Gå til hovedindhold

Hvilket øre hørte først

Hvorfor mon?

I dette forsøg skal I teste hvor små forskelle i afstande af lydkilder I kan opfatte. Det kan også være at I kan teste en anden ting, nemlig om I hører hurtigst på det ene eller det andet øre.

  • Hvordan tror I, at man kan høre hvor lyde kommer fra?
  • Tror I at jeres ører opfanger lyde lige hurtigt?

Et andet testotek-forsøg "Hvor kommer lyden fra" kan være godt at tage udgangspunkt i inden dette forsøg gennemføres. I vejledningen til “Hvor kommer lyden fra” er det fysiologiske del af hørelsen også forklaret.

Nederst på siden her finder I en video der guider jer gennem forsøget. Udvid gerne forsøget med jeres egne hypoteser, find evt. inspiration under “Prøv at…” afsnittet.

Beskrivelsen af aktiviteten er målrettet: Natur/Teknologi, efter 6. klasse

Sådan gør du 

Til forsøget skal der bruges en lang slange. Prøv eventuelt forskellige slanger af. Vi har brugt en standard silikoneslange til laboratoriebrug

Marker midten af slangen ved at lægge den dobbelt og sætte en streg på midten med en permanent sprittusch

Placer slangen så den ikke rykker sig under forsøget. Vi har spændt den fast, for at undgå at det eventuelt er svingninger i slangen man fornemmer frem for lyden

Få slange-enderne godt tæt på øregangen, gerne lidt ind i hvis muligt

Slå på slangen med fx. en blyant. Det skal blot være et lille slag, men prøv jer frem - det kan være det er anderledes for den slangetype I bruger

Få forsøgspersonen til at pege en finger op på den side af hovedet, forsøgspersonen synes lyden kommer fra. Hvis man er i tvivl løftes begge fingre

Film hvor I slår med mobiltelefonen som dokumentation. Prøv efterfølgende at notere på en tegning hvor venstre finger løftedes og hvor højre finger løftedes, med et bogstav på tegningen. V for venstre og h for højre. B for begge (dvs. hvis forsøgspersonen var i tvivl)

 

Prøv at.... 

Nedenstående kan være inspiration til hypoteser eleverne kan arbejde med - på klasseplan, i hold eller enkeltvis.

...at finde ud af om man hører forskel på om ting er foran eller bagved dig med lukkede øjne. Prøv at stille en hypotese op for hvordan man kan eller ikke kan høre forskel

...at gøre slangen længere

...at fylde slangen med vand - hvad sker der så?

...at bruge en anden tykkelse slange

...først at slå en masse gange på venstre side, og herefter en masse gange på højre. Laver man fejl når der skiftes fra venstre til højre?

 

Forklaring 

Når vi bestemmer retningen en lyd kommer fra, udnytter vi, at lyden rammer det ene øre før det andet. Hjernen fortolker ud fra hvilket øre der rammes først, hvor lyden er kommet fra. Hvis lyden kommer direkte bagfra eller forfra rammes begge ører samtidig, men i så fald hjælper formen af det ydre øre med at bestemme lydretningen.

Selvom lydbølger bevæger sig meget hurtigt igennem luften, så er kroppen altså i stand til at opfatte og registrere den tidsforskel det tager lydbølgerne at rejse fra en lydkilde til det ene øre, og til det andet øre. Derfor er man i dette forsøg også i stand til at opfatte og registrere forskelle i hvor der bliver slået på slangen over et spænd der er nogenlunde sammenligneligt med afstanden imellem ens ører.

 

Baggrundsviden om lyd

Lyd

Lyd er en vibration, der bevæger sig gennem stof (såsom luft eller vand). En vibration er en baglæns og forlæns bevægelse frembragt af en vibrerende kraft. Vibrationer bevæger sig udad i alle retninger fra kilden gennem det omgivende stof; de overføres gennem stoffet.

