Orientering om ljudstyrka och dopplereffekt

Från Wikiskola
Hoppa till navigering Hoppa till sök

Ljudets utbredningshastighet

Ljudvågor är skillnader i täthet i mediet. De ljusa områden illustrerar luft med lägre densitet än normalt, mörka partier luft med högre densitet.
340 m/s i luft.
molekylens mass, lättare ger högre hastighet
högre temperatur ger högre hastighet
högre i vätskor
ännu högre i metaller

Ljudintensitet och ljudstyrka

NoK Heureka Fysik 2: K13 s 254-259

U.S. Navy F/A-18 Hornet approaching the sound barrier. The white halo is formed by condensed water droplets thought to result from a drop in air pressure around the aircraft

Intensitet

Intensiteten [math]\displaystyle{ I }[/math], mäts i [math]\displaystyle{ W/m }[/math].

Ljudstyrka

Ett ljuds styrka kan uttryckas i olika fysikaliska storheter, såsom ljudtryck och ljudintensitet, ofta i form av effektivvärde (rms-värde) för hela eller delar av frekvensområdet, eller i form av amplitud eller absolutvärde av de ingående frekvenskomponenterna.

Ofta uttrycks styrkan i dess ljudnivå med det logaritmiska måttet decibel (dB).

Upplevd ljudstyrka är inte alltid det samma som fysikalisk ljudstyrka. Mätbara mått som ska ta hänsyn till den upplevda ljudstyrkan är dB-A och (mer avancerat) 'Zwicker-loudness' där hänsyn är tagen till maskering och lika-hörnivå-kurvorna.

Wikipedia skriver om Ljudstyrka

Ljudnivå

Ett ljuds ljudnivå är dess styrka uttryckt i decibel (dB).

Ljudnivån är relativ på så vis att det för mätning behövs ett referensvärde. Detta är valt så att det är i närheten av hörseltröskel (vid frekvensen 1000 Hz), vilket är det lägsta ljud en normalhörande människa kan uppfatta. För ljudintensiteten ligger detta värde för människor runt [math]\displaystyle{ 10^{-12} {W \over m^2} }[/math].

Ljudnivån för ljudintensiteten uttrycks matematiskt som

[math]\displaystyle{ L_I = 10 \log_{10} {I \over I_0}\mbox{ dB} }[/math],

där [math]\displaystyle{ I }[/math] är ljudintensiteten för det ljud vars ljudnivå mäts och [math]\displaystyle{ I_0 }[/math] är referensvärdet.

Wikipedia skriver om Ljudnivå

Frekvensomfång

Som unga kan vi människor uppfatta ljud mellan 20 och 20 000 Hz, men redan i 20-årsåldern börjar känsligheten för höga frekvenser minska. Försämringen har traditionellt varit tydligare för män än för kvinnor. Frekvensomfånget kallas också för hörbarhetsområde.

I 60-årsåldern brukar man kunna uppfatta toner mellan 20 och 10 000 Hz. För den oinsatte kan det tyckas som om halva registret är borta men så illa är det inte. Tonskalan är logaritmisk så att en fördubbling av frekvensen representerar en oktav – det är alltså lika många toner mellan 20 och 40 Hz som mellan 10000 och 20000Hz. Följaktligen är bara en oktav av tio borta. Dessutom har akustiska musikinstrument inga grundtoner över 4400 Hz, däröver finns bara övertoner.

Wikipedia skriver om Hörsel

Så fungerar hörseln

Örats uppbyggnad
Örats uppbyggnad

Dopplereffekt

NoK Heureka Fysik 2: s 260-264


Ett objekt rör sig från höger till vänster medan det sänder ut vågrörelser. Våglängden blir kortare till vänster och längre till höger.
Illustration av Dopplereffekten och varför frekvensen mäts olika av en observatör när källan rör sig.

Dopplereffekt är ett fysikaliskt fenomen, som innebär en förändring av frekvensen (svängningstalet) hos en signal, till exempel ljud eller ljus, beroende på om källan närmar sig eller avlägsnar sig i förhållande till observatören. Först med att beskriva dopplereffekten var Christian Doppler 1842. Det allra lättast iakttagbara exemplet på dopplereffekten är ljudsirenerna på ambulanser eller polisbilar, som tycks minska i frekvens då de passerar observatören. Bland annat en dopplerradar använder sig av dopplereffekten.

Referens: Wikipedia skriver om Dopplereffekt

Tillämpning av Dopplereffekten

Wikipedia skriver om Dopplerradar

Formler

Boken tar inte upp hur man räknar med Doppler effekt men formler och härledning finns på Wikipedia:Doppler_effect

Stående vågor i instrument

Kienle Sound System

Harmonic partials on strings

Vad lär man sig på högskolan?

Här är ett kursmaterial för M-linjen (Maskin) vid Linköpings tekniska högskola. Akustik och hela Introduktionskursen i fysik.

Instrument, ljud och Audacity

Repetition Akustik

Den här filmen är lång men sammanfattar stora delar av optiken.