Når de fleste hører ordet bølge, ser de for seg havet - rullende dønninger, bølgeskvulp, kanskje til og med en surfer som havarerer på spektakulært vis. Men i musikkens og lydens verden fungerer bølger litt annerledes.

Det betyr ikke at havbølger og lydbølger ikke har mye til felles. Begge beveger seg gjennom rommet, transporterer energi og kan måles i form av størrelse og hastighet.

Den store forskjellen er selvfølgelig at havbølger beveger seg gjennom vann, mens lydbølger beveger seg gjennom luft (eller det materialet de tilfeldigvis passerer gjennom). Og mens havbølger er lette å se, er lydbølger litt mer komplekse, da de beveger seg på mikroskopisk nivå.

Å vite hvordan disse bølgene oppfører seg kan være utrolig nyttig for alle som jobber med lyd, enten du er lydtekniker, studiobygger eller utvikler akustisk behandling. Så la oss forklare det hele på enklest mulig måte!

Hva er en lydbølge?

I bunn og grunn er en lydbølge bare en vibrasjon som beveger seg gjennom luft (eller vann, eller et fast stoff. Lyd er ikke kresen). Det er grunnen til at vi hører alt fra musikk og stemmer til ting som bumper om natten!

Vi beskriver lydbølger basert på noen få nøkkelegenskaper, blant annet hvor raskt de beveger seg (frekvens), hvor store de er (amplitude) og hvordan de endrer seg over tid. Men før vi går nærmere inn på alt dette, er det viktig å forstå at lydbølger er en spesiell type bølger som kalles longitudinelle bølger .

I motsetning til havbølger, som beveger seg opp og ned mens de beveger seg fremover, skyver og trekker en longitudinell bølge luften i samme retning som den beveger seg.

For å forestille deg hvordan en longitudinell bølge fungerer, kan du tenke deg en lang rekke mennesker som står skulder ved skulder. Hvis den første personen lener seg fremover og støter borti den neste, og denne personen gjør det samme med den neste, får du en kjedereaksjon, akkurat som når luftmolekyler reagerer på en lyd. Denne frem-og-tilbake-bevegelsen er grunnen til at lyd ofte kalles en trykkbølge.

Når vi snakker om lydbølger i musikk og hverdagsliv, snakker vi egentlig om lydtrykkbølger. Disse lydbølgene lander innenfor det menneskelige hørselsområdet, som er omtrent 20 Hz til 20 000 Hz. Lyder som ligger under det menneskelige øret, er infralydområdet, som er for lavt til at vi kan høre det, men som er nyttig for ting som å oppdage jordskjelv og spore elefanter (jada, du leste riktig). Over det menneskelige ørets rekkevidde ligger ultralyd, som vi bruker til alt fra medisinsk avbildning til rengjøring av smykker. Vi kommer tilbake til disse om litt.

Utover musikk er det flere bransjer der lydbølger spiller en stor rolle. De gjør alt fra å hjelpe leger med å se inn i menneskekroppen til å gjøre det mulig for ubåter å navigere under vann. Men for oss som musikere og produsenter er disse bølgene grunnlaget for alt vi jobber med, og jo bedre vi forstår dem, desto mer kontroll har vi over lyden vår.

Hva er komponentene i en lydbølge?

Lydbølger kan virke som mørk magi, men akkurat som alt annet i fysikken følger de et sett med regler. Hver lyd vi hører, har spesifikke egenskaper som definerer hvordan den oppfører seg, og det finnes en håndfull nøkkelkomponenter som former lydbølgene.

Frekvens

Frekvensen er en av de viktigste faktorene som former hvordan vi hører lyd. Enkelt sagt er det hvor raskt en lydbølge vibrerer. Vi måler det i hertz (Hz), som forteller oss hvor mange ganger bølgen svinger i løpet av ett sekund.

Jo raskere vibrasjonen er, desto høyere er frekvensen. Og frekvensen er det som bestemmer tonehøyden. For eksempel har en midt-C på et piano en frekvens på ca. 261,6 Hz, noe som betyr at luften vibrerer med den hastigheten per sekund for å produsere tonen. En lav basstone kan ha en frekvens på rundt 60 Hz, mens en gjennomtrengende hundefløyte kan ha en frekvens på over 20 000 Hz (som beleilig nok er der den menneskelige hørselen slutter å fungere).

