Akustikk

Akustikk er en klassisk disiplin innen fysikken som opprinnelige befattet seg med hørbar lyd (gr.: akuein ακουειν = å høre). Senere er fagfeltet utvidet til også å omfatte svingninger i væsker og faste stoffer, samt i andre gasser enn luft. Lydbegrepet er også utvidet i frekvens med ultralyd (høyere enn hørbare frekvenser) og infralyd (lavere enn hørbare frekvenser).

Akustikk er i dag læren om elastiske, mekaniske svingninger og bølger i gasser, væsker og faste stoffer, samt i overgangene mellom disse.

Noen underdisipliner

Det skilles 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» eller «dårlig akustikk»), som ofte avhenger av bruken: Et klasserom kan ha «god akustikk» til sitt egentlige formål, men «dårlig akustikk» for korpsøvelser. Forskjellige aspekter ved akustikken til et rom blir ofte planlagt før bygging. Eksempler er kirker, kinoer, klasserom, lydstudioer og konsertlokaler. For noen av disse gjelder normer og anbefalinger som søkes fulgt, men som ofte – særlig hvis de ikke er juridisk bindende – forsømmes av kostnadshensyn. Jernbanestasjoner er notorisk uregulerte, akustisk sett.

Akustisk musikk er musikk som utnytter den naturlige akustikken i rommet, det vil si musikk som ikke forsterkes elektrisk eller framføres på elektriske instrumenter.

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

Undervannsakustikk behandler transmisjon og refleksjon av svingninger under vannflata og bryr seg om fisk i stim, samt lokalisering og beskrivelse av bunnen og gjenstander som vrak og undervannsbåter. For det aller meste brukes refleksjon av kjent utstrålt lyd for dette. Denne grenen av akustikken utnyttes både militært og sivilt.

Noen viktige størrelser, enheter og verktøy

De viktigste størrelsene innenfor fysisk akustikk er

• lydtrykk i Pascal [Pa]
• tilhørende lydtrykknivå 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 innen akustikken er matematikk, kjente kilder, kjente mikrofoner / forsterkere og lydnivåmåleren. Oppførselen til sistnevnte er spesifisert i internasjonale standarder, som sikrer at oppgitte tall kan bli globalt objektive.

Veiekurver fra psykoakustikken er frekvensavhengige filtre som fletter hørselens egenskaper inn i målingene. Fire slike kurver er blitt normerte og har fått navnene A, B, C og D. En lydnivåmåling (ofte kalt støymåling) som angår hørselen skal alltid bruke en veiekurve, og denne skal angis. Vanligst er dBA-skalaen. Den legger størst vekt på de frekvensene som høres best, dvs. at en sterk, lavfrekvent lyd høres svakere enn en fysisk svakere lyd som domineres av mellomtoner. Offisielle dokumenter kan fravike kravet om at veiekurven skal angis; her er da A-veiing alltid underforstått. dBC-skalaen brukes enkelte steder i regelverket, særlig for kilder med mye lavfrekvent støy (f.eks. støy fra tekniske installasjoner).

Veiekurver brukes ikke i fysisk akustikk.

Standarder for akustikk

Standarder for akustikk angir krav og kriterier for lydmålinger (støymålinger) av ulike typer støy, tillatte og anbefalte grenseverdier for innendørs støy og etterklang, minstekrav og anbefalte krav til isolasjon mot støy m.m. Standardene fornyes med ujevne mellomrom. Årstallet angir

Noen gyldige standarder i Europa

Gyldige standarder i Europa for fysisk akustikk, psykoakustikk og tilhørende kalibratorer var pr. 2012 gitt av

• IEC 61672 : 2003 "Electroacoustics – sound level meters"
• IEC 61252 : 1993 "Electroacoustics – specifications for personal sound exposure meters"
• IEC 60942 : 2003 "Electroacoustics – sound calibrators"

Andre lands standarder er meget lik de europeiske.

Noen gyldige standarder i Norge pr. 2015

I Norge administreres standardene av Standard Norge. Noen gyldige standarder for akustikk:

• Norsk Standard NS-EN ISO 16032:2004, Akustikk - Måling av lydtrykknivå fra tekniske installasjoner i bygninger - Teknisk metode (ISO 16032:2004)
• Norsk Standard NS 8174-2:2007, Akustikk - Måling av lydtrykknivå fra veitrafikk - Del 2: Forenklet metode
• Norsk Standard NS 8174-1:2007 A1:2008. Akustikk. Måling av lydtrykknivå fra veitrafikk. Del 1:Teknisk metode
• Norsk Standard NS 8175:2012. Lydforhold i bygninger.
• Norsk Standard NS 8178: 2014. Akustiske kriterier for rom og lokaler til musikkutøvelse.

Standardene har ikke tilbakevirkende kraft. For en bygning oppført eller rehabilitert i f.eks. 2010 gjelder de daværende gyldige standardene, som NS 8175:2008.

Kulestrålende kilde satt opp i et ekkofritt rom

Klangrom ved universitetet i Dresden, Tyskland

Ekko og etterklang

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, søkes det å la veggene reflektere så mye som mulig slik at 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 diffusering henges det opp et lite antall krumme, reflekterende flater i romvolumet for å bøye av lydenergitransporten andre steder enn bare ved 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 romabsorpsjonen målt i $m^{2}$ som «ekvivalent hull», samt den såkalte hallavstanden, eller hallradien. Hallradien er den avstanden fra en kilde hvor lydnivået fra kilden er lik lydnivået i den diffuse romlyden. På engelsk kalles denne «critical distance». Romlyd er så komplisert at man for det meste bruker statistiske betraktninger i beskrivelser. I et ekkorom er etterklangstiden lang, i et ekkofritt rom er den nær null.

Psykoakustikken

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.

Lydens egenskaper

Vanlige lydnivåer transporterer ganske små energimengder. Det vil si at det er ganske små utslag (for eksempel i lydtrykk sammenlignet med det statiske lufttrykket), og at akustikk 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 longitudinelle 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 samt refleksjon og transmisjon ved overganger. I faste stoffer kan det finnes flere typer bølger, for eksempel transverselle bølger og vridningsbølger.

Det kan bygges akustiske kretser hvor luft både kan opptre som fjær og som masse. Et eksempel er blåsing over en flasketut. Her er massen lik massen av luften i tuten 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 en materialkonstant for et stoff. Lydhastigheten er alltid noe temperaturavhengig. I gasser er den også ganske trykkavhengig. 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. 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 instrumentets klang.

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

Støy

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, oktavbåndsstøy og 1/3-oktavbåndsstøy. I tillegg kommer støy fra omgivelsene og naturlyder.

Eksterne lenker

• Norsk Akustisk Selskap (NAS), den norske interesseorganisasjonen for akustikere og interesserte
• Hvordan studere akustikk ved NTNU i Trondheim
• Hvordan studere akustikk ved Universitetet i Bergen
• Kategorisert liste av norske bedrifter innenfor akustikk