Ljud

Ljud

Mekaniska vågor vars frekvenser faller inom intervallet för hörsel

Under­klass till	ljudvåg,longitudinell våg
Anv­änd­ning	kommunikation,audiell perception,musik
Studeras inom	akustik,fonologi
Motsats till	tystnad

Ljudvågor är skillnader i täthet hos det medium vågorna färdas genom. Ljusa områden illustrerar luft med lägre densitet än normalt, mörka partier luft med högre densitet än normalt.

Ljudärmekaniska vågor,en varierandetäthetsom överförs av ettfast ämne,vätskaellergas,vars frekvenser faller inom intervallet för hörsel med en nivå som är tillräckligt stark för att höras, eller känslan av sådana vibrationer som stimulerar hörselorgan. Ett exempel på hörselorgan är öron.

Ljudets hastighet påverkas av mediets egenskaper (bland annat dessdensitet,hårdhet,elasticitetsmodul).

Fysikaliska egenskaper

Sinusvågormed varierande frekvenser.
Vågorna under den röda har successivt ökande frekvens. Den horisontella axeln representerar tiden.

Demekaniska vågorvilka uppfattas som ljud kan färdas genom alla former av materia: gaser, vätskor,fasta ämnenochplasma.Materian som leder ljudet kallas medium. Ljud kan inte färdas genomvakuum.

Longitudinella och transversella vågor

Ljud som transporteras via gaser, plasma och vätskor kallaslongitudinella vågor,även kallade kompressionsvågor. Ljud som färdas genom fast materia kan överföras genom både longitudinella vågor ochtransversella vågor.

Ljudets hastighet

Ljudets hastighet beror på det medium vågorna passerar och är en grundläggande egenskap för materialet. I luft, vid 20°C,är hastigheten 343 m/s (1 235 km/h). I färskvatten, vid 20 °C, är ljudets hastighet ungefär 1 482 m/s (5 335 km/h) och i stål är hastigheten ungefär 5 960 m/s (21 460 km/h).

Ljud och hörsel

Med ljud menas inte bara den mekaniskavågrörelsen,utan ävenhörselförnimmelsen.Ljudvågor transporterar relativt lite effekt. En talande person sänder bara ut någon tusendels watt, vilket verkar rimligt då det inte är någon större ansträngning att tala. Ljud vore i stort sett utan intresse, ja, ljud skulle faktiskt inte ens finnas, om det inte fanns djur som exempelvis vi människor som kunde uppfatta små tryckvariationer i luft med hörseln.^{[källa behövs]}Vid ett frågeprogram på radio,Svar idagställdes en gång frågan, huruvida det uppstår ljud då exempelvis en sten faller i marken från ett berg på en avlägsen planet. Svaret från experten (sannolikt astronomenPeter Nilson) blev något förbryllande:” I princip, nej.” Han förklarade, att om det inte finns någon organism närvarande som är utrustad med ett sinnesorgan som uppfattar sådana skillnader i luftens täthet som vi definierar som ljud, så uppstår heller inga ljud. Skillnader i planetens gasatmosfär i form av tryckskillnader skulle visserligen uppstå, men inte det vi kallar ljud. Detta kan i förstone låta paradoxalt, men ’ljud’ i dess betydelse av ’hörselförnimmelse’ är ingen naturlag. Därtill fordras en organism som kan uppfatta och tolka ljudvågor som just ljud. För oss människor är det exempelvis fullkomligt irrelevant i vad mån personer i vår omgivning alstrar elektromagnetiska fält förutom synligtljus,eftersom vi, i motsats till vissa fiskar, saknar ett sinne som specifikt registrerar annan elektromagnetism än synligt ljus. Beträffande sådan elektromagnetism är vi således helt” döva”.

Hörbart ljud harfrekvensersom ligger inomhörbarhetensgräns, vilken förmänniskansdel ungefär omfattar området 20–20 000Hertz.Ljud med lägre frekvens än 20 Hz kallasinfraljudoch ljud med högre frekvenser än 20 000 Hz kallasultraljud.Trots att vi inte kan uppfatta infraljud med vår hörsel, upplever vi detta ofta såsom obehagligt. Helt tydligt kan vi med andra ord uppleva infraljud med andra sinnesorgan än just hörseln, möjligen med hjälp av tryck- och lägesreceptorer i muskler och senor. Ciarán O’Keeffe, doktor imusikoch psykologi samt undersökande parapsykolog, är övertygad om att exempelvis den känsla av” närvaro” av avlidna personer som medier upplever i så kallade hemsökta hus, i själva verket är någon form av infraljud. I ett program som sändes påDiscovery Channelvisade han att ett kontor, som redan från första början stämplades som en plats för spöken, låg i riktningen av en biltunnel, vilken vid lämpliga vindförhållanden, likt en gigantisk orgelpipa alstrade mycket lågfrekventa och kraftiga infraljud.

