Grunnomgrep om lyd

• Lyd er svingingar eller trykkvariasjonar i lufta som det menneskelege øyret kan oppfatte. Desse trykkvariasjonane kallar vi òg for lydbølgjer.
• Eit normalt og friskt øyre oppfattar trykkvariasjonar med frekvens i området mellom 20 Hz og om lag 20 000 Hz (20 kHz).
• Lyd kan skapast på mange ulike måtar, og svingingane kan vere retningsbestemde eller breie seg utover, litt avhengig av kva type lyd det er snakk om.
• I luft vil lydbølgjer breie seg utover med ein fart på cirka 340 m/s. Dette svarer til om lag 1200 km/t.
• Stemmebanda våre er eit framifrå instrument til å skape lyd med. Små musklar strammar stemmebanda medan vi pressar luft forbi dei. Lufta får stemmebanda til å vibrere slik at dei skaper raske trykkvariasjonar i lufta som øyret oppfattar som lyd.

• I data- og elektronikkfaget har dei fleste signala svært mange gjentakingar på kort tid. Det er derfor vanleg å måle talet på gjentakingar over ein fast tidsperiode, vanlegvis 1 sekund.
• Måleininga for talet på gjentakingar per sekund er hertz (Hz). Ein Hertz er definert som éi gjentaking per sekund.
• Ein pc kan til dømes ha ein mikroprosessor som utfører 3 400 000 000 arbeidsoperasjonar på eitt sekund. Då seier vi at prosessoren arbeider med ein frekvens på 3 400 000 000 Hz (eller 3,4 GHz).

• Frekvens er eit mål på kor mange gonger ei hending gjentek seg sjølv i løpet av ein bestemd tidsperiode.
• Viss hjartet ditt slår 60 slag i minuttet, er hjartefrekvensen (pulsen) din 60 slag per minutt.
• Eit anna døme kan vere turtalet i motoren til ein motorsykkel. Vi seier at turtalet er 5000 omdreiingar i minuttet, men vi kunne like gjerne seie at omdreiingsfrekvensen er 5000 omdreiingar per minutt.
• Når vi snakkar om lyd, er frekvens det same som talet på svingingar (trykkvariasjonar) per sekund.
• Eit normalt og friskt øyre oppfattar trykkvariasjonar med frekvens i området frå 20 Hz til om lag 20 000 Hz (20 KHz).
• Samanhengen mellom frekvens og periodetid er slik at F = 1 / periodetida (T). Dette kan skrivast slik: F = 1 / T.
• I stikkontakten heime hos deg blir det levert ei vekselspenning med frekvens F = 50 Hz. Viss du snur litt på formelen ovanfor, ser du at T = 1 / F. Periodetida for 50 Hz-signalet er altså 1 / 50 Hz = 20 ms (20 millisekund).

Lydbølgjene har ulike frekvensar som skaper tonar av ulik høgd inne i øyret vårt. Vi deler tonane inn i tre frekvensområde:

• Diskant: Dei lyse tonane ligg i det høge frekvensområdet. På engelsk kallar dei diskant for tweeter. (Ordet viser til fuglekvitter).
• Bass: Dei mørke tonane ligg i det låge frekvensområdet. På engelsk blir bass gjerne kalla for woofer. (Ordet viser til bjeffing).
• Mellomtonar: Mellomtonane ligg i frekvensorådet mellom bass og diskant. På engelsk kallar ein dette området for mid-range.

Ein lyd som berre inneheld éin frekvens, blir kalla for ein rein tone. Men reine tonar kan berre produserast teknologisk, og lyd vil derfor vanlegvis bestå av mange ulike frekvensar.

Lydnivået (trykkvariasjonen) som øyret oppfattar, er bestemt av kor kraftig lydbølgja fortettar lufta. Det er òg slik at øyret til mennesket er meir kjenslevart for enkelte frekvensområde enn for andre.

