Når de fleste mennesker hører ordet bølge, forestiller de sig havet - rullende dønninger, brusende bølger, måske endda en surfer, der ryger ud på spektakulær vis. Men i musikkens og lydens verden fungerer bølger lidt anderledes.

Det betyder ikke, at havbølger og lydbølger ikke har meget til fælles. De bevæger sig begge gennem rummet, bærer energi og kan måles på deres størrelse og hastighed.

Den store forskel er selvfølgelig, at havbølger bevæger sig gennem vand, mens lydbølger bevæger sig gennem luften (eller det materiale, de tilfældigvis passerer igennem). Og mens havbølger gør deres bevægelse let at se, er lydbølger lidt mere komplekse og arbejder i det mikroskopiske område.

At vide, hvordan disse bølger opfører sig, kan være utroligt gavnligt for alle, der arbejder med lyd, uanset om man er lydtekniker, studiobygger eller udvikler af akustisk behandling. Så lad os forklare det hele på den mest enkle måde!

Hvad er en lydbølge?

I bund og grund er en lydbølge bare en vibration, der bevæger sig gennem luften (eller vand eller et fast stof. Lyd er ikke kræsen). Det er grunden til, at vi hører alt fra musik til stemmer og ting, der buldrer om natten!

Vi beskriver lydbølger ud fra nogle få nøgleegenskaber, herunder hvor hurtigt de bevæger sig (frekvens), hvor store de er (amplitude), og hvordan de ændrer sig over tid. Men før vi går i gang med alt det, er det vigtigt at forstå, at lydbølger er en særlig slags bølger, der kaldes longitudinale bøl ger .

I modsætning til havbølger, som bevæger sig op og ned, mens de bevæger sig fremad, skubber og trækker en langsgående bølge luften i samme retning, som den bevæger sig.

For at forestille dig, hvordan en langsgående bølge fungerer, skal du tænke på en lang række mennesker, der alle står skulder ved skulder. Hvis den første person læner sig frem og støder ind i den næste, og den person gør det samme med den næste, får du en kædereaktion, ligesom luftmolekyler, der reagerer på en lyd. Denne frem- og tilbagegående bevægelse er grunden til, at lyd ofte kaldes en trykbølge.

Når vi taler om lydbølger i musikken og i hverdagen, taler vi i virkeligheden om lydtrykbølger. Disse lydbølger lander inden for den menneskelige hørelses område, som er ca. 20 Hz til 20.000 Hz. Under de lyde, som det menneskelige øre opfatter, ligger infralydområdet, som er for lavt til, at vi kan høre det, men som er nyttigt til ting som at opdage jordskælv og spore elefanter (ja, du læste rigtigt). Over det menneskelige øres rækkevidde er ultralyd, som vi bruger til alt fra medicinsk billeddannelse til rengøring af smykker. Dem vender vi tilbage til om lidt.

Ud over musikken er der flere industrier, hvor lydbølger spiller en stor rolle. De gør alt fra at hjælpe læger med at se ind i menneskekroppen til at gøre det muligt for ubåde at navigere under vandet. Men for os som musikere og producere er disse bølger grundlaget for alt, hvad vi arbejder med, og jo bedre vi forstår dem, jo mere kontrol har vi over vores lyd.

Hvad er komponenterne i en lydbølge?

Lydbølger kan virke som mørk magi, men ligesom alt andet i fysikken følger de et sæt regler. Hver lyd, vi hører, har specifikke træk, der definerer, hvordan den opfører sig, og der er en håndfuld nøglekomponenter, der former lydbølgerne.

Frekvens

Frekvensen er en af de største faktorer, der former, hvordan vi hører lyd. Enkelt sagt er det, hvor hurtigt en lydbølge vibrerer. Vi måler det i hertz (Hz), som fortæller os, hvor mange gange bølgen cykler på et sekund.

Jo hurtigere vibrationen er, jo højere er frekvensen. Og frekvensen er det, der bestemmer tonehøjden. For eksempel har et mellemste C på et klaver en frekvens på ca. 261,6 Hz, hvilket betyder, at luften vibrerer med den hastighed pr. sekund for at frembringe tonen. I mellemtiden kan en lav bastone ligge omkring 60 Hz, og en gennemtrængende hundefløjte kan stige til over 20.000 Hz (hvilket belejligt nok er der, hvor den menneskelige hørelse stopper).

Bølgelængde

Bølgelængde (λ) er størrelsen på en lydbølge - specifikt hvor langt den bevæger sig i en komplet cyklus. Hvis du fryser en lydbølge og strækker den ud foran dig, vil bølgelængden være afstanden fra den ene top til den næste.

