TDS - frågor och svar kap 6

Testa dig själv 6.1
1. Hur uppkommer ljud?
Ljud uppkommer genom vibrationer. Det kan till exempel vara en sträng som svänger fram och tillbaka.
För att det ska uppstå vibrationer måste det finnas något för ljudet att färdas i. Detta för att det är själva
molekylerna i materian som är det som kommer i rörelse. I luften handlar det om de gaser luften består av.
Vibrationerna ser man i form av förtätningar och förtunningar av molekylerna i ett visst materia, t ex luft.
Från början är molekylerna jämnt fördelade, men om något får dem att komma i rörelse ser det ut enligt
bilden nedan.
Man visar vibrationerna med hjälp av vågrörelser, varje topp är förtätning och varje dal är en förtunning.
2. Hur fort färdas ljud i luft?
I luft färdas ljud med v = 340 m/s.
På månen kan inte ljud färdas, detta för att det inte finns någon atmosfär på månen, det finns inga
molekyler som kan komma i rörelse.
Hur fort ljudet färdas beror på vilken densitet ämnet har som ljudet ska färdas genom. Ju högre densitet
(tätare ämne) desto högre hastighet. Därför färdas ljudet snabbare i vatten än i luft.
3. Vad menas med frekvens?
Det är antalet svängningar per sekund. Det mäts i Hertz, dvs 1 svängning per sekund = 1 Hz.
En svängning är avståndet mellan två vågtoppar eller två vågdalar, dvs en svängning = en våglängd.
Hur lång tid det tar för en hel topp och en hel dal att passera kallar man för svängningstid.
4. Mellan vilka frekvenser ligger de ljud som våra öron kan uppfatta?
20–20 000 Hz.
Den övre gränsen varierar mellan olika människor, t ex är det så att ju äldre vi blir desto svårare får vi att
höra ljud med höga frekvenser, dvs höga toner.
5. Vad menas med ultraljud?
Det är ljud med högre frekvens än 20 000 Hz.
Det används t ex i samband med undersökning av fostret hos gravida kvinnor.
Då t ex hundar kan höra detta ljud så har man skapat hundvisselpipor som ger ifrån sig ultraljud då man
blåser i dem.

6. Vad menas med en ljudvåg?
En ljudvåg består av förtätningar och förtunningar som sprider sig i alla riktningar.
Tänk dig att du släpper ner en sten i vatten, då kommer du se en massa vågor bre ut sig
cirkulärt från där stenen träffar vattenytan. Ljudvågorna kommer fortsätta i samma
riktning de startade i och vara lika starka om inget får dem att antingen stanna av eller
förstärkas.
7. Om du hör åskmullret 9 s efter att du sett blixten, hur långt bort är då åskvädret? Förklara hur du tänker.
Åskvädret är 3 km bort. Ljudet från åskan behöver ca 3 s för att hinna 1 km. Ljuset från blixten kommer
däremot med en gång eftersom det färdas med ljusets hastighet.
Med exakt beräkning blir det:
v = 340 m/s
t = 9 s
s = v · t = 340 · 9 = 3060 m = 3,06 km ≈ 3 km
8. Från en båt sänds en ljudvåg ut mot botten av en sjö. Efter 0,2 s har ljudvågen kommit tillbaka. Hur djup
är sjön?
Det tar halva tiden för den att nå sjöbotten, dvs t = 0,2/2 = 0,1 s
v = 1 500 m/s
s = v · t = 0,1 · 1 500 = 150 m.
Avståndet från båten till botten av sjön är 150 m.
9. Vilken frekvens har den ton som uppkommer om svängningstiden är 0,005 s?
Frekvens = f
Svängningstid = T
Extra frågor:
10. Vad händer om två ljudvågor träffar varandra?
Tänk dig att två ljudkällor avger varsin ljudvåg. Om deras
förtätningar mer eller mindre sammanfaller kommer dessa att
läggas på varandra och ljudet blir då förstärkt.
Om deras ljudvågar är precis varandras motsatser, dvs den
enas förtätning träffar den andras förtunning så kommer
ljudet att stanna av.