 

Hørelse

Når vibrationer når frem til øret, får de trommehinden til at vibrere. Lydene forstærkes inde i øret (det er ikke afgørende at kende til de anatomiske detaljer i dette undervisningsmateriale), og beskeder sendes via hørenerven til hjernen, hvor de bliver fortolket (dvs. ’hørt’). Hvis man for eksempel spiller på en fløjte, vil luften inde i fløjten vibrere, når man puster i den. Folk der sidder hele vejen omkring personen som spiller fløjte kan høre det, fordi vibrationerne bevæger sig udad fra fløjten gennem den omgivende luft, indtil den når de enkeltes trommehinde.

 

Lydbølge

Når en lydkilde vibrerer, forårsager det vibrationer i partiklerne som udgør det omgivende stof. Partiklernes bevægelse baglæns og forlæns (vibrationer) bevæger sig igennem stoffet, og når de gør det, skaber de områder hvor partiklerne er tætpakkede (fortætninger) og områder hvor partiklerne er spredt ud med større afstand imellem hinanden (fortyndinger), hvorved der opstår bølger af tryk (lydbølger). Det er muligt at se en animation af dette her:

http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/waves-intro/waves-intro.html

 

Der er tre karakteristika, som beskriver en lydbølge:

  1. Frekvens – det antal bølger der passerer et punkt hvert sekund – målt som cyklusser per sekund, kaldet Hertz (Hz)
  2. Bølgelængde –afstanden mellem toppen på en bølge til toppen på den næste bølge
  3. Amplitude- et mål for bølgens størrelse.

 

Frekvens – Frekvensen er antallet af vibrationer i en tidsenhed.

Det menneskelige øre kan høre i frekvensområdet 20-20.000 Hz. Det betyder, at 20 Hz er den dybeste lyd vi kan høre, og 20.000 Hz er den højeste. Det afhænger også af alder og helbred. Generelt kan børn høre højere lyde end voksne, så der er lyde som eleverne i klassen vil kunne høre, som læreren ikke kan. Nogle dyr kan høre og frembringe meget højere eller meget dybere lyde end mennesker kan høre. En hund kan for eksempel høre lyde i frekvensområdet 15-50.000 Hz. En flagermus kan høre lyde i frekvensområdet 100-100.000 Hz, mens pukkelhvalens sang ligger på 20-24Hz.

Tonehøjde – Tonehøjden afhænger af frekvensen. 

En høj tone har en høj frekvens, og en dyb tone har en lav frekvens. En lyds tonehøjde afhænger af lydbølgens frekvens, som er bestemt af vibrationens hastighed. Jo højere frekvensen er, jo højere er antallet af vibrationer per tidsenhed. En højere frekvens (altså hurtigere vibrationer) frembringer en højere tone end en lyd med langsommere vibrationer. Frekvens måles som vibrationer per sekund eller Hertz (Hz). Jo højere en lyds frekvens er, jo kortere er bølgelængden. Dette påvirker den måde en lyd bevæger sig på (se Sådan opfører lydbølger sig – længere nede).

Amplitude – Amplituden er størrelsen på en bølge

Amplituden bestemmer lydstyrken. En stor amplitude frembringer en kraftig lyd, og en lille amplitude frembringer en svag eller stille lyd. Dette kan illustreres med en lineal, der anslås (se Forøg med en lineal i Del 2). En stor vibration frembringer en kraftigere lyd end en lille vibration. Lydintensiteten måles i decibel (dB). Det er en logaritmisk skala. En forskel på 10 dB mellem to forskellige lydes intensitet betyder, at den ene lyd er 10 gange kraftigere end den anden. Menneskelig tale ligger mellem 40 dB (hvisken) og 80 dB (råb). Ørets følsomhed overfor en lyd afhænger af lydens frekvens. Det menneskelige øre er mest følsomt overfor lyde med en frekvens på omkring 4.000 Hz. Den højeste tone på et klaver er omkring 4.000 Hz. Der er meget kraftige [LE1] lyde, som vores hørelse slet ikke registrerer. For eksempel er den lyd flagermus laver på 130 dB, men vi kan ikke høre dem, fordi lydene er for høje at høre for vores ører.

