Fakta om lyd

Hvad er lyd?

Lyd er ganske små svingninger i lufttrykket, op og ned omkring atmosfærens tryk. Og små skal virkelig tages bogstaveligt. Selv for en lyd, der er så kraftig, at man skal bruge høreværn, svinger trykket kun ca. en hundredetusindedel af atmosfæretrykket. Altså svingninger op og ned mellem 0,99999 og 1,00001 gange atmosfæretrykket. Den svageste lyd vi kan høre, er på 0,0000000002 gange atmosfæretrykket.

Lydtryk og lydtryksniveau

Lydtrykket beskriver lydens fysiske styrke, altså om den er kraftig eller svag. Måleenheden for lydtryk er Pascal - ligesom for barometerstanden. Pascal forkortes Pa. Den svageste hørbare lyd er cirka 0,00002 Pa, og en meget kraftig lyd er f.eks. 20 Pa. Ved dette kraftige lydtryk giver lyden anledning til smerte.

Det er besværligt at arbejde med lydtryk i Pascal på grund af de store forskelle i værdierne for kraftige og svage lyde. I stedet bruger man i praksis lydtryksniveau, som måles i enheden decibel (dB). De to eksempler vil omregnet til lydtryksniveau være 0 dB for den svageste hørbare lyd og 120 dB for den kraftige lyd.

Decibel skalaen er logaritmisk, og som en ekstra fordel, passer den bedre til vores opfattelse af lyd end den lineære Pascal skala. Som en tommelfingerregel kan man lige netop høre forskel i styrken på to lyde, hvis de har en forskel på 1 dB. En forskel på 3 dB er tydeligt hørbar, og hvis to lyde har en forskel på 10 dB, vil den ene lyde omtrent dobbelt så kraftig som den anden. Ved lave frekvenser sker den subjektive øgning af styrke dog hurtigere; ved 20-30 Hz skal der således kun ca. 5 dB til, før lyden opfattes som dobbelt så kraftig.

Frekvenser

Lydens tonehøjde er bestemt af, hvor hurtige svingningerne er. Man kalder det lydens frekvens, og den måles i Hertz, som forkortes Hz. Dybe toner har lave frekvenser (få Hz), høje toner har høje frekvenser (mange Hz).

De fleste lyde ligger mellem 20 Hz og 20000 Hz. Nogle gange kalder man det for "det hørbare område". Udtrykket er dog ikke særlig velvalgt, fordi man faktisk godt kan høre frekvenser under 20 Hz, medens det er de færreste mennesker, der kan høre frekvenser helt op til 20000 Hz.

Lyd med frekvenser over 20000 Hz kaldes ultralyd og lyd med frekvenser fra ca. 2000 Hz til 20000 Hz kaldes højfrekvente lyde. Lavfrekvente lyde er bastoner eller dybe buldrende lyde med frekvenser fra 20 Hz til ca. 200 Hz. Lyd med frekvenser under 20 Hz kaldes infralyd. Imellem de højfrekvente og lavfrekvente lyde har man mellemtonerne, hvor almindelig tale blandt andet er placeret. 1000 Hz kaldes også 1 kilohertz, forkortet kHz. 20000 Hz kan for eksempel også skrives som 20 kHz. Opdelingen af frekvensområdet er illustreret på figuren herunder:

Frekvensakse

Den menneskelige hørelse

Den menneskelige hørelse er ikke lige god til at opfange lyde med forskellige frekvenser. Lavfrekvente lyde skal generelt være kraftigere end mellem- og højfrekvente lyde, før de bliver hørbare.

Man har undersøgt menneskers følsomhed overfor forskellige frekvenser ved at bestemme høretærskelen (dvs. grænsen for, hvor svage toner vi kan høre). Der findes en standard over høretærskelen for 18-25 årige normalthørende personer. Den er vist i figuren. I figuren er desuden vist med stiplet linie høretærskelen for infralydområdet. Denne er baseret på målinger med langt færre personer, og den er ikke standardiseret.

Høretærskel

Det ses, at omkring 1 kHz er høretærskelen tæt ved 0 dB. Ved 3-4 kHz er tærskelen lavere, altså hører vi bedre ved disse frekvenser. Lad dig ikke distrahere af, at dB-værdierne her er negative. Der er ikke tale om "negativ lyd" eller "anti-lyd", men lydens styrke er blot svagere end det vi benævner som 0 på den logaritmiske akse. Ved høje frekvenser stiger kurven, svarende til, at vi har sværere ved at høre disse toner. Også ved lave frekvenser stiger tærskelen - endda endnu mere - altså hører vi dårligere her. Ved 100 Hz er tærskelen mere end 20 dB, og der skal næsten 80 dB til, før gennemsnitsmennesket kan høre en 20 Hz tone.

Høreevnen og dermed høretærskelen varierer fra person til person. Den standardiserede tærskel er beregnet som et gennemsnit over mange mennesker, og derfor vil nogle høre bedre og andre ringere. De fleste ligger indenfor et interval på ±10 dB, altså fra 10 dB under kurven til 10 dB over kurven. Allerede fra man er i tyverne, begynder hørelsen dog at forringes, og det går først og fremmest ud over evnen til at høre de høje frekvenser.

Frekvensvægtning ved støjmåling

Når man laver støjmålinger, vil man gerne have, at resultatet passer med, hvordan vi opfatter lyden. Det er derfor nødvendigt at tage højde for, at vi ikke hører alle toner lige godt.

Den tekniske løsning på problemet er at indsætte et filter, et såkaldt A-vægtningsfilter, i måleinstrumentet. Filteret dæmper de lave og de allerhøjeste frekvenser tilpas meget og lader frekvenserne ind imellem (fra ca. 500 Hz til ca. 10 kHz) passere næsten uhindret. Frekvenskurven for et A-vægtningsfilter ses på grafen herunder. Når man indskyder A-vægtningsfilteret i måleinstrumentet, kalder man resultatet for det A-vægtede lydtryksniveau, og man angiver enheden som dB(A). Langt de fleste støjmålinger laves med A-filteret.

A-filter

Når A-filteret er sat til, måles infralyd og ultralyd ikke med. Til infralyd er der derfor udviklet et særligt filter, det såkaldte G-filter, som til gengæld ikke måler frekvenser over 20 Hz med. G-filteret ses i den følgende figur. Bemærk, at frekvensskalaen begynder længere nede i frekvens end på kurven for A-filteret.

G-filter

Det ses, at lyd over 20 Hz dæmpes i filteret. Det ses også, at filteret ikke lægger lige stor vægt på lyd i hele infralydområdet. For eksempel lægger filteret mere vægt på lyd ved 20 Hz end ved 5 Hz. Det hænger sammen med, at hørelsen ikke er så følsom ved 5 Hz som ved 20 Hz.