Akustikk

Akustikk er en klassisk disiplin innen fysikken som i første rekke befatter seg med hørbar lyd. (gr: akuein ακουειν = å høre); akustikk betyr således 'lydlære'.
Senere har svingninger og bølger i væsker og faste stoffer blitt opptatt som del av akustikken.
Akustikk er i dag læren om elastiske, mekaniske svingninger og bølger i gasser, væsker og faste stoffer, samt i overgangene mellom disse. Lydbegrepet er også utvidet i frekvens med ultralyd (høyere enn hørbare frekvenser) og infralyd (lavere enn hørbare frekvenser).

Man skiller mellom fysisk akustikk som er underlagt klare fysiske lover og regler, og psykoakustikk som beskriver lydens forskjellige virkninger på mennesker. Kunnskaper om den fysiske akustikken utnyttes i fagområder som elektroakustikk, rom- og bygningsakustikk og undervannsakustikk. Støybekjempelse er en egen disiplin som benytter viten fra flere av disse grenene.

Begrepet akustikk brukes også som betegnelse på hvordan lyd oppfører seg i forskjellige rom. Ordet akustikk er i dette tilfellet en kvalitativ rombeskrivelse ('God akustikk'). Forskjellige aspekter ved akustikken til et rom blir ofte planlagt før bygging. Eksempler er kirker, kinoer, klasserom, lydstudioer og konsertlokaler. For noen av disse hersker normer som søkes fulgt. Jernbanestasjoner er notorisk uregulerte, akustisk sett.

Bygningsakustikk handler om svingningstransmisjon mellom deler av en bygning, for eksempel gjennom bærekonstruksjonen, mellom naborom, gjennom gulv og gjennom vinduer.

Undervannsakustikk tilbyr oss et øye under vannflata og bryr seg om fisk i stim, samt lokalisering og beskrivelse av bunn og gjenstander som vrak, skip og undervannsbåter. For det aller meste brukes refleksjon av utstrålt lyd for dette. Denne grenen av akustikken utnyttes både militært og sivilt.

De viktigste størrelsene innenfor fysisk akustikk er

• lydstyrke i Pascal [Pa]
• tilhørende lydstyrkenivå i desibel [dB] relativt til 20 μPa
• lydintensitet i Watt per $m^2,\; [W/m^2]$, som er energitransporten
• tilhørende intensitetsnivå i desibel [dB] relativt til $10^\{-12\}\; W/m^2$

De viktigste verktøy for akustikken er matematikk, kjente kilder, kjente mikrofoner / forsterkere og lydnivåmåleren. Oppførselen til sistnevnte er spesifisert i internasjonale standarder, noe som sikrer at oppgitte tall er globalt objektive. Veiekurver fra psykoakustikken fletter hørselens egenskaper inn i målingene. Fire slike kurver er blitt normerte og har fått navnene A, B, C og D. En lydnivåmåling som angår hørselen skal alltid bruke en veiekurve og denne skal angis, som eksempelvis 90 dBA. Veiekurver brukes ikke i fysisk akustikk.

To store og dyre spesialverktøy hører også akustikken til: Ekkorom og ekkofrie rom. Flatene i et ekkofritt rom sluker omtrent all lyd slik at meget lite reflekteres. Slik kan avstrålingen fra kilder måles i alle retninger uten forstyrrelser fra refleksjoner. I et ekkorom, også kalt klangrom, søker man å la veggene reflektere så mye som mulig slik at all avstrålt energi blir værende i rommet i lang tid. I et slikt rom har lydens retning ingen betydning; lyden betegnes da som diffus. Veggene og gulv-tak-flatene i et klangrom er utført ikke-parallelle for å unngå stående bølger med frekvenser gitt av flateavstandene. For ytterligere forbedring henges det opp et antall krumme, reflekterende flater i romvolumet for å bøye av lydenergitransporten andre steder enn bare veggene. Et klangrom virker integrerende; å måle summen av et objekts utstrålte energi er klangrommets hovedformål.

For rom er etterklangstiden i sekunder [s] en viktig størrelse, som også romabsorbsjonen målt i $m^2$ 'ekvivalent hull', samt den såkalte hallavstanden. Hallavstanden er den avstanden fra en kilde hvor lydnivået fra kilden er lik lydnivået i den diffuse romlyden. Romlyd er så komplisert at man for det meste bruker statistiske betraktninger. I et ekkorom er etterklangstiden lang, i et ekkofritt rom er den nær null.

I psykoakustikken er begreper som veiekurver og hørestyrke [sone] i bruk. Store deler av psykoakustikken beror på objektive målinger av hørselens egenskaper. Muligheten for kraftig komprimering av digitale lydfiler nesten uten at det merkes, som ved Fraunhofers MP3-format, baserer seg på kunnskaper om blant annet hørselens maskeringseffekt.

For vanlige lydnivåer har vi med ganske små energimengder å gjøre. Det vil igjen si at vi har ganske små utslag, og at akustikken derfor er en svært linjær disiplin. Mye av matematikken for akustikk ser på den klassiske resonatoren, bestående av masse, fjær og friksjon. Bølger i gasser og væsker er longitudinellee trykkbølger. Man sier at en kilde stråler ut lyden til mediet. Hovedtema i beskrivelse av utbredelse av bølger i gasser og væsker er stråling fra kilder, forplantning i medier og refleksjon ved overganger. I faste stoffer kan det finnes flere typer bølger, for eksempel transversell bølger og vridningsbølger.

Vi kan bygge akustiske kretser hvor luft både kan opptre som fjær og som masse. Et godt eksempel er blåsing over en flasketut hvor massen er luften i halsen og fjæra dannes av kompresjon av luften i flaskevolumet. Lydpotter i biler består av akustiske kretser. Væsker kan knapt opptre som fjærer fordi de ikke kan komprimeres mye.

Lyd forplanter seg med forskjellige hastigheter i forskjellige media. Lydhastigheten er derfor en materialkonstant for et stoff. Lydhastigheten er alltid noe temperaturavhengig. I gasser er den også ganske trykkavhengig. Til vanlig regner vi med at lydhastigheten er omtrent 340 m/s i luft og 1500 m/s i vann. For lynnedslag kan en derfor telle sekunder mellom lys og lyd, dele på tre og slik grovt finne avstanden til nedslaget i km.

Musikkinstrumenter utnytter de fleste sider av akustikken i den brede betydningen av ordet. Toner stammer fra svingende strenger, flater og luftsøyler. Lengdeendringer fører til frekvensendringer. Instrumentene bruker i stor utstrekning strålende kropper som er med på å danne klangen.

Elektroakustikken handler primært om elektromekaniske omvandlere som mikrofoneer og høyttaler. Bruk av disse krever kunnskap om elektroniske forsterkere i tillegg til ren akustikk. Elektronikk brukes i all akustisk måling og er for det meste også svært viktig for fremføring av musikk og tale.

En stor del av akustikken beskjeftiger seg med støy på flere nivå. Veitrafikkstøy, flystøy og støy på arbeidsplassen er tre av de viktigste områdene i både fysisk akustikk og psykoakustikk. Psykoakustikken beskjeftiger seg ellers også med støyens innflytelse på velværet og helsen, både på kort og lang sikt.

De hyppigste signalene som vurderes av akustikken er sinustonen, talestemme, musikk, hvit støy, rosa støy, oktavstøy og 1/3-oktavstøy.

Den norske interesseorganisasjonen for akustikere og interesserte er Norsk Akustisk Selskap, NAS