Pascal

• Den svakaste lyden det menneskelege øyret normalt kan oppfatte, er ein trykkvariasjon på cirka 20 mikropascal (µPa).
• Eininga pascal er lite formålstenleg å bruke for lydtrykk fordi vi raskt endar opp med ein skala med altfor store trinnintervall. Øyret kan oppfatte lydtrykk opp mot cirka 200 Pa, og denne toppverdien er meir enn ein million gonger større enn 0-nivået 20 µPa.

Desibel

Eininga bel (B) er ei stor eining, og derfor bruker vi som regel tidelen av bel, nemleg desibel (dB), som eining. Desibel er den vanlege måleininga vi bruker for å beskrive lydnivå. Her er nokre døme:

• Forsiktig kviskring: ca. 20 dB
• Travel restaurant: ca. 60 dB
• Rockekonsert: ca. 100 dB
• Jetmotor: ca. 120 dB

Smertegrensa til øyret ligg på 130 dB. Lydar på dette nivået vil gjere vondt, sjølv om dei varer veldig kort, som til dømes pistol- eller geværskot (140 dB). Vi opplever gjerne ubehag allereie på lågare nivå enn dette. Smertegrensa er elles òg personavhengig. I tillegg har det noko å seie kor lenge lyden varer, og om lyden er ønskt eller ikkje.

For lydtrykk (lydnivå) er desibel ei absolutt måleining fordi ein har bestemt at den svakaste lyden som det menneskelege øyret kan oppfatte, blir sett til 0 desibel. 0 desibel svarer til 20 mikropascal.

Nokre gonger blir desibel òg brukt til å angi forsterkinga i ein forsterkar eller dempinga i anna utstyr. Då reknar vi ut desibelverdien ved hjelp av formelen P(dB) = 10 x log P(ut) / P(inn).

Det er òg andre bruksområde for eininga desibel, men dei skal vi ikkje komme inn på her.

• Bølgjelengda er rett og slett lengda på ei bølgje, målt i til dømes meter. Du kan jo prøve å måle kor langt det er mellom bølgjetoppane neste gong du er ute og svømmer, så veit du kva bølgjelengda i badevatnet ditt var den dagen!
• Vi bruker det greske symbolet λ (lambda) om bølgjelengd. Bølgjelengda blir som regel oppgitt i meter, centimeter, millimeter, mikrometer osb.
• Samanhengen mellom farten til lyden, frekvensen og bølgjelengda kjem fram av denne formelen: λ = farten til lyden / frekvensen.
• Sidan farten til lydbølgjene er tilnærma konstant, vil høgfrekvente lydbølgjer ha kortare bølgjelengd enn lavfrekvente.

Kurva i illustrasjonen over viser ein vekselstraum der elektrona skiftar retning heile tida: Dei skiftar fase kvar gong dei passerer nullpunktet. Dersom til dømes ein høgtalar får eit vekselstraumsignal, vil nullpunktet vere der membranen står når det er heilt stille. I fase vil membranen gå utover, og i motfase vil han bevege seg innover.

At det faktisk er slik, kan vi teste ved bruk av likestraum i form av eit batteri. Viss vi koplar plusspolen på batteriet til plusspolen på høgtalaren, og minuspolen på batteriet til minuspolen på høgtalaren, vil membranen på høgtalaren gå utover. Dersom vi byter polaritet, vil membranen bevege seg innover.

Amplituden er avstanden mellom kvilepunkt og ytterpunkt for noko som svingar. Han viser kor sterkt signalet er på toppen av kurva (peak). Amplituden blir til vanleg målt frå nullpunktet, men han kan også målast frå høgaste punkt i motsett fase (peak-to-peak).

• Periodetida er den tida det tek å gjennomføre éin syklus eller éin repetisjon av eit signal som repeterer seg sjølv mange gonger.
• Vi bruker ofte bokstaven T som symbol for periodetida.
• Til dømes vil periodetida for eit hjarteslag vere tida som går frå hjartet byrjar å trekkje seg saman og til det er i same posisjon igjen, klart til å byrje på neste samantrekning.