11. Hur kan vi avgöra varifrån ett ljud kommer?
Det beror på att våra öron är placerade på varsin sida om huvudet.
Från en ljudkälla rakt framifrån eller bakifrån kommer ljudvågorna fångas upp av våra båda öron exakt
samtidigt.
Från en ljudkälla som är placerad någon annanstans, dvs inte rakt framför eller bakom oss, kommer
ljudvågorna nå ena örat något före det andra örat. Denna skillnad i tid registreras av vår hjärna och vi får en
orientering om var ljudkällan befinner sig.
12. Var är det enklast för oss människor att avgöra varifrån ett ljud kommer, på land eller i vatten? Förklara
hur du tänker.
Det är lättast på land. Det beror på att ljudets hastighet är högre i vattnet. Vi avgör varifrån ett ljud kommer
med hjälp av differensen i tid när ljudet når respektive öra. Om ljudet först träffar höger öra så vet vi att
ljudet kommer från höger. I vatten är tidsdifferensen mycket mindre. Det medför att det är svårare att
avgöra varifrån ett ljud kommer.
På bilden ovan når ljudet gubbens högra öra en kort stund innan det når det vänstra. Det är detta som avgör
från vilken riktning ljudet kommer.
13. Hur hör vi?
När man hör ljud kommer ljudvågor in i hörselgången och träffar trumhinnan. Då sätts trumhinnan i
rörelse. Trumhinnan leder rörelsen vidare till mellanörats hörselben: hammaren, städet och stigbygeln. När
stigbygeln rör sig i takt med ljudet leds rörelsen vidare till den vätska som finns i innerörat. Vätskans
rörelse skapar i sin tur en rörelse i hörselsnäckans sinnesceller, som registrerar rörelsen och skickar iväg
impulser via sina nervtrådar. Nervtrådarna från alla sinnescellerna går ihop till en stor nerv som förmedlar
impulserna till hjärnan via olika omkopplingsstationer. Där tolkas informationen om till det ljud vi hör.
De högsta tonerna kommer att fortplantas ända upp till toppen av snäckan, medan de lägre tonerna inte når
så långt. Beroende på vilken styrka ljudet har kommer sinnescellerna böja sig olika mycket.
hörselsinnescell
nervtrådar
14. Vad menas med infraljud?
Ljud som ligger under 20Hz kallas för infraljud.
Genom att mäta infraljudet som bildas vid underjordiska explosioner kan man ta reda på vilka bergarter
som finns i marken.

15. a) Det finns ett ljudfenomen som vi kallar för eko. Vad är det?
Ljud kan antingen fångas upp, dämpas eller reflekteras, dvs studsa mot en yta.
Ljud som reflekteras kallas för eko. Och eko bildas om ljudvågor träffar hårda ytor, t ex en betongvägg, ett
berg mm.
Ex på material som kan fånga upp och dämpa ljudvågor är textilier (gardiner, mattor). Även ojämna ytor är
sämre på att reflektera ljud än jämna.
b) Vilka djur använder sig av detta fenomen och varför?
T ex fladdermöss använder sig av eko. De är nattdjur och har dålig syn. För att kunna röra sig utan att
krocka de ett utvecklat hörselsinne. De sänder ut ultraljud när de flyger och genom att lyssna efter hur dessa
ljudvågor reflekteras kan de orientera sig. De kan också fånga sin föda med hjälp av samma teknik.
c) Vad kan vi använda detta fenomen till?
Vid fiske. Genom att man känner till hur djupt det är i sjön/havet så kan man registrera om något
fiskstim passerar under båten, eftersom man då registrerar ett eko tidigare än om ljudet hade
reflekterats mott botten.
Vid kartritning. Man kan skicka ut ljudvågor då man flyger över ett område och beroende på hur
snabbt ekot registreras så får man en bild av höjdskillnader och man kan då skapa topografiska kartor,
dvs kartor där man kan se olika höjdnivåer.
Bestämma fetthalten vid slakt. Fettvävnad och muskler har olika densitet. Det gör att ljudet reflekteras
tillbaka på olika sätt. Utifrån detta kan man ta reda på hur mycket som är fett i det slaktade djuret.
Testa dig själv 6.2
1. Vilken frekvens har den så kallade normaltonen?
440 Hz.
2. Hur ska en sträng vara för att den ska ge en så hög ton som möjligt? Ska den vara lång eller kort, tunn
eller tjock, hårt eller löst spänd?
Den ska vara kort, tunn och hårt spänd.
3. Hur många oktaver spänner en gitarr över?
4 oktaver.
4. I vilken enhet mäts ljudnivå?
Decibel (dB).
5. När en stämgaffel slås an uppkommer en ton. Stämgaffeln sätts sedan mot ett bord.
a) Hur förändras då tonens frekvens?
Frekvensen ändras inte alls.
b) Hur förändras tonens styrka?
Tonen blir starkare på grund av att även bordsskivan börjar vibrera.
c) Vad kallas fenomenet?
Resonans.
6. Att uppmana någon att ”tala högre” är ett felaktigt sätt att uttrycka sig. Förklara varför.
”Tala högre” innebär egentligen att man ska tala med högre frekvens, det vill säga med ljusare röst. Man
borde i stället säga ”tala starkare”.

