Akustik- läran om ljud

Akustik- läran om ljud

Inledning: Vad är egentligen ljud? Jo, det är vågor som rör sig i luft eller i andra ämnen. Tryckskillnader i material. Ljudvågorna måste nämligen ha något att röra sig i, annars kan vågorna inte röra sig framåt. På månen finns ingen atmosfär, därför är det helt knäpptyst där. Inte ens en explosion hörs, för ljudet har ingenting att röra sig i. Man skulle kunna tro att ljudet rör sig väldigt snabbt i luft. Men det material som ljudet rör sig snabbast i är metaller. Nästan 5000m/s. Medan ljudet i luft bara rör sig 340m/s. I vatten däremot rör sig ljudet 4 gånger snabbare än i luft. Det förklarar varför du ofta hör ett brummande ljud när du dyker under ytan i en sjö tex. Du hör då en avlägsen motorbåt som du inte hör ovanför vattenytan

Ljus eller mörk ton?

Det vore ju tråkigt om man bara kunde höra en ton. Men som tur är så är det inte så. Det finns mörka och ljusa toner som örat kan uppfatta. Detta mäts med Hz (Hertz) =svängningar per sekund. Ju färre svängningar desto mörkare blir ljudet. Ju fler svängningar per sekund desto ljusare blir ljudet. Människan kan uppfatta ljud från 20-20.000 Hz. När man blir äldre blir siffran annorlunda, 20-10.000 Hz ungefär. Ju fler svängningar per sekund det blir desto kortare våglängd. Våglängden är längden mellan 2 toppar i en ljudkurva. Men hur många eller hur få svängningar per sekund som helst kan människan inte uppleva.

Infraljud: Toner under 20 Hz finns men vi kan inte höra ljudet. Ljuden kallas för infraljud. Sådana ljud kan tex komma från borrmaskiner. Även om man inte hör ljudet kan det kännas i kroppen, vara    

påfrestande.

Ultraljud: Ljud över 20.000 Hz kan vi inte heller höra, men de finns också. De ljuden kan också vara påfrestande för kroppen. Men många djur kan höra ultraljud. Som hundar, insekter och fladdermöss. Om man blåser i en hundvisselpipa kommer det inget ljud (tror du ja) Men hunden kommer springande ändå. Förklaringen till detta är att det kommer ultraljudsvågor som bara hunden kan höra och inte du. Luftpelaren är väldigt kort på visselpipan. Därför blir det ett så ljust ljud. Fladdermusen använder ultraljud som eko. Den sänder ut ljud runt 100.000 Hz. Den märker då när ljudet stuttsar tillbaka och kan på det viset orientera sig i mörkret. Vi människor har också en stor användning av ultraljud. I ekolod skickar man ner ljud i vattnet för att mäta botten eller ett fiskstims djup. Eftersom man vet ljudets hastighet i vatten vet man också hur långt det är till exempel botten. Man använder också ultraljud för att undersöka foster i mammors magar. Allt detta ljud ritas som ljudvågor. Kort våglängd: ljusare ljud. Lång längd på höjden: starkt ljud. Oregelbundna ljudvågor och hopblandade ljudvågor ger upphov till buller. Buller är inte toner utan buller och bång och oregelbundna ljudvågor helt enkelt. Som prat i ett högljutt klassrum. För mycket och för högt buller kan ge skadad hörsel. Amplituden är halva ljudvågens längd, från mitten och neråt eller uppåt. Alltså ljudets styrka. Ljudet styrka mäts i decibel, men det kommer jag till senare.

Exempel på ljudkurva:

Hur bildas ljud?

För att få ljud måste något material komma i svängning så att det uppkommer ljudvågor. Med rösten kan vi bilda ljud. När vi bildar ljud i struphuvudet spänner vi stämbanden och sluter stämbanden nästan medan vi andas ut luft genom lungorna. Stämbanden vibrerar och luften kommer i medsvängning. Munhålan och bihålorna fungerar som resonanslådor som förstärker ljudet.  Sedan  formar vi läpparna eller använder tungan för att få fram det ljud vi vill ha. Resonans betyder medsvängning. Alltså när något material hänger med något annat material i svängningarna. Det förstärker ljudet. En akustisk gitarr har en resonanslåda för att få ljudet att låta starkare. När du slår på en sträng vibrerar luften kring strängen. Ju hårdare du slår desto mer vibrerar luften och då blir det en starkare ton. Luften i resonanslådan vibrerar i samma takt som luften kring strängen. Och då hörs en ton. Hur stor egenfrekvensen är beror på hur lång strängen på tex en gitarr är eller hur spänd den är. Är strängen lång och ej hårt spänd blir det en låg ton, låg egenfrekvens, långsam svängning. Är strängen kort och hårt spänd blir det en hög ton, hög egenfrekvens och en snabb svängning. När man trycker på ett band på gitarren förkortas strängen och tonen blir ljusare därmed högre egenfrekvens. Svängningarna får med sig luften i resonanslådan och bildar en ton. Det fungerar ungefär på samma sätt i en högtalare i en elgitarr tex fast svängningarna blir ljud på ett elektroniskt sätt. Ljudet från elgitarren går genom sladden och in i högtalaren. I högtalaren finns en spole, en magnet och ett membran. Svängningarna från ljudet sätter spolen i rörelse som ändrar strömmen och ändringen sätter membranet i rörelse som förstärker ljudvågorna och ut ut högtalaren kommer det ett ljud. Är högtalaren styrd med digitalisering översätts först ljudet till ettor och nollor och sedan till ljud igen. Kort sagt bildas ljud genom tryckändringar i material.

