1.0Hva er lyd?
Lyd [email protected] LYD Page 1 of 12 Lyd [email protected] Page 2 of 12 1.0 Hva er lyd? Lydbølger kalles for longitudinelle (dytte og dra bølger, eller fortettinger og fortynninger). • Simulering av longitudinelle bølger: Simulering av longitudinalbølgjer Bølger i vann til en sammenligning er transverselle, går opp og ned, med bølgedaler og bølgetopper. Det betyr at lydbølger flytter seg ved sammentrykninger og utvidelser, som i en spiralfjær. Luftmolekylene nærmest lydkilden presses sammen. Disse vil igjen skyve på molekylene foran seg – for deretter å bli trukket tilbake av molekylene bak seg. Dette kan vises ved et såkalt trappetroll, en fjær som sklir ned en trapp. Lydbølgene beveger seg altså ved sammentrykninger og utvidelser i lengderetningen. Lydbølgene går 344 m/s i luft ved temp. på 20 grader C, - i rent vann 1.500 m/s, - i massivt stål ca. 6.000 m/s. Før trodde man at høye toner gikk fortere enn dype toner, men vi vet i dag at de beveger seg likt. Lyd må altså ha et medium å gå i, kan ikke gå i vakuum. Lydbølger kan spres i luft (gassblanding). Lyd spres enda bedre i væske (vann), og i faste stoffer. Lyd oppstår altså når noe svinger eller vibrerer. Det må altså tilføres energi for at noe skal vibrere. Lyd sprer noe av den energien utover. Lyd er altså overføring av energi, mekaniske svingninger som blir overført i et stoff (gass, væske eller fast stoff). Med lyd menes i allmennhet hurtige endringer av luftens statiske trykk. Disse endringene oppfører seg som bølger og er en energitransport gjennom luften. Lyd kan registreres av hørselen. Lyd er trykkbølger, eller små vibrasjoner, som beveger seg gjennom lufta. Lyd kan også gå gjennom vann, stein, metall og andre materialer. Lyd kan ikke gå gjennom vakuum, fordi i vakuum er det ingen molekyler som kan vibrere og føre lydbølgene videre. Alle bølger har tre grunnleggende egenskaper som vi kaller for frekvens, amplitude og fase. Noen steder kan det oppstå resonans som forsterker lyden. Lydstyrke måles i decibel. Bølger kan du lese mer om i kapittelet om hverdagsfysikk. Mennesker kan oppfatte lyd i frekvensområdet ca. 20 Hz til ca. 20 kHz (20.000). Luften kan transportere frekvenser lavere enn 20 Hz (kalt infralyd) og høyere enn 20 kHz (kalt ultralyd). Ultralyd kan ha frekvenser langt inn i MHz-området. Dyr har andre frekvensgrenser for hørselen enn mennesket. Lyd forplanter seg med ca. 340 m/s gjennom luften. Hastigheten påvirkes av lufttrykket, temperaturen og til dels av luftfuktigheten. Forskjellige rentonete frekvenser har forskjellige bølgelengder, da l = v/f, hvor v er hastigheten, f frekvensen og l bølgelengen. I allmenhet er lyd sammensatt av en mengde forskjellige frekvenser med individuelle lydstyrker og som alle kan endre seg over tid. En enkelt lyd kan fremstilles grafisk som et spektrum. Vitenskap om lyd kalles akustikk. Lyd [email protected] Page 3 of 12 Lydstyrken fra en kilde avtar med avstanden fra kilden fordi energien i bølgefronten fordeler seg over en stadig større flate. En liten del går også tapt i luften. Lyd sett som fysiske svingninger i et elastisk medium, altså uavhengig av hørsel, forefinnes også i andre gasser enn luft, i væsker og i faste stoffer. Hver av disse oppviser sin egen lydhastighet og egendempning. Ultralydapparater brukes for avbilding av blant annet kroppens indre organer og fostere og er således viktige diagnostiske verktøy. Lyd kan forstrekes. Prøver vi å klimpre på en gummistrikk i lause lufta, blir det nesten ikke hørbar lyd. Fester en derimot strikken til en boks, blir det noe helt annet. Lyd kan forsterkes på prinsipielt tre måter: - Ved resonansbokser, vi får noe annet til å svinge med. Alle gjenstander har egenfrekvens, frekvenser som de lett svinger med. Treffer vi den egenfrekvensen, kan selv