Bølgelengde

Bølgelengde (λ) er størrelsen på en lydbølge - nærmere bestemt hvor langt den beveger seg i løpet av en hel syklus. Hvis du fryser en lydbølge og strekker den ut foran deg, vil bølgelengden være avstanden fra den ene toppen til den neste.

Det finnes en enkel formel for å finne ut av dette:

λ=c/f

Her er hva det betyr:

• λ (bølgelengde): Lengden på en hel syklus av bølgen
• c (lydens hastighet): Hvor raskt lyden beveger seg gjennom luften (ca. 343 meter per sekund ved romtemperatur)
• f (frekvens): Hvor raskt bølgen vibrerer, målt i hertz

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

λ = 343/100 = 3,43 meter

Det betyr at bølgen er over 3 meter lang!

Hvis vi sammenligner det med en lyd på 1000 Hz:

λ = 343/1000 = 0,343 meter

Som du ser, har høyere frekvenser kortere bølgelengder, og det er derfor bassen (lave frekvenser) føles stor og bred, mens diskanten (høye frekvenser) er mer fokusert og retningsbestemt.

Dette er også grunnen til at lave lyder kan forplante seg gjennom vegger, mens høye lyder har en tendens til å bli absorbert eller reflektert.

Amplitude

Amplitude representerer kraften eller volumet til en lyd. Det er den delen av en lydbølge som gjør den høy eller lav. Mer teknisk sett representerer den hvor langt luftpartiklene skyves fra hvileposisjonen sin når en lydbølge passerer gjennom. Jo større bevegelsen er, desto sterkere er bølgen, og desto høyere er lyden.

Tenk på det slik: Hvis du slår forsiktig på en tromme, beveger luften seg nesten ikke, og du får en stille lyd. Men hvis du slår hardt på trommelen, komprimeres og utvides luften mye mer dramatisk, noe som skaper høyere lyder.

Det er amplitude i aksjon.

I en bølgeform er amplituden høyden på bølgen. Høyere bølger betyr høyere amplitude, som vi oppfatter som mer volum. Mindre bølger betyr lavere amplitude, som vi hører som en roligere lyd.

Utover volumet spiller amplituden imidlertid også en rolle for hvordan lyden samhandler med rommet, hvordan den føles fysisk, og til og med hvordan den oppfattes følelsesmessig i musikk.

Hastighet

Når vi snakker om lydens hastighet (og ikke om en av Coldplays beste sanger), handler det om hvor raskt lydbølger beveger seg gjennom et medium. I motsetning til lys, som suser gjennom rommet med en hastighet som er vanskelig å forstå, trenger lyd noe å bevege seg gjennom. Det kan være luft, vann, metall, hva som helst. Og avhengig av hva dette noe er, endres lydens hastighet.

I luft (ved romtemperatur) beveger lyden seg med en hastighet på rundt 343 meter per sekund. Men hvis du roper under vann, beveger lyden seg fire ganger raskere enn den gjør i luft. Og hvis du banker på et metallrør, går vibrasjonene enda raskere gjennom metallet.

Så hvorfor skjer dette?

Det kommer an på hvor tett molekylene er pakket i ulike materialer. I gasser som luft er molekylene ganske spredt, så det tar lengre tid for bølgen å passere gjennom. I væsker ligger molekylene tettere sammen, så lyden beveger seg raskere. I faste stoffer, der molekylene er tett pakket, beveger lyden seg raskest.

Det er derfor du vil høre et tog som kommer mot deg lenge før lyden når deg gjennom luften, hvis du legger øret mot et togspor (jeg anbefaler ikke dette). Det er også grunnen til at lyd oppfører seg forskjellig i ulike miljøer, for eksempel at stemmen din høres merkelig dempet ut i tykk tåke, fordi den ekstra fuktigheten i luften endrer hastigheten og absorpsjonen av lydbølgene.)

Intensitet

Hvis amplituden forteller oss hvor stor en lydbølge er, forteller intensiteten oss hvor sterk den er. Mer spesifikt er intensiteten mengden kraft en lydbølge bærer med seg per arealenhet, og vi måler den i watt per kvadratmeter (W/m²).

Tenk på det som en lommelykt. En svak lommelykt sprer en liten mengde energi over et område, mens en kraftig lommelykt sprer massevis av lys på samme sted. Lyd fungerer på samme måte. Jo mer energi som er samlet i en bølge, desto mer intens er den.

