Akustik er læren om lyd, herunder lydens opståen, udbredelse og modtagelse. I mere snæver forstand bruges begrebet akustik også om rumakustik, dvs. den måde, hvorpå lyden forplantes og tilbagekastes i et rum (eksempelvis en koncertsal).

Indhold
1.  Rumakustik
2.  Resonans

1. Rumakustik
Rumakustik er et udtryk for, hvordan lyd forplanter sig i et givent rum, og hvor lang lydens efterklangstid i rummet er. Man kan kalde det rummets klanglige fingeraftryk. Efterklangstiden er den tid, det tager lyden at dø ud i rummet. Teknisk set defineres efterklangstiden som den tid, det tager for lyden at falde med 60 dB (svarende til en milliontedel af sin oprindelige styrke).

Når en lyd forlader en lydgiver, skal den passere gennem et rum, inden den når frem til lytteren. Nogle af lydbølgerne bevæger sig direkte fra lydgiveren til lytteren. Hvis lydgiveren er placeret i et lukket rum, rammer andre af lydbølgerne rummets grænseflader (vægge, gulv, loft og inventar), hvorefter de bliver reflekteret og sendt tilbage ud i rummet. Nogle af refleksionerne når frem til lytteren, mens andre rammer rummets grænseflader og bliver reflekteret igen.

Lytteren hører altså først den direkte lyd og dernæst den indirekte lyd (efterklangen, også kaldet rumklangen), som er tilbagekastet fra rummets grænseflader. Rummet sætter et forholdsvis stort præg på lyden, inden den når frem til lytteren, og det kan medføre, at lyden forstærkes, dæmpes eller ændrer klang og karakter. Den samme lyd kan altså lyde forskelligt i forskellige rum.

Grundet de mange refleksioner og lydens forholdsvis lave hastighed, har lyden typisk en vis efterklangstid i et rum. Efterklangen afhænger både af rummets størrelse og af væggenes vinkler og materiale. Jo større rummet er, jo længere tid går der mellem lydbølgernes refleksioner, og jo længere er efterklangen. Jo bedre væggene er til at absorbere lyden, jo dårligere er lydbølgernes refleksioner, og jo kortere er efterklangen. Hvis væggene absorberer al lyden, er der ingen efterklang, og rummet siges da at være lyddødt.

Lydabsorption og tilbagekastning
Lyden i et rum absorberes af rummets overflader, så den lyd, der tilbagekastes fra overfladerne, er reduceret i forhold til den lyd, der rammer overfladerne. Den procentdel af lyden, der absorberes af overfladerne, kaldes for overfladernes absorptionskoefficient.

Bløde materialer som polstrede møbler, tæpper, senge og puder og materialer med porøse og ujævne overflader har en høj absorptionskoefficient. Hårde, stive og glatte materialer som møbler, vægge, lofter og gulve har en lav absorptionskoefficient.

Følgende tabel viser absorptionskoefficienten i procent for en række forskellige materialer og toner. Bemærk, at lyse toner ofte absorberes bedre end dybe toner:
Materiale c c1 (midter-c) c2 c3 c4 c5
Åbent vindue 100% 100% 100% 100% 100% 100%
Parketgulv (fyrretræ) 5% 3% 6% 9% 10% 22%
Blødt gulvtæppe (på beton) 9% 8% 21% 26% 27% 37%
Murstensmur (umalet) 2,4% 2,5% 3,1% 4,2% 4,9% 7,0%
Gipspuds (på hulsten) 1,3% 1,5% 2,0% 2,8% 4,0% 5,0%
Teakpanel 9% 17% 17% 15% 15% 15%
Publikum (siddende) 72% 89% 95% 99% 100% 100%

Et parketgulv absorberer altså 3% af lyden fra midter-c og tilbagekaster 97% af lyden. Et åbent vindue absorberer naturligvis al lyden, idet lyden blot fortsætter ud af vinduet. Træpaneler er ganske anvendelige, fordi de absorberer nogenlunde lige meget af alle tonehøjder.