Der er en enkel formel til at finde ud af det:

λ=c/f

Her er, hvad det betyder:

• λ (bølgelængde): Længden af en hel cyklus af bølgen
• c (lydens hastighed): Hvor hurtigt lyden bevæger sig gennem luften (ca. 343 meter pr. sekund ved stuetemperatur).
• f (frekvens): Hvor hurtigt bølgen vibrerer, målt i hertz

Så hvis du har en 100 Hz-lyd, kan du sætte den til:

λ = 343/100 = 3,43 meter

Det betyder, at bølgen er over 3 meter lang!

Hvis vi nu sammenligner det med en lyd på 1.000 Hz:

λ = 343/1000 = 0,343 meter

Som du kan se, har højere frekvenser kortere bølgelængder, hvilket er grunden til, at bas (lave frekvenser) føles stor og bred, mens diskant (høje frekvenser) er mere fokuseret og retningsbestemt.

Det er også grunden til, at dybe lyde kan bevæge sig gennem vægge, mens høje lyde har en tendens til at blive absorberet eller reflekteret lettere.

Amplitude

Amplituden repræsenterer kraften eller lydstyrken i en lyd. Det er den del af en lydbølge, der gør den høj eller lav. Mere teknisk set repræsenterer det, hvor langt luftpartikler bliver skubbet fra deres hvileposition, når en lydbølge passerer igennem. Jo større bevægelsen er, jo stærkere er bølgen, og jo højere er lyden.

Tænk på det sådan her: Hvis du slår blidt på en tromme, bevæger luften sig næsten ikke, og du får en stille lyd. Men hvis du slår hårdt på trommen, komprimeres og udvides luften meget mere dramatisk, hvilket skaber højere lyde.

Det er amplitude i aktion.

I en bølgeform er amplituden bølgens højde. Højere bølger betyder højere amplitude, som vi opfatter som mere volumen. Mindre bølger betyder lavere amplitude, som vi hører som en mere stille lyd.

Men ud over volumen spiller amplituden også en rolle for, hvordan lyden interagerer med rummet, hvordan den føles fysisk, og endda hvordan den opfattes følelsesmæssigt i musikken.

Hastighed

Når vi taler om lydens hastighed (og ikke om en af Coldplays bedste sange), handler det om, hvor hurtigt lydbølger bevæger sig gennem et medium. I modsætning til lys, som suser gennem rummet med hastigheder, der er svære at forstå, har lyd brug for noget at bevæge sig igennem. Det kan være luft, vand, metal, hvad som helst. Og afhængigt af, hvad det er, ændrer lydens hastighed sig.

I luft (ved stuetemperatur) bevæger lyden sig med omkring 343 meter i sekundet (1.125 fod i sekundet ). Men hvis du råber under vandet, bevæger lyden sig fire gange hurtigere, end den gør i luften. Og hvis du banker på et metalrør, skyder vibrationen endnu hurtigere gennem metallet.

Så hvorfor sker det?

Det kommer an på, hvor tæt molekylerne er pakket i forskellige materialer. I gasser som luft er molekylerne temmelig spredte, så det tager længere tid for bølgen at passere igennem. I væsker er molekylerne tættere på hinanden, så lyden bevæger sig hurtigere. I faste stoffer, hvor molekylerne er tæt pakket, bevæger lyden sig hurtigst.

Det er derfor, at hvis du lægger øret mod et togspor (det kan jeg ikke anbefale), vil du høre et modkørende tog, længe før lyden når dig gennem luften. Det er også derfor, at lyd opfører sig forskelligt i forskellige miljøer, som når din stemme lyder underligt dæmpet i en tyk tåge, fordi den ekstra fugt i luften ændrer lydbølgernes hastighed og absorption).

Intensitet

Hvis amplituden fortæller os, hvor stor en lydbølge er, fortæller intensiteten os, hvor stærk den er. Mere specifikt er intensiteten den mængde kraft, en lydbølge bærer pr. arealenhed, og vi måler den i watt pr. kvadratmeter (W/m²).

Tænk på det som en lommelygte. En svag lommelygte spreder en lille mængde energi over et område, mens en kraftig lygte sender masser af lys ud i det samme rum. Lyd fungerer på samme måde. Jo mere energi der er i en bølge, jo mere intens er den.

