Akustik. Läran om ljudet

Transkript

1 Akustik Läran om ljudet

2 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.

3 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.

4 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.

5 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

6 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.

7 Vilka ljud kan vi höra? De ljud vi människor kan höra ligger mellan Hz Den övre gränsen varierar kraftigt. Ju äldre vi blir, desto svårare har vi att höra ljud med höga frekvenser.

8 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)

9 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.

10 Ultraljud Ljud med högre än 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.

11 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.

12 Ljudnivå, forts 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. Upphovsman till bilden är Svenska Grafikbyrån

13 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 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

14 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 Hz. Genom att registrera hur ljudvågorna studsar tillbaka kan de få en bild av omgivningen och på så sätt flyga obehindrat i totalt mörker.

15 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.

16 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.