Rummets vinkler har desuden stor betydning for efterklangen. Et buet loft kan eksempelvis tilbagekaste lyden i en retning, så den bliver alt for stærk i et vist punkt. En krumning i loftet kan absorbere næsten lige så meget lyd som et åbent vindue, fordi lyden i krumningen først kommer ud igen efter et så stort antal tilbagekastninger, at den har mistet sin styrke.

Ved et ekko kastes lyden direkte tilbage til udgangspunktet som en kraftig enkeltstående refleksion. Betingelsen er, at tilbagekastningen kan ske fra en væg, mur, bjergside eller lignende på så tilpas lang afstand, at tilbagekastningen ikke blander sig med lydudsendelsen.

God og dårlig rumakustik
Man kan opstille fem kriterier for, hvad der resulterer i god rumakustik:
  • Passende efterklangstid. Efterklangstiden skal være tilpasset rummets størrelse og anvendelse, og den skal være lige lang for alle frekvenser.
  • Ensartet lydfordeling. Lyden skal have samme volumen og klang overalt i rummet.
  • Passende lydstyrke. Lydniveauet skal være tilpas højt i forhold til baggrundsstøjen.
  • Lav baggrundsstøj. Støjen fra udefrakommende lydkilder (eksempelvis trafikstøj) og indefrakommende lydkilder (eksempelvis ventilatorer) skal være lav.
  • Intet ekko. Kraftige enkeltstående refleksioner af lyden må ikke forekomme.

I et almindeligt opholdsrum opfatter vi akustikken som behagelig, hvis efterklangstiden er omkring 0,6 sekunder. Da vil lydbilledet være klart og tydeligt. Hvis efterklangstiden er for lang, giver det en rungende lyd i rummet, og hvis den omvendt er for kort, vil de manglende refleksioner af lyden betyde, at man skal tale meget højt for at blive hørt.

I klassiske koncertsale har man typisk en efterklangstid på omkring 2,3 sekunder afhængigt af salens størrelse. I rytmiske koncertsale er den typisk omkring 0,6 sekunder. I teatre, hvor man skal kunne høre tale klart, er den typisk omkring 1 sekund, og i operahuse en lille smule længere. I store katedraler kan efterklangstiden være helt op til femten sekunder.

Ved opførelsen af DR's Koncerthus blev der i byggeprogrammet krævet en efterklangstid på 2,3 sekunder (og en noget længere efterklangstid på 2,6 sekunder for basområdet). Efterklangstiden viste sig efterfølgende kun at være på 2,0 sekunder, og det fik flere til at rette kritik af akustikken (der frembragte en meget tør lyd), som derfor efterfølgende blev justeret.

Man kan mindske støjgener og forebygge dårlig akustik ved brug af lydisolering og lydregulering. Lydisolering sker ved, at man reducerer lofters, vægges og andre bygningsdeles evne til at udbrede lyd. Lydisolering kan eksempelvis dæmpe lyden fra et musikanlæg i et andet lokale. Lydregulering sker ved, at man ændrer lokalets udformning, overflader og inventar.
Lytteøvelse Lytteøvelse 49
Man kan nemt danne sig et indtryk af efterklangstiden i et rum ved at klappe i hænderne kraftigt sammen forskellige steder i rummet.

Frembring en række kraftige og kortvarige lyde i klasselokalet ved brug af forskellige musikinstrumenter og ved at klappe hænderne kraftigt sammen. Beskriv og diskuter klasselokalets rumakustik. Er rumakustikken egnet i en musikalsk sammenhæng? Gentag øvelsen i andre lokaler på skolen.
Skriftlig øvelse Skriftlig øvelse 47
Hvis lyden af midter-c rammer et parketgulv, dernæst en umalet murstensmur og til sidst et teakpanel, hvor stor en del af lyden er da tilbage, når den tilbagekastes fra teakpanelet?

Hvor mange gange skal lyden tilbagekastes i et rum bestående af teakpaneler (på alle flader i rummet), før lyden er absorberet mindst 50%?

