Lyd 1

Svingende ting laver lyd | Tonehøjden | Lydstyrke | Lydkvaliteten
Lydens udbredelse
Ekko | Musik, tale og støj | Resonans |
Lyd-links

 

Svingende ting laver lyd
Alle ting, der vibrerer eller svinger sætter også luften i svingninger, og disse svingninger forplanter sig gennem luften hen til vores øre. 

Lyd er først og fremmest sådanne svingninger, vi sanser med vores hørelse, men i fysik udvider vi det med ikke-hørbare lyde: Infralyd og ultralyd.

Med en lineal på en bordkant kan man hurtigt finde ud af, at når linealen stikker langt ud, og man knipser til den, svinger den ret langsomt. Er den lang nok svinger den så langsomt, at vi ikke hører nogen lyd. Gør man den kortere, kommer der en tone. Jo kortere man gør den, desto højere bliver tonen, og samtidig bemærker man, at lineal-enden også svinger hurtigere og hurtigere.

Der er tre ting, man skal være opmærksom på ved lyd:

tonehøjden (fx en dyb bas eller en høj diskant)
lydstyrken (svag eller kraftig lyd - fx hviske og råben)
lydkvaliteten (fx en ren tone, en treklang, støj)

I fysik skal man skal passe på ikke at forveksle en høj tone og en tone med stor lydstyrke.

Tonehøjden
Tonehøjden hænger nøje sammen med, hvor hurtigt en ting svinger. Det kalder man også tonens frekvens. Man finder frekvensen ved at tælle antal svingninger pr. sekund, og tallet angives i hertz (Hz). 
1 Hz = 1 svingning pr. sek.
Almindeligvis kan man ikke nå at tælle svingningerne selv, men må bruge en tæller tilsluttet en mikrofon.

Mennesker kan hører lyde med frekvenser fra ca. 16 Hz og til ca. 20.000 Hz
Svingninger med lavere frekvenser end 15 Hz kalder vi infralyd, og svingninger over 20.000 Hz ultralyd.
En række dyr kan høre lyde, vi ikke kan opfatte med vores øre og hjerne. Fx kan elefanter opfange infralyde, og hunde ultralyde. 
Nogle dyr kommunikerer (fx hvaler) eller navigerer (flagermus) med ultralyd.

Med forskellige apparater kan vi kunstigt frembringe både infralyde og ultralyde, og vi kan optage dem med mikrofon og båndoptager og undersøge svingningerne på en computer, eller vi kan afspille dem i slowmotion, så vi kan høre dem.

Med et kort stykke lineal ude over bordkanten kan man frembringe en høj tone og med et langt en dyb tone. Små ting, der svinger, fremkalder en høj tone, store en dyb. Tænk f.eks. på diskant- og bashøjtalere, eller trompet og tuba.

Lydstyrke
Holder man en lineal fast på bordkanten og prøver at knipse både let og kraftigt til den, opdager man, at den giver samme tone (sammen frekvens), men lyden bliver kraftigere, når man knipser hårdt til den.
Stor lydstyrke får man altså når tingene laver store udsving.
Det kan du også føle på din højtaler, når du skruer op og ned. Spiller du musik ganske lavt, kan du ikke mærke noget på højtaleren, men den samme musik kan få både højtaler og vægge til at ryste, hvis du skruer nok op.

Lydkvaliteten
De samme toner spillet på en trompet og en violin lyder aldeles forskellige. Det skyldes tonens kvalitet. I trompeten er det luften og metallet, der svinger, og ved violinen er det kattetarmen og trækassen, der gør det. De forskellige materialer giver forskellig klang - forskellig lydkvalitet. Undersøger man svingningerne nøje, fx på en computer, kan man tydeligt se forskel på svingninger frembragt af forskellige lydgivere, selv om de har samme "tilhøreladende" tonehøjde.
Støj er en særlig lydkvalitet. Den består af en blanding af lyde med forskellige frekvenser og lydstyrker i en ubehagelig pærevælling.

Lydens udbredelse
Lyden kan gå gennem alle materialer: Luft, væske og faste stoffer. Men der skal være noget, der kan svinge. Derfor går lyden ikke gennem tomt rum.
Lægger man øret til en bordplade eller en radiator, kan man forvisse sig om, at lyden går fint gennem træ og jern.
Hvaler kan snakke sammen over mange kilometer, så lyden må også gå godt gennem vand.
Og fra dagligdagen ved vi, at lyden går fint gennem luften. Men på månen må man bruge radioforbindelse for at tale sammen, her er nemlig ingen atmosfære - bare tomt rum.

