Sammanfattning av ljudets värld

Ljud är en form av energi. Det kan produceras, flyttas, utföras, fördelas över tid och avstånd, och bär på en enorm mängd energi. Det låter bara så länge det finns energi i systemet för kontinuerligt uppehåll. Det definieras bäst som något hörbart. Det är faktiskt en våg, en serie vibrationer som passerar genom ett medium, inom ett frekvensområde som uppfattas av det mänskliga örat. Det kan också spridas genom gaser, vätskor och fasta ämnen, men kan inte höras i vakum, som till exempel i rymden. Men vad mer behöver vi veta om det? Låt oss undersöka!

Så ljud är en horisontell, mekanisk våg. Detta orsakas av fram-och-tillbaka vibrationer av partiklarna i mediet genom vilket ljudvågen rör sig. Materialets vibrationer får partiklarna i det angränsande mediet att vibrera, så de upptäcks av hörselreceptorerna. Detta kallas ljud. Det är dock viktigt att notera att ur en fysisk synvinkel betraktar vi själva vågorna av vibrationsrörelsen som ljud, oavsett om det mänskliga örat hör det eller inte. Det är också viktigt att ljud behöver medium för att resa. Det kan färdas genom vilket medium som helst, men som nämnts i inledningen, inte i vakum. Det finns inget ljud i yttre rymden eftersom det inte finns något material för ljudvibrationerna att färdas i. När vibrationerna är snabba hör vi ett högt ljud och när de är långsamma hör vi ett djupt ljud.

Egenskaper för ljudvågor

Ljud är vanligtvis hörbart för det mänskliga örat när dess frekvens och antalet vibrationer kan mätas i området 20 till 20 000 per sekund, men detta intervall kan variera mycket från individ till individ. Ljudvågor som har en frekvens som är lägre än vad som är hörbart för människor kallas subljud eller infraljud, och de vars frekvens överstiger det hörbara området definieras som ultraljud. En ljudvåg presenteras vanligtvis grafiskt av en vågig, horisontell linje, men denna graf är bara en representation och inte en verklig bild av en våg. Ljudvågen orsakas av tryckförändringar orsakade av vibrationer.

Det finns lågtrycks- och högtrycksområden.

Högtrycksområden betecknas som toppar och lågtrycksområden som dalar, och det fysiska avståndet mellan två på varandra följande toppar och dalar i ljudvågen kallas våglängd. Amplitud är mängden kompression eller expansion som uppstår i ett material som genomkorsas av en ljudvåg. Stor amplitud betyder högt brus och liten amplitud betyder ett tyst ljud.

Frekvens hänvisar till den hastighet med vilken ett visst ljud färdas genom luften. Det beräknas i cykler per sekund. SI-enheten för frekvens är Hertz. Hastighet kan beräknas som produkten av frekvens och våglängd. Av formeln kan man dock dra slutsatsen att det finns ett omvänt samband mellan frekvens och våglängd, vilket innebär att till exempel en dubbelt så stor sträng har halva vibrationstalet och en vibration med högre frekvens har ett högre ljud. Ljudhastigheten är en funktion av mediet: 340 meter/sekund i luft, 1500 meter/sekund i vatten, och slutligen mellan 2500 och 6000 meter/sekund i fast material.

Som ett resultat sprider sig ljud bättre i fasta ämnen och vätskor och är därför mer märkbart. Ljudhastigheten ändras också beroende på temperaturen av materialet det förs igenom, om än litet. I varmare luft färdas ljud med något högre hastighet, medan i kall luft är hastigheten lite lägre än 340 meter per sekund. Eftersom ljudledningsförmågan beror på mediets densitet är fasta ämnen bättre ledare än vätskor och vätskor är effektivare än gaser. Ljudvågor kan studsa, bryta, böjas och absorberas, precis som ljusvågor. Reflektionen av ljudvågor kan resultera i eko – en viktig faktor i akustiken i teatrar och auditorier.

En ljudvåg kan förstärkas av vågor från ett objekt med samma vibrationsfrekvens, men en kombination av vågor med olika vibrationsfrekvenser kan orsaka slag eller pulseringar eller andra typer av störningar. Det är intressant att fundera på vad denna hastighet på 340 meter/sekund uppmätt i luften betyder. Det kanske märks mer om det konverteras till kilometer i timmen format, här motsvarar det 1224. I sådana hastigheter kan stridsflygplan flyga. Överljudsflygplan kan överskrida ljudets hastighet. Det knäppande ljudet som uppstår vid korsningsögonblicket kallas ljudexplosion.

Vad är hörsel?

Till skillnad från lukt- eller smakuppfattning som är baserade på kemiska interaktioner, är hörseln en mekanisk process där örat omvandlar uppfattade ljudvågor till elektriska signaler som hjärnan kan förstå. Vår hörapparat består av ett antal fungerande komponenter. Ytterörat samlar in ljud som skapar vibrationer i trumhinnan i mellanörat. Innerörat tar emot dessa vibrationer och skickar dem till hörselnerven. Dessa impulser kommer så småningom in i våra hjärnor, som översätter dem till det vi hör. Hörsel hänvisar alltså till medvetenheten om existensen av ljud och bestämningen av ljudets betydelse. Det börjar som en vibration som når hjärnan genom hörselsystemet – där vi faktiskt hör det.

Vad är decibel och hur mäts det?

Decibel (förkortat dB) är en måttenhet som används för att mäta ljudets intensitet. Decibelskalan är lite märklig eftersom det mänskliga örat är otroligt känsligt. Våra öron hör allt från det svaga suset av fingertoppssmekning till den irriterande högljudda jetmotorn. Kraftmässigt är ljudet från jetmotorn cirka 1 miljard gånger högre än det minsta hörbara ljudet. Detta är en enorm skillnad! På decibelskalan är det minsta hörbara ljudet (nära helt tyst) 0 dB. Tio gånger starkare ljud är 10 dB. Ljudet är 100 gånger högre än nästan fullständig tystnad vid 20 dB. Ljud på 30 dB är nästan 1000 gånger högre än nästan fullständig tystnad. Här är några vanliga ljud och deras värden på decibelskalan:

• Nästan fullständig tystnad – 0 dB
• En viskning – 15 dB
• Normal konversation – 60 dB
• En gräsklippare – 90 dB
• Tutan på en bil – 110 dB
• En rockkonsert eller en jetmotor – 120 dB
• Ett skott eller smällare – 140 dB

Självklart vet vi av egen erfarenhet att avståndet avsevärt påverkar ljudets intensitet – när man är längre bort minskar kraften avsevärt. Alla ljud över 85 dB kan orsaka hörselnedsättning, och förlusten är relaterad till ljudvolymen och exponeringslängden. Åtta timmars 90 dB ljud kan skada örat, och exponering för ljud på 140 dB kommer att orsaka omedelbar skada och verklig smärta.

DB