Örat:

Man kan jämföra örat mer en Karl-Johans svamp. Det som syns av örat utifrån är ju bara öronmusslan, men örat är å mycket större. En svamp är inte bara det som syns över marken, det är också ett väldigt stort nät av rötter under marken, så kallat mycel. Örat består av 3 delar. Ytterörat, Mellanörat och Innerörat. Ytterörat med öronmusslan och hörselgången. Mellanörat finns på andra sidan trumhinnan och består av de 3 hörselbenen, hammaren, städet och stigbygeln. Innerörat består av snäckan och balansorganet plus hörselnerverna.

Här är en genomskärning av örat.

Örats delar: Öronmusslan, hörselgången, trumhinnan, hammaren, städet, stigbygeln, det ovala fönstret, det runda fönstret, snäckan, balansorganet (båggångarna,jämviktsorganet) och örontrumpeten.

Alla dessa delar i örat behövs för att fånga upp ljud. Men på vägen händer det mycket med ljudet innan vi uppfattar det och förstår det. Nu kommer jag beskriva vad som händer med ljudet i örats alla delar. I detta exempel använder vi fågelsång.

Ponera att en blåmes sänder ut ljudvågor i luften när den kvittrar. Du befinner dig inom hörbart avstånd och din öronmussla tar emot fågelsången. Ljudet går i hörselgången och ljudvågorna sätter trumhinnan i svängning. Trumhinnan är en viktig hinna som tar upp alla ljud och på båda sidorna av trumhinnan måste det vara ett jämt fördelat tryck. För att det ska kunna fungera är mellanörat kopplat till svalget och näsan. Blir det ojämnt tryck kan man därför genom att andas in luft utjämna det trycket. Trumhinnan har kontakt med de tre hörselbenen hammaren, städet och stigbygeln, dessa ben förstärker ljudet och sätts i medsvängning. Därför kan mellanörat betraktas som en resonanslåda. Stigbygeln sitter ihop med det ovala fönstret, en hinna som sedan leder ljudet till innerörat. Svängningarna överförs till snäckan. I snäckan finns det en vätska och många hörceller. Hörcellerna omvandlar svängningarna till nervimpulser som sedan genom hörselnerven överförs till hjärnan och vi uppfattar ljudet. Membranet som hörcellerna sitter på är på vissa ställen mjukt och på vissa hårt. Det mjuka membranet tar emot låga toner och det hårda höga toner. Hjärnan tar emot ljudet via hörselnerverna och kan med hjälp av membranet veta vilka toner som är höga och vilka som är låga. På det sättet hör vi ljud. Det låter krångligt. Men det är just vad som händer varje gång du hör ett ljud. Häftigt va?

Ta hand om din hörsel:

Ljud kan också låta starkt eller svagt. Hur starkt ljud som helst tål inte ditt öra. Trumhinnan som skyddar ditt öra kan få skador av starka ljud. Det kan vara skador som nedsatt hörsel, tinnitus eller att bli helt döv. Du kan utsättas för sådana skador när du lyssnar på hög musik i dina hörlurar under en lång tid, i slöjdsalen eller på en konsert. Och det värsta är att sådana skador är obotliga. Sjukdomen "nedsatt hörsel" är alltså något du inte kan påverka när det väl händer. Men du kan däremot förebygga den genom att använda hörselskydd vid högljudda tillfällen. Det är en viktig sak om du är rädd om din hörsel. Det som händer är att trumhinnan inte tål för stora svängningar eller för högt tryck, trumhinnan skadas och försämras. Den reagerar inte längre på små svängningar dvs låga ljud. Och en människ...