2. Resonans
Resonans er et fysisk fænomen, hvor et svingende legeme (eksempelvis en streng på en guitar) fremkalder tilsvarende svingninger i et andet legeme. Disse såkaldte medsvingninger kan opstå, hvis begge legemer har samme egenfrekvens, dvs. hvis begge legemer svinger ved samme frekvens, når de udsættes for en fysisk påvirkning.

Helt konkret kan resonans eksempelvis opstå, hvis en streng på en guitar sættes i svingninger, og der på samme guitar er en anden streng med en tilsvarende tone. Den anden streng vil da give sig til at svinge og frembringe en svagtklingende tone (der kan høres, hvis første streng dæmpes).

På akustiske musikinstrumenter udnytter man resonans til at forstærke tonerne, der ellers ville være meget svagtklingende. På guitarer og strygere er resonanslegement en hul resonanskasse, på klaverer er det en flad klangbund, og på de fleste blæseinstrumenter er det et aflangt rør.

Når en tone frembringes, hjælper hjælper resonanslegemet med til, at tonens svingninger forstærkes, dels ved at resonanslegement sættes i medsvingninger, og dels ved at lydkildens svingninger tilbagekastes fra resonanslegemets overflade. Resonanslegemet har desuden en modificerende effekt på tonen, der gør, at tonen får en anden klangfarve.
Lytteøvelse Lytteøvelse 50
Resonans kan påvises på et akustisk klaver med følgende fremgangsmåde:
  1. Tryk midter-c langsomt ned, så der ikke fremkommer nogen lyd, men så dæmperen løftes fra strengen.
  2. Hold tangenten nede (så dæmperen holdes løftet), og syng samtidig midter-c kraftigt og kortvarigt ind mod strengen. Du vil nu kunne høre strengen klinge, fordi din stemme har fået strengen til at resonere.
Lytteøvelse Lytteøvelse 51
Det er muligt at få et vinglas til at resonere, hvis man finder dets egenfrekvens:
  1. Fint en stort vinglas, og fyld det eventuelt med vand for at gøre egenfrekvensen lidt dybere.
  2. Knips på glasset (eller træk en fugtet finger langs kanten), så glasset frembringer en tone. Syng eksakt samme tone tæt på glasset, og prøv, om du kan få glasset til at resonere ved hjælp af stemmen. Resonansen kan høres som en svag tone fra vinglasset, når du stopper med at synge.
Vinglas kan springes, hvis resonansen er kraftig nok. Det kræver, at man synger eksakt samme tone som vinglassets egenfrekvens, og at tonen er kraftig nok til at sætte glasset i store svingninger. I praksis kræver det et meget tyndt eller svagt glas og elektrisk forstærkning af stemmen. Se eventuelt en video på YouTube, der demonstrerer forsøget.
Lytteøvelse Lytteøvelse 52
Det er muligt at få kroppen på en akustisk guitar til at resonere, hvis man finder dens egenfrekvens (der kan være flere). Prøv dig frem ved at synge "ahh" i forskellige tonehøjder forholdsvist kraftigt gennem hullet ved strengene.

Når du finder egenfrekvensen, vil kroppen blive sat i kraftige svingninger, og du vil kunne høre en tydelig forstærkning af din stemme. Hold eventuelt en finger eller et stykke stof over strengene for at dæmpe strengenes resonans.
Tænk og diskutér Tænk og diskutér 15
Under et blæsevejr på bare 18 m/s (hård kuling) i 1940 i Washington kollapsede Tacoma Narrows Bridge, verdens dengang tredje længste hængebro. Årsagen var ikke vindens pres på broen, men små vindhvirvler med samme egenfrekvens som broens egenfrekvens.

Broen begyndte at svinge i takt med vindhvirvlerne, kraftigere og kraftigere, og efter et døgn styrtede broen i havet. Se en video af episoden her. Hvilke andre ting kan ødelægges som følge af egensvingninger på grund af vind?
Akustik er læren om lyd, herunder lydens opståen, udbredelse og modtagelse. I mere snæver forstand bruges begrebet akustik også om rumakustik, dvs. den måde, hvorpå lyden forplantes og tilbagekastes i et rum (eksempelvis en koncertsal).

