Ljud: från vibration till inspelning

Hur ljud uppstår, breder ut sig och registreras · Åk 7–9

Förstå hur ljud uppstår, hur det rör sig genom luft och vatten, och hur det kan mätas och spelas in. Räkna på avstånd med ljudets hastighet.

Ljud börjar med en vibration

Vi vill förstå vad ljud är, hur det rör sig och hur vi kan mäta det. Allt ljud börjar med något som vibrerar, alltså rör sig snabbt fram och tillbaka. Tryck på Knäpp på linjalen i bilden. Linjalen vibrerar, och då hörs ett ljud. En gitarrsträng gör likadant när du knäpper på den.

Ljud är tryckvågor

Vibrationen knuffar på luften närmast. Luften trycks ihop och tunnas ut om vartannat. Titta på prickarna i bilden. Där de ligger tätt är trycket högt, och där de är glesa är trycket lågt. Det kallas en tryckvåg. Luften flyttar sig bara lite fram och tillbaka, men vågen går vidare till örat.

Inget ljud i rymden

Ljud behöver ett ämne som kan vibrera, till exempel luft, vatten eller trä. Välj olika ämnen i bilden. Genom luft, trä och vatten hörs knackningen. I tomrum, vakuum, finns inget som kan föra vibrationen vidare. Därför finns inget ljud i rymden.

Ljudets hastighet

Ljud tar tid på sig. I luft går det cirka 340 m varje sekund, alltså 340 m/s. I vatten går det mycket snabbare, cirka 1 500 m/s. Tryck på Starta igen och följ de två pulserna. Sträckan får du om du multiplicerar farten med tiden. Så kan du räkna ut hur långt bort en blixt slog ner.

Frekvens och tonhöjd

Hur snabbt något vibrerar kallas frekvens. Frekvensen är antalet svängningar per sekund och mäts i hertz, Hz. Gör linjalens fria del kortare i bilden. Den vibrerar snabbare, och tonen blir högre. Hög frekvens ger hög ton, och låg frekvens ger låg ton.

Amplitud och starka ljud

Hur stora vibrationerna är kallas amplitud. Tryck på Knäpp hårt i bilden. Linjalen svänger mer, och ljudet blir starkare. Tonen är ändå densamma, eftersom linjalen svänger lika många gånger per sekund. Stor amplitud ger starkt ljud, och liten amplitud ger svagt ljud.

Mikrofonen ritar ljudet

En mikrofon gör om tryckvågorna till en elektrisk signal. Signalen kan sparas som en fil och visas som en kurva. Tryck på knapparna i bilden. Ton B svänger dubbelt så tätt som ton A och har alltså dubbelt så hög frekvens. Den starkare tonen svänger lika tätt men har högre toppar, alltså större amplitud.

Ljudnivå i decibel

Ljudnivån mäts i decibel, dB, med en ljudnivåmätare. Många mobiler har en sådan app. Ett vanligt samtal ligger kring 60 till 70 dB. Dra i reglaget i bilden och se var på skalan du hamnar. Den som länge utsätts för ljud över ungefär 85 dB riskerar en hörselskada.

Ändra en sak i taget

Vill du jämföra ljudnivåer ändrar du bara en sak i taget. Säg att du undersöker hur ljudnivån beror på avståndet till en högtalare. Välj 1 m, 2 m och 4 m i bilden. Högtalaren, volymen och mobilen är likadana varje gång. Tryck på Höj volymen också. Då ändras två saker, och du vet inte vilken av dem som gav skillnaden.

Sammanfattning

Ljud är vibrationer som sprids som tryckvågor genom ett medium. En gitarrsträng sätter luften i svängning; i vakuum finns inget ljud. Ljudets hastighet i luft är cirka 340 m/s, i vatten cirka 1 500 m/s.

Frekvensen (svängningar per sekund, Hz) bestämmer tonhöjden; amplituden bestämmer hur starkt ljudet är, mätt i decibel. En mikrofon omvandlar tryckvågorna till en elektrisk signal som kan sparas som en fil, visas som en kurva och analyseras.

Ljudnivån mäts i decibel, dB, med en ljudnivåmätare, och många mobiler har en sådan app. Vardagliga samtal ligger kring 60 till 70 dB. Den som länge utsätts för ljud över ungefär 85 dB riskerar en hörselskada. Vill du jämföra ljudnivåer ändrar du en sak i taget, till exempel avståndet, och håller resten lika.

Du ser blixten och hör mullret 3 sekunder senare. Sträckan är 340 m/s · 3 s ≈ 1 020 m, alltså cirka en kilometer.

Vanliga missförstånd

  • Många tror: Ljud hörs inte i rymden för att det är för kallt där.

    Men ljud är tryckvågor som behöver ett medium, till exempel luft. Rymden är nästan vakuum, och utan medium finns inget som kan svänga.

  • Många tror: Ett ljud kan gå för snabbt för att höras.

    Men farten avgör inte om vi hör ljudet: i vatten går ljud cirka 1 500 m/s och hörs ändå. Det som kan vara för högt för örat är frekvensen.

  • Många tror: Starkt ljud och hög ton är samma sak.

    Men tonhöjden bestäms av frekvensen och styrkan av amplituden. En låg baston kan vara stark, och en hög ton kan vara svag.

Källor

  1. Ljud (tryckvariationer som breder ut sig som vågor), Nationalencyklopedin
  2. Ljudhastighet (luft cirka 340 m/s, vatten cirka 1 500 m/s), Nationalencyklopedin
  3. 17.2 Speed of Sound, Frequency, and Wavelength (343 m/s vid 20 °C; frekvensen hörs som tonhöjd), OpenStax College Physics 2e
  4. Hur långt bort är blixten? (ljud cirka 0,33 km/s, tre sekunder per kilometer), SMHI
  5. Tonhöjd (bestäms främst av frekvensen), Nationalencyklopedin
  6. Att skydda hörseln och ljudnivåer (decibel mäter ljudstyrka; samtal 60-70 dB; risk för hörselskada över cirka 85 dB under längre tid), Hörselskadades Riksförbund
  7. Mikrofon (omvandlar ljud till en elektrisk signal), Nationalencyklopedin
  8. Ljud, Wikipedia på svenska
  9. Kursplan i fysik, Lgr22, Skolverket