Nogle få eksempler på forskellige lyde på en dB skala:

 

hvisken                                                                                                          40 dB

samtale                                                                                                          60 dB

råb                                                                                                                                                  80 dB

risiko for høreskade                                                                                  85 dB

trykluftbor                                                                                                     100 dB

jetmotor på 10 m afstand                                       120 dB (eller en klasse fyldt med råbende børn)

smertegrænsen                                                                                          130 dB

rock koncert tæt på højtalerne                             150 dB

kraftig artilleriild                                                                                         180 dB

 

Stof – Lyde bevæger sig gennem stof 

Hvis der ikke er noget stof, er der ikke noget, der kan vibrere. Stoffet kan være luft eller vand, men også faste materialer såsom træ. Når man svømmer under vandet, kan man stadig høre ting. Træ er også et godt stof; læg øret mod bordpladen og trom på bordet med fingrene. Kan det[LE2]  høres? Når man taler om lydens hastighed, menes der som regel lydens hastighed gennem luft. Men lyd bevæger sig med forskellig hastighed gennem forskellige stoffer. Gennem luft er lydens hastighed ca. 343 meter per sekund (1235 km/t); dette varierer afhængigt af luftfugtighed og temperatur. I vand er lydens hastighed hurtigere (1500 m/s). Lyd bevæger sig meget længere i vand, end det gør i luft. For eksempel kan hvaler høre hinanden på flere hundrede kilometers afstand. Lyd kan ikke bevæge sig i vakuum, fordi der ikke er noget at bevæge sig igennem. Film hvori man hører et stort brag, når noget eksploderer i rummet, er altså ikke videnskabelige korrekte.

 

Akustik – Akustik er den videnskab, der undersøger mekaniske bølger

En mekanisk bølge er en bølge som udbreder sig i stof, da den videreføres gennem partiklers svingninger. Anvendelsen af akustik er for eksempel i industrier som kontrollerer lyd og støj. Et rum eller auditoriums karakteregenskaber bestemmer om lyden høres godt. Nogle af de ting der skal tages højde for er refleksionen af vibrationer, absorptionen af vibrationer, resonans og afstand (folk helt bagest skal også kunne høre). 

 

Sådan opfører lydbølger sig

Når en lydbølge støder på en forhindring, kan adskillige ting forekomme. Denne viden kan anvendes, når man skal designe en koncertsal eller et teater:

 

Absorption 

Når en forhindring består af blødt porøst materiale (fx skum eller vat), vil meget af lydbølgens energi blive absorberet. Det medfører at forskellene bliver mindre i lydbølgens tryk og lyden dæmpes. Dette anvendes fx i lydstudier, hvor vægge, gulv og loft er dækket med blødt porøst materiale for at dæmpe ekko og andre lyde, der ikke skal med på optagelsen. På samme vis er der mindre støj i et lokale med gulvtæppe fremfor et lokale med hårde gulvbelægninger, fordi tæppet absorberer lyde.

Refleksion 

Når lyd støder på en hård overflade (fx sten eller beton) bliver den reflekteret og bølgerne springer tilbage til lydkilden. Det er det som skaber ekko og efterklang. Lyde er kraftigere i et lokale med materialer som reflekterer lyd (for eksempel et badeværelse med fliser på gulv og vægge), end de er udenfor. Det er på grund af lydens refleksion mod fliserne. Man kan sige, at mængden af lydenergi der når ens øre er højere, fordi en lyd når ens øre adskillige gange. 

Diffraktion 

Lydbølger kan bevæge sig udenom genstande. For eksempel kan man godt høre en lyd, selv om der er en forhindring imellem en selv og lydkilden.

Frekvensen, og derfor tonehøjden, påvirker den måde lyd bevæger sig i et område. Og også hvordan den absorberes, reflekteres eller spredes. Høje lyde absorberes og spredes lettere end dybe lyde. Dybe lyde er mere gennemtrængende. Det er grunden til, at når der er en koncert eller stor fest langt væk, så kan man kun høre de dybe lyde, såsom bas og trommer. De højere lyde er enten absorberede eller spredt mellem en selv og lydkilden.

