Akustik läran om ljudet

Transkript

1 Akustik läran om ljudet Innehåll Exempel på ljudkällor... 1 Hur ljud uppstår... 1 Så här fungerar örat... 1 Ytterörat samlar upp ljud... 2 I mellanörat sitter hörselbenen... 2 Innerörat... 2 Det var lite om hur örat fungerar. Repetera och fundera!... 2 Frekvens och tonhöjd... 3 Decibelskalan (hörbarhetsgränsen, smärtgränsen och skaderiskgränsen)... 4 Hur ljud uppkommer och transporteras genom luften Ljudets fart i luft... 4 Buller, eko och resonans... 4 Vilket frekvensomfång människan kan höra?... 4 Ultraljud och infraljud?... 4

2 Visste du att... 6 Exempel på ljudkällor Gitarr med strängar som vibrerar Saxofon med bladet i munstycket som vibrerar Högtalare som är satt i vibration tack vare att elektrisk ström växlar i högtalaren Stämband är satta i svängning - exempelvis hos en katt som jamar

3 Hur ljud uppstår Om ett föremål sätts i att svängning kommer samtidigt luften omkring föremålet sättas i svängning. Ex om man håller en linjal hårt mot ett bord samtidigt som halva linjalen befinner sig utanför bordskanten bildas ett ljud då linjalens spänns och sedan släpps.

4 Slår man ihop två metallföremål kommer även dessa att börja vibrera. Detta känner man då man håller i metallföremålen. Ibland känns det så obehagligt att man vill släppa föremålen. Även metallföremålen sätter omgivande luft i svängning. Den svängande luften når våra öron och vi hör en ton. Anledningen till att vi kan höra ljudet beror på att inne i örat så finns det en trumhinna. Trumhinnan är ett litet membran som svänger i samma takt som ljudets förtätningar och förtunningar. Nervimpulser skickas till hörselcentrum i hjärnan.

5 Så här fungerar örat Örat består av tre delar När man säger örat tänker man kanske i första hand den del som syns, nämligen ytterörat. I själva verket består örat av tre delar: ytterörat mellanörat innerörat. Ytterörat samlar upp ljud Ytterörat består av öronmusslan och hörselgången. Öronmusslan innehåller elastiskt brosk, medan hörselgången består av ben. Både öronmusslan och hörselgången är klädda med hud. Huden i hörselgången innehåller körtlar som bildar

6 öronvax. Ytterörats viktigaste uppgift är att fånga upp ljud och leda in det i örat. I mellanörat sitter hörselbenen Mellanörat ligger väl skyddat i skallens tinningben. Mellanörat består av trumhinnan, trumhålan, de tre hörselbenen och örontrumpeten. Längst in i hörselgången sitter trumhinnan utspänd. Den är oval med en diameter på ungefär en centimeter. När ljud når trumhinnan sätts den i rörelse. Hålrummet innanför trumhinnan kallas trumhålan. Trumhålan är fylld med luft och har förbindelse med svalget genom örontrumpeten. Örontrumpeten har till uppgift att utjämna trycket på trumhinnans båda sidor. Det sker varje gång man sväljer eller gäspar. I trumhålan finns de tre hörselbenen, hammaren, städet och stigbygeln. Hammaren är fäst vid trumhinnan och är dessutom ledad mot städet, som i sin tur har kontakt med stigbygeln. På detta sätt bildas en kedja av de tre små hörselbenen. Stigbygeln fäster i en öppning mellan mellanörat och innerörat. Öppningen kallas ovala fönstret. Hörselbenen har till uppgift att överföra trumhinnans svängningar till innerörat.

7 Innerörat Det var lite om hur örat fungerar. Repetera och fundera!

8 Frekvens och tonhöjd I början av häftet lät vi en linjal sticka ut från ett bord. Då vi böjde den och släppte den så uppstod ett ljud. Om vi istället låter den sticka ut längre från bordet och därefter slår an den, uppkommer en ton som är lite mörkare. En mörkare ton uppkommer då linjalen svänger färre gånger per sekund. Öronen träffas alltså av färre svängningar per sekund. Vi säger att tonen är lägre, eller att vi har en låg ton. Är istället endast en liten del av linjalen utanför bordskanten och vi slår an den, uppkommer en högre ton. Denna ton svänger fler gånger per sekund. Detta gör att öronen träffas av fler svängningar per sekund. Hz (Hertz) är en enhet för ljud. Den betyder antal svängningar per sekund. Fler svängningar per sekund ger en högre ton (högre frekvens (Hz)) Färre svängningar per sekund ger en lägre ton (lägre frekvens (Hz)) Då man pratar om höga eller låga toner kan även begreppet tonhöjd användas.

9 Decibelskalan (hörbarhetsgränsen, smärtgränsen och skaderiskgränsen) Decibelskalan är ett sätt att mäta hur starkt ett ljud är. Ju starkare ett ljud är desto mer ont i öronen får man. I dagligt tal säger man att man ökar volymen på exempelvis en stereoanläggning. Decibelskalan är uppbyggd så att ex 20 db är ett dubbelt så starkt ljud som 10 db. 40 db är 4 gånger starkare än 20 db. Testa dig själv! Fråga 1: Vad skiljer ett starkt ljud från ett svagt ljud? Fråga 2: Vad gör man för fel då man säger att man höjer ljudet på stereon? Fråga 3: Vad skiljer en hög ton från en låg ton?

