Ljudets egenskaper

Ljudhastighet, Frekvens och våglängd

Nu när vi vet hur ljud uppstår kan vi fortsätta med att prata om ljudets hastighet i olika materia (atomsammansättningen påverkar ljudets möjlighet att färdas), ljudets olika frekvenser och våglängd. Som du säkert vet kan du t. ex räkna ut ungefär hur långt bort åskan  har slagit ner genom att säkna antalet sekunder från det att du såg en blixt? Detta kan vi göra då vi vet att ljudet färdas i ca 340 m/ sekund i luft. Vi har även sett filmer där tågrånare har lyssnat på tågrälsen för att veta hur lågt bort tåget är. Detta kan man få fram genom att veta hur fort ljudet färdas i olika material. När det gäller frekvenser är det lättaste att ta musik som exempel. Vi vet mycket väl skillnaden på bas , mellanregister och diskant. Vi kan skilja på olika typer av ljud genom att de har olika styrka (ljudtryckens storlek är olika) och har olika frekvenssammansättning.

• Ljudets styrka bestäms av tryckvariationernas amplitud (se figur 1) och anges i enheten pascal [Pa].
• Ljudets frekvens uttryckt i enheten hertz [Hz] är antalet perioder (svängningar) per sekund (se figur nedan). Frekvensen är ett mått på tonhöjden som vi hör. Låg frekvens = bastoner. Hög frekvens = diskanttoner.
• Ljudets våglängd anges i enheten meter [m].
• Ljudets utbredningshastighet (ljudhastigheten) anges i enheten meter per sekund [m/s].

Ljudstyrka

Trycknivån, amplituden är det som man normalt kallar för ljudvolym. I jämförelse med vatten kan man säga att det är höjden på vågorna som avgör hur starka vibrationerna (ljudet) är. Tryck mäts normalt i Pascal, men för att anpassa trycket till den mänskliga hörseln har man använtsig av en logaritmisk skala, där Pascal är omräknat till decibel. Efter omräkning kallar vi ljudtrycket som har räknats om till decibel för ljudtrycksnivå:

Ljudstyrka i förhållande till frekvens

Det mänskliga örat uppfattar vissa frekvenser bättre än andra och vi kan därför inte enbart lite på det ljud vi upplever. T. ex uppfattar vi mellanfrekventa toner som högre än lågfrekventa trots att de är i samma ljudnivå. På bilden nedan kan vi se hur vi uppfattar olika frekvenser i föhållande till varandra:

För att tyda bilden kan vi utgå från markering 2, där vi upplever en ton på 1000 Hz (1kHz) som 0 dB rent teoretiskt. Om man följer kurvan till markering 1 ser vi att ljudvolymen hade behövt att höjas 50 dB för att vi skulle uppfatta en ton på 50 Hz lika starkt som tonen på 1000 Hz. Detta är ett medelvärde på ett antal testpersoner och den upplevda volymen kan variera från person till person.

Det viktiga är att vi förstår att vi hör vissa toner bättre än andra för att våra öron är optimerade för det frekvensintervallet. Detta blir speciellt viktigt att minnas då vi läser om ljudmaskering längre fram.

Frekvens

Frekvensen avgörs med vilket antal perioder (svängninar) / sekund vibrationerna i luften har. Ju längre och utdragna svängningar, desto lägre frekvens. I vårt båtexempel ovan anger frekvensen hur ofta vågorna slår mot båten.

Våglängd

Det är väldigt lätt att blanda ihop begreppen våglängd och frekvens. Det är inte så konstigt då de båda har ett samband. Våglängden är måttet på en våg/ period, och frekvensen är antalet vågor/ perioder per sekund.

Om t. ex vet att ett ljud har en frekvens på 100 Hz så kan vi med hjälp av frekvensen räkna ut våglängden eftersom vi vet ljudets hastighet. För att göra det enkelt har man fastslagit 340m/ sekund som en standard i beräkningen nedan:

För att få fram våglängden så delar vi ljudets hastighet med frekvensen:

340 meter (ljudets hastighet m/s) / 100 Hz (Perioder/ sekund). 340/100= 3,4 m.  Våglängden är 3,4 meter vid 100 Hz frekvens.

Utbredningshastighet

Som vi precis har gått igenom så är ljudets beräkningshastighet 340 m/ sekund. Det kan dock vara bra att veta att ljudet färdas olika snabbt i olika element, material och temperaturer:

Material	Faktorer	Hastighet
Luft	temp: -10g C	325 meter/ sekund
Luft	temp: +20gC	343 meter/ sekund
Luft	temp: +200g C	435 meter/ sekund
Stål	n/a	5200 meter/ sekund
Vatten	n/a	1450 meter/ sekund
Tegel	n/a	3500 meter/ sekund

Som vi ser ovan så är hastigheten i gas (luft) kraftigt beroende av temperaturen. Detta beror på mediumets molekylsammansättning. Vibrationerna fortplantar sig snabbare ju tätatre molekylsammansättning ett medium har.