Indhold
1.  Rumakustik
2.  Resonans

1. Rumakustik
Rumakustik er et udtryk for, hvordan lyd forplanter sig i et givent rum, og hvor lang lydens efterklangstid i rummet er. Man kan kalde det rummets klanglige fingeraftryk. Efterklangstiden er den tid, det tager lyden at dø ud i rummet. Teknisk set defineres efterklangstiden som den tid, det tager for lyden at falde med 60 dB (svarende til en milliontedel af sin oprindelige styrke).

Når en lyd forlader en lydgiver, skal den passere gennem et rum, inden den når frem til lytteren. Nogle af lydbølgerne bevæger sig direkte fra lydgiveren til lytteren. Hvis lydgiveren er placeret i et lukket rum, rammer andre af lydbølgerne rummets grænseflader (vægge, gulv, loft og inventar), hvorefter de bliver reflekteret og sendt tilbage ud i rummet. Nogle af refleksionerne når frem til lytteren, mens andre rammer rummets grænseflader og bliver reflekteret igen.

Lytteren hører altså først den direkte lyd og dernæst den indirekte lyd (efterklangen, også kaldet rumklangen), som er tilbagekastet fra rummets grænseflader. Rummet sætter et forholdsvis stort præg på lyden, inden den når frem til lytteren, og det kan medføre, at lyden forstærkes, dæmpes eller ændrer klang og karakter. Den samme lyd kan altså lyde forskelligt i forskellige rum.

Efterklangen afhænger både af rummets størrelse og af væggenes vinkler og materiale. Jo større rummet er, jo længere tid går der mellem lydbølgernes refleksioner, og jo længere er efterklangen. Jo bedre væggene er til at absorbere lyden, jo dårligere er lydbølgernes refleksioner, og jo kortere er efterklangen. Bløde materialer som polstrede møbler, tæpper, senge og puder og materialer med porøse og ujævne overflader er gode til at absorbere lyden. Hårde, stive og glatte materialer som møbler, vægge, lofter og gulve er dårlige til at absorbere lyden.

God og dårlig rumakustik
I et almindeligt opholdsrum opfatter vi akustikken som behagelig, hvis efterklangstiden er omkring 0,6 sekunder. Da vil lydbilledet være klart og tydeligt. Hvis efterklangstiden er for lang, giver det en rungende lyd i rummet, og hvis den omvendt er for kort, vil de manglende refleksioner af lyden betyde, at man skal tale meget højt for at blive hørt.

I klassiske koncertsale har man typisk en efterklangstid på omkring 2,3 sekunder afhængigt af salens størrelse. I rytmiske koncertsale er den typisk omkring 0,6 sekunder. I teatre, hvor man skal kunne høre tale klart, er den typisk omkring 1 sekund, og i operahuse en lille smule længere. I store katedraler kan efterklangstiden være helt op til femten sekunder.

Ved opførelsen af DR's Koncerthus blev der i byggeprogrammet krævet en efterklangstid på 2,3 sekunder (og en noget længere efterklangstid på 2,6 sekunder for basområdet). Efterklangstiden viste sig efterfølgende kun at være på 2,0 sekunder, og det fik flere til at rette kritik af akustikken (der frembragte en meget tør lyd), som derfor efterfølgende blev justeret.

Man kan mindske støjgener og forebygge dårlig akustik ved brug af lydisolering og lydregulering. Lydisolering sker ved, at man reducerer lofters, vægges og andre bygningsdeles evne til at udbrede lyd. Lydisolering kan eksempelvis dæmpe lyden fra et musikanlæg i et andet lokale. Lydregulering sker ved, at man ændrer lokalets udformning, overflader og inventar.
Lytteøvelse Lytteøvelse 49
Man kan nemt danne sig et indtryk af efterklangstiden i et rum ved at klappe i hænderne kraftigt sammen forskellige steder i rummet.

Frembring en række kraftige og kortvarige lyde i klasselokalet ved brug af forskellige musikinstrumenter og ved at klappe hænderne kraftigt sammen. Beskriv og diskuter klasselokalets rumakustik. Er rumakustikken egnet i en musikalsk sammenhæng? Gentag øvelsen i andre lokaler på skolen.