små dytt, som for eksempel lyd, gjøre at de svinger kraftig. - En kan prøve å fange opp lyden fra et større område, slik som det ytre øret vårt er formet, eller gamle høreapparater. - Eller en kan lede eller rette lyden i en bestemt retning. Ropert, talatut og stetoskop er eksempel på dette. Lydens bølgenatur tilsier at den kan reflekteres (ekko) og absorberes (akustikkplater). Den primære måleenheten for lydstyrken er Pascal, Pa, som også er den generelle måleenheten for alle slags trykk. Lydens styrke kan også uttrykkes som lydstyrkenivå, eller lydnivå, i desibel, dB, relativt til en standardisert referanse, en lydstyrke på 20 μPa. Lyd 1.0 Hørsel [email protected] Page 4 of 12 Lyd [email protected] Page 5 of 12 Hørbar lyd er svært viktig for mennesket. Av den grunn skiller vi mellom svært mange slags lyder som har fått egne navn, som eksempelvis tale, musikk, støy, fuglekvitter, bekkesus, smell, ekko, piping, uling, ren tone, during, ungeskrik, torden. Lyd kan glede oss og lyd kan gå oss på nervene. Lyden ved stemmen utgjør vår aller viktigste kommunikasjonskanal. Fordi vi er blitt utstyrt med to ører kan vi oppfatte andre aspekter ved lyden vi hører enn bare innholdet. Den viktigste tilleggsegenskapen er at vi kan lokalisere lydens innfallsretning. Hjernen prosesserer også lyden for å gi oss videre utvidete muligheter. Den viktigste av disse er den såkalte coctailparty-effekten. Den gjør oss i stand til å følge en selvvalgt konversasjon i et rom hvor flere konversasjoner er i gang samtidig. Fenomenet lyd utnyttes av forskjellige dyrearter på forskjellig vis, utover ren kommunikasjon. Flaggermusen er et kjent eksempel, den bruker lyd som avbildende instrument ved hjelp munnen som kilde for ultralyd og en nøyaktig, hurtig analyse av ekkoet. Lyder er ofte avslørende og fanger interessen for rovdyr som eksempelvis mus blir funnet av katter på grunn av rasling i løv. Toner og tonehøyde. Øret vårt kan høre lyder fra 20 Hz – 20.000Hz (Hertz), lyder med høyere frekvens kalles ultralyder. Det øvre tone området avtar med alderen. Vi kan ikke høre disse, men det kan noen dyr som delfiner og flaggermus. Frekvens vil si antall svingninger pr. sekund. Lydstyrken måles i desibel. (dB), dvs. større utslag på kurven på et oscilloskop. Slik virker øret På figuren til høyre kan du se en illustrasjon over øret vårt. Åpningen som leder lyden innover i øret, heter øregangen. Øregangen er formet som en trakt, den er smalere innerst enn ytterst .Det gjør at øret fanger opp lyden på best mulig måte. Øregangen leder lyden til trommehinnen. Trommehinnen er veldig tynn. Når lydbølgene treffer trommehinnen, begynner den å vibrere i takt med lyden. Disse vibrasjonene forplanter seg videre til hammeren, ambolten og stigbøylen, som er tre små bein. Her forsterkes svingningene opptil30 ganger og sender dem videre inn i sneglehuset. Heldigvis er det ikke alle lyder som blir forsterket i øret. Kraftige lyder blir dempet i stedet, slik at lyden ikke ødelegger det indre øret. Nederst til høyre på figuren over kan du se et rør som går nedover mot svelget, bak i halsen. Dette røret heter trompeten. Hvis du har vært ute og flydd noen gang, så har du sikkert merket at det bygger seg opp et trykk inne i øret etter hvert som flyet stiger? Trykket blir borte hvis du gjesper. Da utlignes trykket på innsiden og utsiden av trommehinnen. Øret er den mekaniske delen av hørselssystemet. Øreknoklene virker etter vektstangsprinsippet, slik at svingningene som overføres fra trommehinnen til det ovale vindu forsterkes. Dette er en fordel da energien nå overføres til væsken i coclea (sneglehuset). Trykkbølgen løper videre gjennom hele kanalen i sneglehuset og frem til det runde vindu. I mellomtiden omdanner Cortis organ den mekaniske bølgeenergien til nerveimpulser. Det