10 Hur ljud uppkommer och transporteras genom luften. Ta hjälp av partikelmodellen. Ljudets Ljudets är 340 m/s. fart i luft Generellt gäller att tätare ett ämne är fart i luft ju desto fortare går ljudet. Ljudets fart i vatten är 1500 m/s och ljudets fart i stål är 5100 m/s. Buller, eko och resonans Buller: Som du såg på bilden innan med högtalaren så har vi lika stort avstånd mellan ljudvågorna. Vi har en konstant ton.

11 Hos buller är längden mellan ljudvågorna ojämn dvs. tonen varierar på ett oregelbundet sätt. dessutom varierar amplituden på ett oregelbundet sätt. Upplever man ljudet som obehagligt kallas ljudet för buller. Eko: Om man säger ex hej i närheten av en bergvägg, verkar det som om bergväggen envisas med att säga hej tillbaka. Fenomenet kallas för eko. Eko innebär att ljudvågorna studsar mot bergväggen och färdas tillbaka till personen som sade hej. Det kortaste avstånd mot en vägg som du kan stå för att höra ett eko är ca 17m. Det kan man räkna fram på följande sätt: Forskare har fått fram att det den kortaste tiden mellan två ljud som vi kan höra är 0,1 sekunder. Är det kortare än 0,1s mellan ljuden så kommer vi att höra de två ljuden som ett ljud. Ljud färdas med 340m/s och på 0,1s färdas ljudet då 34m. Från det du skriker tills ljudet kommer tillbaka måste det alltså gå 0,1s. Ljudet ska gå till väggen och tillbaka. Dvs 34/2=17m. Resonans: Om man en stämgaffel slås an uppkommer en klar ton. Då denna frekvens överförs till ett annat föremål så svänger även denna i samma takt. Man säger att föremålet är i resonans med stämgaffeln. Testa att slå an en stämgaffel (med resonanslåda) samtidigt som du håller en annan stämgaffel (med resonanslåda) nära. Dämpa svängningarna på den startade stämgaffeln och se vad som händer med den andra stämgaffeln. Fenomenet

12 kallas resonans. Testa själv : ) Vilket frekvensomfång människan kan höra? Vi människor kan höra frekvenser mellan 20 och Hz. En Herz (1 Hz) innebär en svängning per sekund. 20 Hz innebär 20 svängningar per sekund. Ultraljud och infraljud? Allt ljud under 20 Hz kallas för infraljud. Detta ljud kan vi inte höra. Forskning har visat att vissa infraljud kan vi må dåligt av och vissa ljud gör att vi blir trötta. Ultraljud har en frekvens över Hz. Dessa ljud kan vi heller inte höra. Vid fosterdiagnostik används dessa ljud. Ultraljudsapparaten skickar ut ultraljud. Ultraljudsapparaten hålls mot mammas mage. Ljudvågorna studsar tillbaka från fostrets olika vävnader inne i mammas mage. Görs detta kontinuerligt kan vi se barnet röra sig på en TV-skärm. Fladdermöss skickar också ut ultraljud. Ultraljuden studsar mot olika föremål som fladdermusen lokaliserar. Vissa av dessa är tänkbara byten. Ekot kommer tillbaka till fladdermusen. Även hundar kan höra ultraljud. Hundvisselpipor sänder ut ultraljud. Då man blåser i dessa hör vi människor ingenting alls. För hunden däremot, låter det mycket.

13 Visste du att Visste du att ordet akustik kommer från grekiskan och betyder att göra sig hörd!? Visste du att buller är den fjärde största faktor när det gäller arbetsrelaterade skador i Sverige!? Visste du att hörselnedsättning pga. buller är den vanligaste arbetssjukdomen i Europa!? Visste du att ca arbetstagare har hörapparat!? Visste du att var 4:e patient med svår tinnitus är lärare!? Visste du att ca 17% av Sveriges befolkning har tinnitus!? Visste du att blåvalen har djurvärldens starkaste läte, db. (Ett jetplan kommer upp i 140 db)!? Visste du att skillnaden mellan det svagaste och starkaste ljudet vi kan höra är , eller som man brukar säga, 140 db!? Visste du att man inte ska dämpa ett klassrum för mycket, för då minskar taluppfattbarheten? Visste du att ljudet går med ca 344 m/s i luft och ca 5100 m/s i stål!?

14 Visste du att låga frekvenser (basljud) går igenom de flesta väggar medans höga frekvenser (diskant) studsar tillbaka!? Visste du att det uppmätts ljudstyrkor på upp till 135 db på konserter i Sverige (smärtgränsen går vid 125 db!?) Visste du att hundar kan höra toner upp till Hz (dvs väldigt ljusa toner). En frisk människa kan höra upp till Hz. Visste du att år 1883 mättes ljudnivån på vulkanen Krakatoa upp till 180 db...16 mil bort!!!? (ett jetplan ger upphov till ca 140 db starka ljud