Når der designes og bygges musikinstrumenter, anvendes forskellige materialer afhængigt af deres absorberende og reflekterende egenskaber. Desuden påvirkes lyden også af facon og størrelse på det område hvor vibrationen dannes. Generelt kan man sige, at jo større instrumentet er, jo dybere er tonehøjden på den tone instrumentet frembringer. Det er fordi, et større instrument kan lave lyde med en længere bølgelængde og derfor en dybere lyd. For eksempel er en orgelpibes længde halvdelen af bølgelængden af den tonehøjde den frembringer. Så jo længere orgelpiben er, jo dybere er tonehøjden på den tone, den frembringer.

En almindelig forklaring på resonans er eksemplet med at skubbe en gynge. Når et skub gives i overensstemmelse med gyngens bevægelse, så resulterer det i en større bevægelse af gyngen. Hvis det samme skub ikke gives på det korrekte sted i forhold til gyngens bevægelse, så er effekten af dette på størrelsen af gyngens bevægelse relativ lille, eller den reducerer måske endda bevægelsen, hvis denne går imod gyngens retningen.  Akustisk resonans er et fænomen hvori lydbølgerne fra et akustisk system kan forstærkes, når lydens frekvens nærmer sig systemets naturlige vibrationsfrekvens. Akustisk resonans er uhyre vigtigt i fremstillingen af akustiske instrumenter. I et blæseinstrument, såsom en saxofon, blæser musikeren mod et blad i mundstykket, hvilket skaber en vibration. Når frekvensen af bladets vibration svarer til den naturlige frekvens af vibrationen i luftsøjlen i instrumentets  krop, opstår resonans som frembringer en kraftig lyd. I Del 2, Akt. 2.5 skal eleverne undersøge tilblivelsen af en resonanskasse, til at forstærke den lyd de laver.

I Testoteket findes desuden et andet forsøg, hvor man kan undersøge sin evne til at retningsbestemme en lydkilde. Det kan hentes her og hedder 'Hvor kommer lyden fra'

 

 

Læringsmål og Fælles Mål

Læringsmål:  Eleven kan forklare enkelte processer ved anvendelse af en humanfysiologisk model, herunder beskrive de enkelte dele i modellen med naturfaglige ord.
  • Natur/teknologi
    • Modellering
      • Modellering i naturfag
        • Efter 6. klassetrin
          • Fase 1: Eleven kan anvende sammensatte modeller til at beskrive processer | Eleven har viden om sammensatte modeller
Læringsmål:  Eleven kan gennemføre en undersøgelse om sammenhængen mellem to elementer, herunder indsamle simple data og forholde sig til variabler.
  • Natur/teknologi
    • Undersøgelse
      • Undersøgelser i naturfag
        • Efter 6. klassetrin
          • Fase 1: Eleven kan gennemføre enkle systematiske undersøgelser | Eleven har viden om variable i en undersøgelse
Læringsmål:  Eleven kan opstille en enkelt hypotese om hvordan lyd registreres samt designe og gennemføre en enkel systematisk undersøgelse der be- eller afkræfter denne hypotese
  • Natur/teknologi
    • Undersøgelse
      • Mennesket
        • Efter 6. klassetrin
          • Fase 1: Eleven kan gennemføre fysiologiske forsøg ved brug af enkelt digitalt måleudstyr | Eleven har viden om motion
Læringsmål:  Eleven kan ved hjælp af en model af øret fortælle om ørets fysiologi og forklare lydens vej fra kilde, gennem øret til hjernen, herunder ved brug af korrekte naturfaglige termer.
  • Natur/teknologi
    • Modellering
      • Mennesket
        • Efter 6. klassetrin
          • Fase 1: Eleven kan med modeller forklare ørets og øjets fysiologi og anatomi | Eleven har viden om syn og hørelse