Intensiteten er viktig fordi den spiller en stor rolle i hvordan vi oppfatter lydstyrken. Mens amplituden gir oss høyden på bølgen, forteller intensiteten oss hvor mye total energi som blir levert. En liten høyttaler og et stadionanlegg kan begge produsere samme amplitude på et enkelt punkt, men stadionanlegget sprer denne kraften over et mye større område, noe som gjør den langt mer intens.

Dette er også grunnen til at avstand påvirker hvor høyt noe høres. Når en lydbølge sprer seg ut, synker intensiteten fordi energien blir fordelt over et større område. Det er derfor en konsert høres øredøvende ut i nærheten av høyttalerne, men avtar jo lenger bak du kommer.

Fase

Fase ser på timingen til en bølge. Det er hvor i syklusen en lydbølge befinner seg på et gitt tidspunkt. Hvis du kunne fryse en bølgeform og peke på et bestemt punkt på den, ville du identifisere fasen.

Vi måler fase i grader, og en hel bølgesyklus er 360°. En bølge på 0° eller 360° er ved startpunktet, mens 180° betyr at den er halvveis og har snudd opp ned.

Når flere lydbølger samvirker, er det fasene deres som avgjør om de virker sammen eller mot hverandre.

Hvis to identiske bølger er i fase (stilt opp på de samme punktene), forsterker de hverandre, noe som gjør lyden sterkere. Hvis de derimot er ute av fase, det vil si at den ene bølgetoppen er på linje med den andre bølgedypet, utlignes de helt eller delvis, noe som kan redusere eller til og med eliminere lyden.

Fasekansellering er enhver lydteknikers bane. Hvis du for eksempel noen gang har spilt inn et trommesett og lagt merke til at lilletrommen høres merkelig tynn ut, kan fasekansellering mellom mikrofonene være årsaken. Det er også grunnen til at det å snu fasen på en mikser eller DAW noen ganger kan gi lyden liv igjen.

Vi har en hel blogg om hvorfor fase er viktig i musikk som jeg anbefaler å sjekke ut hvis du vil lære mer.

Ulike typer lydbølger basert på forplantning

Det er viktig å merke seg at ikke alle lydbølger beveger seg på samme måte. Selv om de alle transporterer energi gjennom et medium, kan måten de forplanter seg på (et fint uttrykk for hvordan lydbølger beveger seg) være forskjellig avhengig av situasjonen.

Propagering er bare måten en bølge beveger seg gjennom rommet på. Noen bølger skyver og trekker i samme retning som de beveger seg, mens andre beveger seg opp og ned eller sprer seg i komplekse mønstre.

La oss dele opp hovedtypene av lydbølger basert på hvordan de beveger seg, og hvorfor det er viktig.

Longitudinelle bølger

Longitudinelle bølger er det vanligste formatet for lydbølger i hverdagen. De defineres av hvordan de beveger seg. Luftpartiklene vibrerer frem og tilbake i samme retning som bølgen beveger seg.

Jeg liker å forestille meg at man skyver den ene enden av en slinky fremover og trekker den bakover, og ser at spolene samler seg og sprer seg i visse deler. I bunn og grunn beveger longitudinelle bølger seg gjennom områder med kompresjon (der partikler presses sammen) og rarefaction (der partikler spres fra hverandre). Denne konstante syklusen av skyv og trekk er hvordan lyd beveger seg gjennom luften og når frem til ørene våre.

Vi hører longitudinelle bølger i luft og vann, siden disse materialene ikke har en struktur som støtter andre typer bølgebevegelser. Men de beveger seg også gjennom faste stoffer.

Siden disse bølgene er ansvarlige for nesten all lyd vi hører, er de kjernen i alt vi hører i musikken, fra vibrasjonene i en gitarstreng til den sprø trommen fra en hi-hat.

Tverrgående bølger

Transversale bølger beveger seg litt annerledes enn sine longitudinelle fettere. I stedet for at partiklene vibrerer frem og tilbake i samme retning som bølgen, har transversale bølger en bevegelse som er vinkelrett på bølgens bevegelsesbane, noe som betyr at energien beveger seg fremover, men partiklene beveger seg opp og ned.

En god måte å forestille seg dette på er ved å riste et tau. Hvis du holder i den ene enden og vifter det opp og ned, vil du se bølger som beveger seg langs tauet, men selve materialet i tauet beveger seg fra side til side i stedet for langs bølgelengden. Det er slik transversale bølger oppfører seg.