7. Varför låter en ton olika när den spelas på olika instrument?
En ton låter olika på olika instrument eftersom varje instrument alltid ger ifrån sig ett antal tilläggstoner (så
kallade övertoner) tillsammans med grundtonen. Det är övertonerna som ger varje instrument dess speciella
klang.
8. Varje ton i en oktav har dubbelt så hög frekvens som i den närmast lägre oktaven.
Vilken frekvens har den ton som motsvarar normaltonen i den 3:e oktaven?
Normaltonen ligger i den 5:e oktaven.
Från 3:e till 5:e oktaven har frekvensen fyrdubblats.
Det ger att frekvensen i 3:e oktaven är en fjärdedel av normaltonens frekvens, dvs 440/4 = 110 Hz.
9. Mellan hastighet, frekvens och våglängd finns följande samband:
hastighet = frekvens · våglängd dvs v = f · ʎ
I formeln anges hastighet i meter per sekund, frekvens i hertz och våglängd i meter.
a) Vilken frekvens har en ljudvåg som i luft har våglängden 0,5 m?
Frekvensen blir 680 Hz.
b) Beräkna våglängden för en ljudvåg i vatten, då frekvensen är 500 Hz.
Ljudets hastighet i vatten är 1 500 m/s
Våglängden blir 3 m.
Extra frågor:
10. Vad kallas en apparat som man mäter ljudnivå med?
Bullermätare
11. En dag uppmäts ljudnivån 50 dB i ett klassrum. I matsalen uppmäts 80 dB. Hur många gånger så starkt
uppfattas ljudet i matsalen jämfört med i klassrummet?
En ökning med 10 dB ger ett dubbelt så starkt ljud.
Eftersom ljudnivån ökar med tre st 10’or får vi att ljudet har blivit 2 2 2 = 8 ggr så starkt.
Om ljudnivån kommer upp och sedan över 130 dB kan det snabbt skada örat, denna övre gräns kallas för
smärtgräns.
12. I november 1940 rasade bron Tacoma Bridge i USA. Den mycket starka stålbron blåste sönder, men det
berodde inte på att det blåste särskilt kraftigt. Men hur kunde ändå blåsten ha sönder bron?
Anledningen var att bron kom i självsvängning beroende på att vindpustarna kom med en frekvens som var
lika med brons egenfrekvens. Man kan jämföra med en gunga som kan fås att svänga kraftigare och
kraftigare med små knuffar om dessa ges med en frekvens som stämmer med gungans egenfrekvens.
13. Vad är skillnaden mellan buller och toner?
Egentligen är detta en subjektiv fråga, det som en person upplever som toner kan en annan uppleva som
buller, tänk t ex på hur du reagerar på olika musikgenre. Jag t ex kan inte tycka att ”punk” eller ”hårdrock”
består av toner, jag upplever det som störande och mer som buller.
Men det man kan konstatera fysikaliskt i alla fall är att toner har en regelbunden frekvens, medan buller
inte har det.

14. Rita två toner med samma styrka. Den ena tonen ska vara hög och den andra låg.
Låg ton Hög ton
Låga toner har längre våglängder än höga toner.
15. Rita två toner med samma frekvens. Den ena tonen ska vara stark och den andra svag.
Svag ton Stark ton
En svag ton har en lägre amplitud än en stark ton.
Pilen på bilden nedan markerar en amplitud. Här kan du se att amplituden ökar då man ökar ljudstyrkan.
15. Berätta om vad bilden nedan skulle kunna handla om för situation.
Här finns många svar. Det du kan få med i svaret är varför ljudvågorna i mottagaren har den formen.
Dvs överlappande ljudvågor kommer förstärka varandra då deras förtätningar mer eller mindre
sammanfaller. Det leder till att ljudet som uppstår blir oregelbundet och då upplever vi det som jobbigt.
Ett ex på situation… du har datorn på och lyssnar på musik (önskat ljud). Någon sätter igång tv’n och
lyssnar på ett nyhetsprogram (oönskat ljud). Dessa blandar sig och ger oregelbundna ljudvågor som leder
till att du blir störd, men också att den som vill titta på nyheterna blir störd.