2. Resonans
Resonans er et fysisk fænomen, hvor et svingende legeme (eksempelvis en streng på en guitar) fremkalder tilsvarende svingninger i et andet legeme. Disse såkaldte medsvingninger kan opstå, hvis begge legemer har samme egenfrekvens, dvs. hvis begge legemer svinger ved samme frekvens, når de udsættes for en fysisk påvirkning.

Helt konkret kan resonans eksempelvis opstå, hvis en streng på en guitar sættes i svingninger, og der på samme guitar er en anden streng med en tilsvarende tone. Den anden streng vil da give sig til at svinge og frembringe en svagtklingende tone (der kan høres, hvis første streng dæmpes).

På akustiske musikinstrumenter udnytter man resonans til at forstærke tonerne, der ellers ville være meget svagtklingende. På guitarer og strygere er resonanslegement en hul resonanskasse, på klaverer er det en flad klangbund, og på de fleste blæseinstrumenter er det et aflangt rør.

Når en tone frembringes, hjælper hjælper resonanslegemet med til, at tonens svingninger forstærkes, dels ved at resonanslegement sættes i medsvingninger, og dels ved at lydkildens svingninger tilbagekastes fra resonanslegemets overflade. Resonanslegemet har desuden en modificerende effekt på tonen, der gør, at tonen får en anden klangfarve.
Lytteøvelse Lytteøvelse 50
Resonans kan påvises på et akustisk klaver med følgende fremgangsmåde:
  1. Tryk midter-c langsomt ned, så der ikke fremkommer nogen lyd, men så dæmperen løftes fra strengen.
  2. Hold tangenten nede (så dæmperen holdes løftet), og syng samtidig midter-c kraftigt og kortvarigt ind mod strengen. Du vil nu kunne høre strengen klinge, fordi din stemme har fået strengen til at resonere.
Lytteøvelse Lytteøvelse 51
Det er muligt at få et vinglas til at resonere, hvis man finder dets egenfrekvens:
  1. Fint en stort vinglas, og fyld det eventuelt med vand for at gøre egenfrekvensen lidt dybere.
  2. Knips på glasset (eller træk en fugtet finger langs kanten), så glasset frembringer en tone. Syng eksakt samme tone tæt på glasset, og prøv, om du kan få glasset til at resonere ved hjælp af stemmen. Resonansen kan høres som en svag tone fra vinglasset, når du stopper med at synge.
Vinglas kan springes, hvis resonansen er kraftig nok. Det kræver, at man synger eksakt samme tone som vinglassets egenfrekvens, og at tonen er kraftig nok til at sætte glasset i store svingninger. I praksis kræver det et meget tyndt eller svagt glas og elektrisk forstærkning af stemmen. Se eventuelt en video på YouTube, der demonstrerer forsøget.
Lytteøvelse Lytteøvelse 52
Det er muligt at få kroppen på en akustisk guitar til at resonere, hvis man finder dens egenfrekvens (der kan være flere). Prøv dig frem ved at synge "ahh" i forskellige tonehøjder forholdsvist kraftigt gennem hullet ved strengene.

Når du finder egenfrekvensen, vil kroppen blive sat i kraftige svingninger, og du vil kunne høre en tydelig forstærkning af din stemme. Hold eventuelt en finger eller et stykke stof over strengene for at dæmpe strengenes resonans.
Tænk og diskutér Tænk og diskutér 15
Under et blæsevejr på bare 18 m/s (hård kuling) i 1940 i Washington kollapsede Tacoma Narrows Bridge, verdens dengang tredje længste hængebro. Årsagen var ikke vindens pres på broen, men små vindhvirvler med samme egenfrekvens som broens egenfrekvens.

Broen begyndte at svinge i takt med vindhvirvlerne, kraftigere og kraftigere, og efter et døgn styrtede broen i havet. Se en video af episoden her. Hvilke andre ting kan ødelægges som følge af egensvingninger på grund af vind?