Den viktigste forskjellen er at transversale bølger bare oppstår i faste stoffer. Det er fordi faste stoffer har den nødvendige stive strukturen for å støtte opp- og nedbevegelsen. Væsker og gasser har ikke den typen indre motstand.

Selv om de ikke er en del av hvordan vi hører lyd, spiller tverrbølger en stor rolle i forståelsen av de mekaniske egenskapene til materialer i verden rundt oss. De dukker opp i seismisk aktivitet, vibrasjoner i solide strukturer og til og med i hvordan instrumenter resonerer. Hvis du noen gang har kjent kroppen på en akustisk gitar vibrere når du spiller en tone, har du opplevd transversale bølger i aksjon.

Overflatebølger

Overflatebølger er som det beste fra to verdener, og kombinerer elementene fra både longitudinelle og transversale bølger. I stedet for å bevege seg rent frem og tilbake eller opp og ned, skaper overflatebølger en mer sirkulær eller rullende bevegelse når de beveger seg langs grensen mellom to forskjellige materialer.

Når en bølge ruller inn mot land, beveger vannet seg i et sløyfemønster . Partiklene nær overflaten beveger seg i større sirkler, mens partiklene dypere nede beveger seg mindre. Det samme prinsippet gjelder for overflatebølger i andre materialer, inkludert i noen tilfeller der lyd interagerer med faste overflater.

Det viktigste med overflatebølger er at energien avtar med dybden. Jo lenger du kommer fra overflaten, desto mindre blir bølgenes bevegelse. Det er grunnen til at dykkere på dypt vann ikke kjenner den samme bevegelsen som slenger båter rundt på overflaten.

Ulike typer lydbølger basert på frekvens

Noen lydbølger kan vi høre, mens andre er helt utenfor vår rekkevidde. Basert på frekvens kan lydbølger deles inn i tre hovedkategorier:

• Hørbare lydbølger: Dette er de frekvensene som mennesker faktisk kan høre. Alt fra 20 Hz til 20 kHz faller inn under dette området. Etter hvert som vi blir eldre, synker den øvre grensen, og det er derfor noen høyfrekvente lyder bare kan høres av yngre ører (du husker sikkert klassekameratene dine som spilte de irriterende myggappene i timen fordi læreren ikke kunne høre dem).
• Infralyd: Dette er ultralavfrekvenser under 20 Hz som er for dype til at mennesker kan høre dem, men de er likevel svært reelle og kraftige. Infralyd brukes til å oppdage jordskjelv, overvåke vulkansk aktivitet og til og med til dyrekommunikasjon. Elefanter bruker for eksempel infralyd til å "snakke" over lange avstander. Noen forskere knytter til og med infralyd til følelser av uro, noe som kan forklare "jeg sverger på at jeg nettopp så et spøkelse"-øyeblikk.
• Ultralyd: Disse høyfrekvente lydbølgene på over 20 kHz er hinsides det mennesker kan høre, men de har mange praktiske bruksområder. Medisinsk avbildning (ultralydskanning), sonarteknologi og til og med noen skadedyrbekjempelsesmidler er avhengige av ultralyd. Noen dyr, som flaggermus og delfiner, bruker det til ekkolokalisering for å "se" på måter som vi ikke kan oppfatte.

Avsluttende tanker om lydbølger

Så hva kan du gjøre med all denne nyvunne informasjonen om lydbølger?

For det første gir forståelse av lydbølger deg mer kontroll over musikkproduksjon, miksing, innspilling og til og med live-lydoppsett. Enten du justerer en EQ og prøver å finne ut frekvensen på bølgene du hører, eller du plasserer mikrofoner og prøver å unngå fase, kan du ta bedre valg når du vet hvordan lyden beveger seg.

Vil du ha et morsomt eksperiment med lydbølger?

Prøv dette: Ta en høyttaler, spill av en lavfrekvent sinusbølge (rundt 50-100 Hz), og legg hånden i nærheten av den. Kjenner du vibrasjonen? Spill nå av en høyfrekvent sinusbølge (5000 Hz eller mer). Legger du merke til hvordan vibrasjonene forsvinner? Det er bølgelengde og frekvens i aksjon. Jo lavere frekvens, desto lengre bølgelengde, og desto mer beveger den seg gjennom luften på en måte som du kan føle fysisk.

Når alt kommer til alt, er lydbølger ikke bare en del av en abstrakt vitenskap. De former alt vi hører og føler i musikken. Og jo mer du forstår dem, desto mer kan du bøye dem etter din egen vilje.