ytre øret (Trommehinnen) Lyd [email protected] Page 6 of 12 Mellomøret (Øreknoklene: Malleus, Incus, Stapes) Det indre øret (Cochlea og Cortis organ) Hørsel er en sans og kalles derfor også hørselssans. Den registrer lydbølger, og selve sansecellene for dette sitter hos mennesket i sneglehuset som ligger i det indre øret. Øret (spesielt Cortis organ) har evne til å omsette mekanisk energi (trykkbølger) til nerveimpulser. Disse ledes via hørselsbanene til auditiv cortex. Der gjenkjennes nerveimpulser med ulike karaktertrekk av forskjellige spesialiserte nevrongrupper som lyd i en eller annen form (toner, støy, språklyder, naturlyder). Men samtidig sendes nedstigende impulser fra auditiv cortex tilbake til kjerner (filter) i hørselsbanene (det corticofugale system). På den måten kan cortex selv til en viss grad velge ut, på basis av ønskede karaktertrekk ved impulstrafikken, hva som skal slippe gjennom til cortex. Lydinformasjonen passerer dermed en rekke nivåer med ulike funksjoner fra øret og frem til hjernebarken (cortex). Noe over halvparten av informasjonen krysser over til kontra lateral hemisfære, men dette merkes aldri i dagliglivets situasjoner. Først når ørene settes i konkurranse ved dikotisk stimulering (to ulike stimuli samtidig i hvert øre) fremtrer denne forskjellen tydelig. Høyre øre får da en fordel hos 94% av befolkningen når det gjelder språk (fordi venstre hemisfære normalt prosesserer språk), og venstre øre får en fordel for musikk. En persons høreterskler på ulike frekvenser kan måles ved audiometri. Hørselstap er betegnelse for en tilstand av delvis eller fullstendig tap av hørselen. http://no.wikipedia.org/wiki/H%C3%B8rselstap Lyd [email protected] Page 7 of 12 Lyd [email protected] Page 8 of 12 Lyd [email protected] Page 9 of 12 Lyd [email protected] Page 10 of 12 Lyd [email protected] Page 11 of 12 Lyd [email protected] Page 12 of 12 3.0 Referanser: Litteratur: ”Fysikk på roterommet” – Ormestad & Øgrim, Universitetsforlaget 1994, s. 35-43. ”Mer fysikk på roterommet” – Ormestad & Øgrim, Universitetsforlaget 1994, s. 77-82 ”Eksperimentboka”, Øgrim & Andersen, Kolofon forlag, 2005, s. 75 – 83. ”Damms store vitenskapsbok”, 198, s. 102-113. ”Slik virker det. Naturvitenskap” Damm forlag. 2003 ”Fysikk for lærere”, HiO 1997, av Pål Kirkeby-Hansen ”Fysikk forsøk”, Andersen & Øgrim, Cappelen forlag 1979 Undervisningsforslag: Naturfag.no: 1. Etter resonans: http://www.naturfag.no/_barn/forsok/vis.html?tid=16333 2. Tråd lyd: http://www.naturfag.no/_barn/forsok/vis.html?tid=152347 3. Håndflateorgel: http://www.naturfag.no/_barn/forsok/vis.html?tid=402598 4. Høre med tennene: http://www.naturfag.no/_barn/forsok/vis.html?tid=152343 5. Tråd telefon: http://www.naturfag.no/_barn/forsok/vis.html?tid=17579 6. Lyd i rør : http://www.naturfag.no/_barn/forsok/vis.html?tid=16823 7. Lyd i metall stav: http://www.naturfag.no/_barn/forsok/vis.html?tid=16311 8. Smell med blad: http://www.naturfag.no/_barn/forsok/vis.html?tid=152700 9. Snurre lyd: http://www.naturfag.no/_barn/forsok/vis.html?tid=16323 10. Spill på flaske: http://www.naturfag.no/_barn/forsok/vis.html?tid=16317 11. Spill på sugerør: http://www.naturfag.no/_barn/forsok/vis.html?tid=152344 Vitensenteret i Trondheim, ”Lag din egen”: http://viten.ntnu.no/lagdinegen.php 12. Håndflateorgel: http://viten.ntnu.no/lagdinegen/haandflateorg.pdf 13. Strikkevirre: http://viten.ntnu.no/lagdinegen/strikkvirre.pdf 14. Hurre : http://viten.ntnu.no/lagdinegen/hurre.pdf 15. Lydballong: http://viten.ntnu.no/lagdinegen/lydballong.pdf 16. Filmboksmembrafon (17.mai blåse): http://viten.ntnu.no/lagdinegen/filmboksmembrafon.pdf 17. Ballongsaksofon: http://viten.ntnu.no/lagdinegen/ballongsaksofon.pdf 18. Boks telefon: http://viten.ntnu.no/lagdinegen/bokstelefon.pdf
© Copyright 2024