Ljudvågor fångas upp avytterörat(öronmusslan) och den yttre hörselgången och leds in mottrumhinnan,som sätts ivibration.Rörelsen överförs med hjälp av de trehörselbenenhammaren,städetochstigbygelntill detovala fönstret,som sitter i ena ändan påhörselsnäckan.Hörselsnäckan består av en snäckformad tunnel, delad i två kanaler av ett par membran,basalmembranet,på vilketsinneshårensitter, ochvestibularmembranet.Hörselsnäckan avslutas medrunda fönstretsom även det är ett elastiskt membran. När vätskan i hörselsnäckan via ovala fönstret sätts i svängning uppstårvågmönsteri vätskan som deformerar basilarmembranet. Deformationen, som ger information om den inkommande signalens frekvens och amplitud, registreras av sinneshår som skickar signalen vidare tillhörselcentrumi hjärnan viahörselnerven.Frekvensselekteringen sker alltså primärt i basilarmembranet.

En person medhörselnedsättningkan ha nedsatt hörsel antingen på ett öra eller på båda öronen. En hörselnedsättningen kan vara ärftlig, medfödd eller tillkommen senare i livet.Den kan bero påinfektionerhos mamman orsakade före födsel av t.ex.rubella,cyt Omega lovirusochsyfilis,eller orsakade senare i livet av infektioner i som bakteriellmeningitochotitismedia (öroninflammation).

Ljudhastighet och vågutbredning

Ljud- och vibrationsvågor är mekaniskaelastiskavågor,vilket innebär att villkoret för vågornas existens är att mediet harmassaochelasticitet.Om enmasspartikelförskjuts från sitt ursprungsläge kommer de elastiskakrafternaatt försöka återföra den till ursprungsläget. När partikeln rör sig kommer de elastiska krafterna att påverka närliggande partiklar så att svängningsrörelsen sprids. Denna spridning avvibrationerär en form av vågutbredning. Ljudvågen kan ses som enenergibärandestörning som medför elastiska svängningar omkring vilolägen för partiklarna i mediet.

Det finns i huvudsak två typer av vågor,longitudinellaochtransversella vågor.De longitudinella vågorna har partikelrörelse som är parallell med utbredningsriktningen. Elastiska vågrörelser igaser(fluider) är av longitudinell typ, vilket beror på attskjuvspänningarinte kan förekomma i gaser och vätskor. Om partiklarna svänger i en riktning som är vinkelrät mot utbredningsriktningen kallas vågen transversalvåg. Exempelvis är vågrörelser på ytan av stillastående vattensamlingar till stor del transversella. Inom akustiken är denna typ av vågrörelse en viktig komponent vid beskrivningen av fasta material.

Ljud fortplantar sig med en visshastighet,vilket betyder att det tar en viss tid för ljudet att nå mottagaren från det att det sändes. Jämför medåskväder;först sesblixten,en viss tid därefter hörs knallen. Om hastigheten varit obegränsad hade ljudet nått mottagaren samtidigt som det uppstod vid källan och om hastigheten varit noll hade någon ljudutbredning inte skett.

Ljud fortplantar sig med olikahastigheteri olika medier och bestäms av medietsstyvhetochdensitet.För longitudinella vågor och transversella skjuvvågor är ljudhastigheten enmaterialkonstant.I luft är den 343 m/s vidtemperaturen20 °C. I luft och iideala gaserökarljudhastigheteni proportion tillkvadratrotenur denabsoluta temperaturen(iKelvin), men den är oberoende avlufttrycketoch påverkas endast marginellt avluftfuktigheten.Longitudinella ljudvågor färdas med 5 200 m/s istål,medan de färdas med omkring 50 m/s i ettgummiliknandematerial. I luft (och andra longitudinella vågor) är hastigheten alltså en konstant, vilket innebär att ljudet behåller sin form medan det fortplantar sig, det vill säga det är samma ljudsignal som når mottagaren som sänds från källan.

I fasta material kan ljud även fortplanta sig somtransversella skjuvvågoroch i tunna fasta strukturer som plattor ochbalkarsomböjvågor.Böjvågor är speciellt viktiga då dessa med relativt stor effektivitet strålar ut ljud till omgivningen.

Ljudets vågutbredning kanmatematisktbeskrivas med hjälp av endifferentialekvationkalladvågekvationen.I det homogena fallet

${\frac {\partial ^{2}p}{\partial x^{2}}}+{\frac {\partial ^{2}p}{\partial y^{2}}}+{\frac {\partial ^{2}p}{\partial z^{2}}}-{\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}p}{\partial t^{2}}}=0$

därpärljudtrycketochcär ljudhastigheten.

Ljudets styrka

Ljudets styrka kan uttryckas i olika fysikaliska storheter, så somljudtryckochljudintensitet.Ofta uttrycks styrkan i dessljudnivåmed det logaritmiska måttetdecibel(dB). Man talar därför om ljudtrycksnivå och ljudintensitetsnivå, etc.

Andra egenskaper

Ljud som upprepas en eller flera gånger, genom naturlig reflektion eller artificiella metoder, kallasekoom man tydligt hör varje enskild vågfronts passage. Ett specialfall ärfladderekosom uppkommer mellan två parallella reflekterande ytor – ljudet av en handklapp låter då nästan som en fjäder. Om man inte tydligt hör varje reflex så talar man i stället omefterklang.