Intensitet er vigtig, fordi den spiller en stor rolle for, hvordan vi opfatter lydstyrke. Mens amplituden giver os bølgens højde, fortæller intensiteten os, hvor meget samlet energi der leveres. En lille højttaler og et stadionlydsystem kan begge producere den samme amplitude på et enkelt punkt, men stadionsystemet spreder denne kraft over et meget større område, hvilket gør det langt mere intenst.

Det er også derfor, at afstanden påvirker, hvor højt noget lyder. Når en lydbølge spreder sig, falder dens intensitet, fordi energien bliver fordelt over et større område. Det er derfor, en koncert lyder øredøvende tæt på højttalerne, men aftager, jo længere væk man kommer.

Fase

Fase ser på timingen af en bølge. Det er, hvor en lydbølge befinder sig i sin cyklus på et givet tidspunkt. Hvis du kunne fryse en bølgeform og pege på et bestemt sted på den, ville du identificere dens fase.

Vi måler fase i grader, hvor en komplet bølgecyklus er 360°. En bølge på 0° eller 360° er ved sit startpunkt, mens 180° betyder, at den er halvvejs og er vendt på hovedet.

Når flere lydbølger interagerer, bestemmer deres faser, om de arbejder sammen eller mod hinanden.

Hvis to identiske bølger er i fase (opstillet på de samme punkter), forstærker de hinanden, hvilket gør lyden stærkere. Men hvis de er ude af fase, hvilket betyder, at den ene bølges top er på linje med den andens dyk, ophæves de helt eller delvist, hvilket kan reducere eller endda fjerne lyden.

Faseannullering er enhver lydteknikers svøbe. Hvis du f.eks. nogensinde har indspillet et trommesæt og bemærket, at lilletrommen lyder underligt tynd, kan faseannullering mellem mikrofonerne være den skyldige. Det er også grunden til, at det at vende fasen på en mixer eller DAW nogle gange kan bringe en lyd til live igen.

Vi har en hel blog om, hvorfor fase er vigtigt i musik, som jeg anbefaler at tjekke ud, hvis du vil vide mere.

Forskellige typer lydbølger baseret på udbredelse

Det er vigtigt at bemærke, at ikke alle lydbølger bevæger sig på samme måde. Selv om de alle transporterer energi gennem et medium, kan den måde, de udbreder sig på (et smart udtryk for, hvordan lydbølger bevæger sig), være forskellig afhængigt af situationen.

Udbredelse er bare den måde, en bølge bevæger sig gennem rummet på. Nogle bølger skubber og trækker i samme retning, som de bevæger sig, mens andre bevæger sig op og ned eller spredes i komplekse mønstre.

Lad os opdele hovedtyperne af lydbølger ud fra, hvordan de bevæger sig, og hvorfor det er vigtigt.

Bølger i længderetningen

Longitudinale bølger er det foretrukne format for lydbølger i hverdagen. De er defineret af, hvordan de bevæger sig. Luftpartikler vibrerer frem og tilbage i samme retning som bølgen bevæger sig.

Jeg kan godt lide at forestille mig, at man skubber den ene ende af en slinky fremad, mens man trækker den tilbage, og ser spolerne samle sig og sprede sig i visse sektioner. I bund og grund bevæger longitudinale bølger sig gennem områder med kompression (hvor partikler skubbes sammen) og rarefaction (hvor partikler spredes fra hinanden). Denne konstante cyklus af tryk og træk er den måde, hvorpå lyd bevæger sig gennem luften og når vores ører.

Vi hører langsgående bølger i luft og vand, da disse materialer ikke har en struktur, der kan understøtte andre typer bølgebevægelser. Men de bevæger sig også gennem faste stoffer.

Da disse bølger er ansvarlige for næsten al den lyd, vi hører, er de kernen i alt i musikken, fra vibrationen i en guitarstreng til det sprøde slag fra en hi-hat.

Tværgående bølger

Transversale bølger bevæger sig lidt anderledes end deres longitudinale fætre. I stedet for at partiklerne vibrerer frem og tilbage i samme retning som bølgen, har tværgående bølger en bevægelse, der er vinkelret på bølgens rejsevej, hvilket betyder, at energien bevæger sig fremad, men partiklerne bevæger sig op og ned.

En god måde at forestille sig dette på er ved at ryste et reb. Hvis du holder i den ene ende og ryster det op og ned, vil du se bølger, der bevæger sig langs rebet, men det egentlige materiale i rebet bevæger sig fra side til side i stedet for i bølgens længde. Det er sådan, transversale bølger opfører sig.