I tordenvejr opdager vi, at lyden er "langsom", der går lidt tid, fra vi ser lynet, til skraldet kommer.
I luften er lydhastigheden ca. 340 m/s. Går der 2 sekunder mellem lyn og skrald, må der altså være ca. 680 m hen til lynet. 

I vand er lydhastigheden ca. 1525 m/s og i stål ca. 4900 m/s

Alle ting kommer ikke lige let i svingninger. Det benytter man sig af, hvis man vil have behagelige lydforhold (en god akustik) i et rum. Et klasseværelse med hårdt gulv og loft og hårde vægge er ulideligt at være i, fordi alle de hårde materialer reflekterer selv den mindste lyd. Hænger man noget blødt og porøst op alle steder, dør lyden ud, da bløde ting stort set ikke reflekterer lyd og ikke særlig let svinger, men i stedet opsuger lydsvingningernes energi og omdanner dem til en smule varme. 
Tænk også på, hvordan det lyder i et badeværelse uden håndklæder og gardiner.
Det leder os lige til næste emne:

Ekko
Alle kender ekko fra store mure, klipper eller lignende. 

Når den svingende luft rammer noget meget hårdt, bremses svingningerne ikke. De bliver blot kastet tilbage ligesom lys, der rammer et spejl. Og ligesom lysets spejling bestemmes lydspejling af spejlets (murens) vinkel i forhold retningen, lyden kommer fra.
Skibe og både benytter sig af ultralyds-ekko for at måle afstanden til havbunden eller til en fiskestime, man kalder det ekkolodning. Den tid, det tager for lyden at bevæge sig fra lydsender, ned til f.eks. havbunden og tilbage igen, registreres. Ud fra det beregner et instrument afstanden derned, og et billede af bunden afsættes måske på en computerskærm.

Flagermus, der jo ikke ser ret godt, laver næsten samme nummer, når de begår sig i luften. De udsender ultralyde, modtager ekkoet fra dem, og lynhurtigt orienterer de sig, så de ikke flyver i noget - eller, hvis lyden har ramt et insekt i nærheden, reagerer de prompte og snupper det.
Musik, tale og støj
Disse tre vigtige typer af lyd vil vi se lidt nærmere på. Man hører meget sjældent rene toner som fx pausetonen i DR1.
En tone fra de fleste musikinstrumenter består af en grundtone, som dominerer, men desuden af overtoner, højere toner, der harmonerer med (lyder godt sammen med) grundtonen.
Tale indeholder en kompliceret blanding af lyde, hvor de fleste er i nogenlunde harmoni med hinanden.
Støj består af en blanding af mange forskellig frekvenser uden indbyrdes harmoni og oftest i meget forskellige styrke. Det er først og fremmest denne variation af styrke ved de forskellige frekvenser, der giver forskellige slags støj.
Hvis musik og tale skal gengives i god kvalitet, må apparaterne dertil kunne spænde over frekvenser fra 100 Hz til 10.000 Hz. En almindelig telefon klarer fra 250 Hz til 3000 Hz. Det er grunden til, at telefonlyd virker noget forvrænget. De finere nuancer i talen og musikken kommer simpelthen ikke med. Skal I købe et stereoanlæg, en mikrofon, en højttaler eller lignende støder I på frekvenstal, der fortæller, hvad apparatet kan præstere.

Resonans
Blæser man på kanten af en plade, kommer der sus eller støj. Blæser man på kanten af en flaske, forstærkes en bestemt frekvens fra støjens blanding af lyde, og vi hører en tone svarende til den forstærkede frekvens. Suset fra kanten af flasken er der stadigvæk, men den overdøves nu af fløjtetonen. Ved at hælde vand i flasken, kan vi bestemme, hvilken frekvens, vi vil "trække ud af" suset, altså ændre tonen og på den måde med et passende antal flasker lave et lille "flaskeorgel".

En flaske af en bestemt størrelse eller med en vis mængde vand i forstærker altså en bestemt frekvens. Vi siger, at der er resonans i flaskens hulrum for en bestemt frekvens - frekvensen og flasken "passer sammen".

Der kan også være resonans mellem en tone og en lampeskærm. Så synger lampeskærmen med, når man spiller tonen. Eller mellem en løs skrue i bilen og motorens vibrationer ved en bestemt fart: Skruen knevrer.