Ettljudfältsom inte är påverkat av eko eller reflektioner från olika ytor och objekt kallas ettfritt fält.Ljudfältet består då bara av det direkta fältet frånljudkällan.

Dopplereffektenär ett fysikaliskt fenomen, som innebär en förändring avfrekvensenhos en ljudsignal beroende på omljudkällannärmar sig eller avlägsnar sig i förhållande till observatören. Detta beror på att ljudkällans hastighet dras från eller läggs till ljudets hastighet.

Haas-effektenär att ifall man har två likadana ljud från olika ljudkällor men där den ena ljudkällan är något fördröjd, så upplever man att riktningen är från den som inte är fördröjd. Dvs, fördröjer man till exempel vänster hörlur med 2–30msuppfattar man att ljudet kommer från höger hörlur. Detta kan man prova själv på datorn, genom att sätta 30 ms tystnad i början av ena kanalen i en ljudfil, men blir tidsskillnaden större än 50 ms, så uppfattar man det som två separata ljud.

Kamfilterbildas om man slår ihop två likadana signaler varav den ena är fördröjd. Det är en förändring i frekvensresponsen. Om källornas frekvensrespons är jämn, iakttas den summerade signalen som en kam i spektrumanalysatorn. Flanger, som bland annat är en gitarreffekt, är ett kamfilter som dessutom rör på sig, dvs. fördröjningen oscillerar.

Teknik och kommunikation

Akustikreglering

När man vill förändra de akustiska förhållandet i ett rum så talar man om att man akustikreglerar rummet.Rumsakustikär den del av akustiken som främst sysslar med ljud i rum. De rum man studerar är oftast sådana därmusikellertalska framföras och nå fram till en lyssnare, exempelviskonsertlokaler,teaterlokaler,hörsalar ochskolsalar.För att skatta rumsakustiska parametrar, så somefterklangstiden,i ett rum kan man använda sig av förenklade teoretiska modeller, somSabines formel,eller mer omfattande modeller somstrålgångsberäkningmed dator. För att förändra akustiken i ett rum använde man sig avljudabsorberandematerial. Vetenskapen om ljud ärakustik.Oönskat ljud ärbuller,vilket är att betrakta som ettmiljöproblem.

Kommunikation på avstånd

För att kommunicera över långaavståndeller i bullrigamiljöerhar man genom historien funnit olika sätt att förstärka eller leda ljud från en plats till en annan. När den mänskligarösteninte räckt till har man utnyttjatakustikeninatureneller till exempel konstruerattalrörförsamtalmellankommandobryggaochmaskinrumombord på ettfartyg.Under1800-taletlärde man sig omvandla ljudets mekaniska svängningar tillelektromagnetiskadito, och tillbaka igen till hörbart ljud, varvid såväl denelektriskahörapparatensomtelefonenskapades. Senare tillkom ljudradioochmegafon.

Lagra ljud

Teknikenattljudinspelningoch att lagra ljud för senareåtergivningbörjade utvecklas i slutet av 1800-talet med den första användbarafonografen.Det första inspelade ljud man hittat är från 1860. Det spelades in på enfonoautografsom uppfanns avÉdouard-Léon Scott de Martinville.Utvecklingen har fortsatt under1900-taletmedgrammofonen,skivspelaren,trådspelarenochbandspelaren.I och meddatornsutveckling har man också tagit fram metoder fördigitaliseringav ljud så att dessa kan lagras på ettdigitaltmedium eller överföras medelstdatakommunikation,och lagras som enljudfil.

Ljuddesign är arbetet med att forma en ändamålsenlig och/eller fördelaktig ljudbild för en vissprodukt,miljöellervarumärke.Det handlar alltså om att viahörselnpåverka en användares upplevelser. Ljuddesign kan också uppfattas som arbetet med att bestämma hur ett visst ljud ska låta.

Användning av ultraljud

Ultraljud är ljud med en frekvens högre än den översta gränsen för människans hörsel (alltså över 20 000 Hz). Inommedicinochindustrianvändsultraljudförmedicinsk diagnostikochteknisk diagnostik,bearbetning ochrengöring.Ultraljud vidgraviditetgörs för att fastställa graviditetens längd och antalfoster.

Stomljud

Stomljud är svängningar i fasta material som alstras till exempel av en maskin eller av människor. Stomljud kan uppträda i en byggnad, där ljudvågorna från exempelvis steg utbreder sig i en dålig ljudisoleradbetongstomme(stegljud) eller i berg från exempelvis en bergborrmaskin eller i samband med sprängningar. Stomljud kan dämpas med enkelsidig beläggning eller med sandwichmetoden (flerskikt). I båda fallen omvandlas svängningsenergin till värme.

Se även

• Dopplereffekt
• Akustik
• Efterklang
• Ljudabsorption
• Ljudisolering
• Ljudsiren
• Ljudteknik
• Tystnad
• Vågrörelse
• Buller
• Hörsel
• Tinnitus
• Fonem

Externa länkar

• Wikimedia Commons har media som rörLjud.
  Bilder & media
• Ljudvågor i luften