Den afgørende forskel er, at tværgående bølger kun forekommer i faste stoffer. Det skyldes, at faste stoffer har den nødvendige stive struktur til at understøtte bevægelsen op og ned. Væsker og gasser har ikke den slags indre modstand.

Selv om de ikke er en del af den måde, vi hører lyd på, spiller tværgående bølger en stor rolle i forståelsen af de mekaniske egenskaber ved materialer i verden omkring os. De viser sig i seismisk aktivitet, vibrationer i faste strukturer og endda i, hvordan instrumenter resonerer. Hvis du nogensinde har mærket kroppen på en akustisk guitar vibrere, når du spiller en tone, har du oplevet tværgående bølger i aktion.

Overfladebølger

Overfladebølger er det bedste fra begge verdener, idet de kombinerer elementer fra både langsgående og tværgående bølger. I stedet for at bevæge sig rent frem og tilbage eller op og ned skaber overfladebølger en mere cirkulær eller rullende bevægelse, når de bevæger sig langs grænsen mellem to forskellige materialer.

For at vende tilbage til havets bølger : Når en bølge ruller mod kysten, bevæger vandet sig i et looping-mønster. Partikler nær overfladen bevæger sig i større cirkler, mens de dybere nede bevæger sig mindre. Det samme princip gælder for overfladebølger i andre materialer, herunder nogle tilfælde, hvor lyd interagerer med faste overflader.

Det vigtigste ved overfladebølger er, at deres energi aftager med dybden. Jo længere du kommer væk fra overfladen, jo mindre bliver bølgens bevægelse. Det er derfor, dybhavsdykkere ikke mærker den samme bevægelse, som kaster bådene rundt ovenpå.

Forskellige typer lydbølger baseret på frekvens

Nogle lydbølger kan vi høre, mens andre er helt uden for vores rækkevidde. Baseret på frekvens falder lydbølger i tre hovedkategorier:

• Hørbare lydbølger: Dette er de frekvenser, som mennesker faktisk kan høre. Alt fra 20 Hz til 20 kHz falder inden for dette område. Når vi bliver ældre, falder den øvre grænse, hvilket er grunden til, at nogle højfrekvente lyde kun kan høres af yngre ører (du husker sikkert dine klassekammerater, der spillede de irriterende mygge-apps i klassen, fordi læreren ikke kunne høre dem).
• Infralyd: Det er ultralave frekvenser under 20 Hz, som er for dybe for den menneskelige hørelse, men de er stadig meget virkelige og kraftfulde. Infralyd bruges til at opdage jordskælv, overvåge vulkansk aktivitet og endda til dyrekommunikation. Elefanter bruger f.eks. infralyd til at "tale" over lange afstande. Nogle forskere forbinder endda infralyd med følelser af ubehag, hvilket kan forklare de der "jeg sværger, at jeg lige har set et spøgelse"-øjeblikke.
• Ultralyd: Disse højfrekvente lydbølger over 20 kHz ligger uden for, hvad mennesker kan høre, men de har masser af praktiske anvendelser. Medicinsk billeddannelse (ultralydsscanninger), sonarteknologi og endda nogle skadedyrsbekæmpelsesmidler er afhængige af ultralyd. Nogle dyr, f.eks. flagermus og delfiner, bruger det til ekkolokalisering for at "se" på måder, der ligger uden for vores opfattelsesevne.

Afsluttende tanker om lydbølger

Så hvad kan du gøre med al denne nyfundne information om lydbølger?

For det første giver forståelsen af lydbølger dig mere kontrol over din musikproduktion, mixning, optagelse og endda live-lydopsætninger. Uanset om du justerer en EQ og prøver at finde ud af frekvensen på de bølger, du hører, eller placerer mikrofoner og prøver at undgå fase, hjælper det dig med at træffe bedre valg at vide, hvordan lyd bevæger sig.

Vil du have et sjovt eksperiment med lydbølger?

Prøv dette: Tag en højttaler, afspil en lavfrekvent sinusbølge (omkring 50-100 Hz), og læg hånden i nærheden af den. Kan du mærke vibrationen? Afspil nu en højfrekvent sinusbølge (5.000 Hz eller mere). Læg mærke til, hvordan vibrationerne forsvinder? Det er bølgelængde og frekvens i aktion. Jo lavere frekvensen er, jo længere er bølgelængden, og jo mere bevæger den sig gennem luften på en måde, du fysisk kan mærke.

Når alt kommer til alt, er lydbølger ikke bare en del af en abstrakt videnskab. De former alt, hvad vi hører og føler i musikken. Og jo mere du forstår dem, jo mere kan du bøje dem efter din vilje.