En introduksjon til lyd, frekvens og det akustiske spekteret.
Før man lærer om ultralyd, er det viktig å først ha en introduksjon til selve lyden. De fleste av oss hører en mengde forskjellige lyder hvert minutt, men få kan forklare hvordan alt fungerer sammen.
Enkelt sagt er lyd vibrasjonen til luftmolekyler (det er derfor det ikke er lyd i rommet!). Når et objekt vibrerer, får det luftmolekylene rundt det til å bevege seg. Disse molekylene støter borti molekylene ved siden av seg, og så videre. Dette skaper en bølge av vibrasjoner som beveger seg gjennom luften – og det er dette vi oppfatter som lyd. Luften i seg selv følger ikke lydbølgen fullstendig. Snarere beveger hvert luftmolekyl seg bort fra et hvilepunkt, men vender til slutt tilbake til det. Når lyd skapes, kan prosessen deles inn i tre stadier:
Kildens vibrasjon
Bølgeforplantning (overføring av energi gjennom et medium, dvs. luftmolekyler).
Biologisk deteksjon (trommehinne)
Når vi hører noe, registrerer ørene våre trykkbølgene som beveger seg gjennom luften. Antall trykksvingninger per sekund er kjent som frekvens , som måles i Hertz (1 Hz = 1 svingning per sekund). Disse trykkbølgene kommer inn i det ytre øret og får trommehinnen til å vibrere. Lydbølgene som samles opp av det ytre øret føres videre inn i det indre øret, hvor elektriske signaler skapes. Disse signalene føres til hjernen, som oversetter dem til lyd som vi kan gjenkjenne og høre.
Det akustiske spekteret
Menneskers hørbare område – frekvensområdet for lyder vi kan høre hørbart – er 20 Hz til 20 kHz (20 000 Hz). Frekvensen er direkte knyttet til tonehøyde , så en 20 Hz-lyd ville ha en ekstremt lav tonehøyde (f.eks. en dyp bass). Mens den andre enden av det hørbare området teknisk sett er 20 kHz, har de fleste voksne problemer med å høre noe i nærheten av dette. Selv en skingrende plystring har en frekvens på bare 10 kHz. Desibel (dB) er en annen primær måling av lyd. Men mens frekvens og tonehøyde er relatert til vibrasjoner per sekund, er desibel en uavhengig måling relatert til intensitet/lydstyrke, eller amplitude, til trykkbølgen. Som vi nettopp har gjennomgått, inneholder det hørbare området lydbølger som vi kan høre. Det finnes imidlertid mange lyder ute i verden som vi ikke kan høre. Det akustiske spekteret refererer til hele spekteret av lydbølgefrekvenser som kan forplante seg gjennom et medium som mekaniske vibrasjoner og bølger. Det akustiske spekteret er vanligvis delt inn i fire hovedfrekvensbånd:
Infralyd: Mindre enn 20 Hz. For lav til at mennesker kan høre den, men den kan føles fysisk.
F.eks. rumlingen fra en fjern vulkan eller et jordskjelv.
Hørbar lyd: 20 Hz til 20 kHz. Regnes innenfor standardområdet for menneskelig hørsel.
F.eks. stemmer, musikk, biler osv.
Ultralyd: 20 kHz til minst 100 kHz. Dette er godt over det menneskelige hørselen kan høres.
F.eks. gass-, elektriske og mekaniske problemer, ekkolokalisering av dyr.
Hyperlyd: 10^13 Hz (10 000 000 000 000 Hz).
Klassisk akustisk bølgeteori begynner å bryte sammen. Dette er langt utenfor vårt interesseområde.
Frekvens vs. amplitude
Vi tror kanskje at lyder utenfor det hørbare området ikke produserer desibel fordi vi ikke hører dem. Husk imidlertid at frekvens er den primære faktoren som avgjør om vi kan høre lyd eller ikke. Lyder i hele det akustiske spekteret kan fortsatt produsere desibel. Det er allmennkunnskap at høye lyder kan skade hørselen din. Konserter, eksplosjoner og andre lyder som er høyere enn 90 dB faller vanligvis i faresonen for langvarig eksponering. Vi har imidlertid nettopp slått fast at lyder i andre akustiske områder (som ultralyd) også produserer desibel. Selv om de ikke vil skade hørselen din, kan disse lydene fortsatt forårsake negative, ikke-hørbare effekter. Lyder i infralydområdet kan forårsake følelser av angst eller kvalme, og mange ultralydlyder kan forårsake hodepine, svimmelhet og trykk i ørene. Faktisk kan ultralyd med ekstremt høy amplitude (~180 dB) forårsake alvorlig skade på indre organer, og du vil ikke høre noe. Husk at frekvens, og den respektive Hz, ikke objektivt kategoriserer hva som kan høres. Flaggermus kan høre lyder fra ~1 kHz til over 200 kHz. Deres hørbare rekkevidde inkluderer ganske enkelt ultralydområdet, mens vårt ikke gjør det. Mennesker må visualisere teknikker som ekkolokalisering, mens flaggermus og delfiner hører de tilhørende ultralydfrekvensene hørbart.
Gratulerer – du har fullført introduksjonen til lyd, frekvens og det akustiske spekteret!