16. Vad är tinnitus?
Tinnitus innebär att man hör ljud som inte har någon känd ljudkälla. Ljudet kan till exempel vara tjutande,
susande, pysande, brummande eller metalliskt. De flesta med tinnitus upplever en högfrekvent ton, men
man kan också uppleva flera olika ljud.
Omkring var tionde person i Sverige besväras ofta eller alltid av tinnitus, men de flesta har inte svåra
besvär. Hörselskador är mycket vanliga hos de som har tinnitus. Om man har kroppsliga eller psykiska
problem löper man större risk att lida av sin tinnitus.
Om man fått en bullerskada har innerörats sinnesceller utsatts för alltför kraftiga ljudvågor. I vissa fall kan
sinnescellens förmåga att registrera ljud försämras tillfälligt. Om sinnescellerna fortsättningsvis utsätts för
höga ljudnivåer eller hög nivå upprepade gånger kan man få en permanent hörselskada. Vid extremt höga
ljudnivåer kan det räcka med ett tillfälle. Det går inte att reparera örats sinnesceller efter att en sådan skada
uppkommit, men man kan få hjälp av en hörapparat.
Det går att förebygga tinnitus genom att inte utsätta öronen för alltför höga ljud. Man bör använda
hörselkåpor om man använder högljudda maskiner och skydda öronen med öronproppar, så kallade
musikproppar, när man går på konserter eller andra tillställningar där ljudet är högt. Om ljudnivån är så hög
att det inte går att prata som vanligt bör man skydda öronen. Lockkänsla i öronen och öronsus är tecken på
att man utsatts för ljud som varit för starkt.
Det finns olika förklaringar till varför man får tinnitus. I sällsynta fall kan tillfällig tinnitus bero på att man
använder för mycket läkemedel som innehåller acetylsalicylsyra, exempelvis Magnecyl och Treo, men då
försvinner ljudet när läkemedlet går ur kroppen. De vanligaste orsakerna till tinnitus är bullerskador och
hörselnedsättning på grund av att man har blivit äldre.
Det finns flera teorier kring varför tinnitus uppstår när man får en hörselskada. En förklaring till tinnitus
kan vara att innerörats skadade sinnesceller aktiverar sig själva, utan att de påverkas av ljud utifrån. En
annan förklaring kan vara att sinnescellernas känslighet för vätskevågor i innerörat har ökat. Ytterligare en
förklaring kan vara att skador på nervfibrernas isolerande höljen gör att överföringen av impulser leds till
andra nervfibrer. Det orsakar att felaktiga signaler skickas till hörselcentrum i hjärnan.
17. Hur bör man inreda ett rum för att få så lite störande ljud omkring sig som möjligt, inklusive ekon?
Man ska inreda med absorberande material, dessa material ska vara av textilier och/eller vara porösa, dvs
ha låg densitet. Man kan ha akustikplattor på innertaket (och eventuellt på väggar), dessa plattor är
”luftiga”, dvs de har låg densitet och då kan de fånga upp ljudet istället för att reflektera det.
Man har gardiner, mattor och mjuka soffor i rummet för att ytterligare absorbera ljud.
18. Det finns ett ljudfenomen som kallas för dopplereffekten. Den lägger man bäst märke till då man hör en
siren från t ex en förbipasserande ambulans som har ryckt ut. Beskriv detta fenomen och förklara hur det
kan bli så.
Dopplereffekten innebär att du hör sirenljudet som högst då ljudkällan kommer närmare och så avtar ljudet
när ljudkällan avlägsnar sig. Detta beror på att ljudvågor med en viss frekvens rör sig med en jämn
hastighet från ljudkällan in i ditt öra.
När t ex ambulansen kommer åkande mot dig förändras inte ljudets hastighet, men varje ny våg får kortare
väg till ditt öra än den våg som kom närmast före. Följden blir att vågorna trycks ihop och blir flera per
sekund när de når dig som lyssnar, vilket gör att tonhöjden ökar dvs du hör en ljusare ton (det blir alltså en
frekvensförändring). När ambulansen sedan avlägsnar sig får ljudvågorna en allt längre väg till ditt öra, de
glesas ut och blir färre per sekund, vilket då gör att tonhöjden minskar dvs du hör en mörkare ton.
Nedan kan du se en bild av hur frekvensen förändras då ljudkällan rör sig.