundna svängningar Över 85dB(A) risk för hörselskador, försämrad talkommunikation, sömnstörningar och andra fysiologiska förändringar, nedsättning av förmåga till inlärning och prestation, besvärsupplevelser m.m. I sovrum 30 dB(A), i bostäder 55 dB(A). En ton är alltid en regelbunden svängning vilket ljud inte behöver vara.

Ljudnivå och tinnitus… Ljudnivå = ljudstyrka Mäts i decibel, dB 0 dB är det svagaste vi kan höra. + 9 dB låter som fördubbling av ljudnivån??? 85 dB risk för hörselskada. 134 dB är vår smärtgräns. Normalt tal på nära håll svarar mot ca 74 dB. 90 dB risk för hörselskador. Med bandfilter för oktav- eller tersband får man ljudnivå för ett frekvensområde i taget. Med s.k. vägningsfilter fås vägd ljudnivå, i vilken man vägt in de olika frekvensbanden och dessutom tagit hänsyn till hörselns egenskaper. Enligt standard finns A-, B- och C-vägningsfilter. Vanligen används A-filter. Vägd ljudnivå kan anges som dB(A). Tinnitus (öronsusningar) - pipande, tonliknande eller brusande egenupplevt ljud. Ca 15 % av befolkningen har tinnitus, hos män framför allt från 50-årsåldern, hos kvinnor oftast från 60-årsåldern. Kan bero på sjukdom, slag, högt ljud vid ett tillfälle el bullerskada (85 – 95dB) under lång tid.

Tinnitus Det är när man här ett ljud trots att det inte finns några ljudvågor. Detta är ett problem som är ganska vanligt, speciellt konserter där ljudnivån kan vara alldeles för hög över 120 dB har uppmätts.

Hur djur hör… Fladdermöss, näbbmöss, delfiner och valar använder ultraljud (220 000 Hz) som ekolod för att hitta byten och för att orientera sig. Ugglan hör med ögonspeglarna Gräshoppor och fjärilar hör med … En del djur har (nästan löjligt) STORA öron.. Ökenräv. Ugglans ögonspeglar samlar in ljudet, öronöppningarna sitter på sidan av huvudet Gräshoppor och fjärilar hör med … benen. Gräshoppan har 2 små springor strax nedanför knäna. Därinne finns luftsäckar som sätts i svängning av ljuden utifrån. Där finns också nervceller som känner av svängningarna och skickar vidare informationen till hjärnan.

} } Att spara ljud Fonografer hade vaxrullar spår från Stenkakor – 2 låtar per sida vibrerande Lp- och Ep-skivor nål Rullband magnetiska Kassettband band CD-skivor – gropar på cd, digitala signaler Mp3-filer – digitala filer } Fonograf: Thomas Alva Edison 1877. Vaxrullar – rulle med tunt vaxlager. Vevgrammofon: Stenkakor svart och hårt plastliknande material. 78 varv. Högtalare – tratt, volymknapp – raggsocka i tratten. Vinylplastskivor, 33 resp 45 varv Kassettband – plastband överdraget med metall som går att magnetisera. Telefon ljudvågen blir elektriska signaler som hos lyssnaren åter blir ljudvåg. Mobiltelefon, radio och TV använder radiovågor (liknar mer ljus än ljud).