محتويات
خصائص الصوت
- التردد.
- الطول الموجي.
- السعة.
- الشدة.
خصائص الصوت أو الموجة الصوتية يمكننا تضمينها في أربع نقاط رئيسية يمكن من خلالهم فهم هذه الخصائص:
التردد: التردد هو أحد خصائص الموجات بشكل عام، ولأن الصوت موجوة فهو أحد خصائص الموجات الصوتية، ويتم تعريفه على أنه عدد الدورات التي تؤديها الموجة في الثانية الواحدة، ويتم قياس تردد الموجات بالهرتز، وتعتمد حدة الصوت على التردد إما أن يكون مرتفعًا أو منخفضًا.
الطول الموجي: الخاصية الثانية من خصائص الموجات الصوتية وهو الكول الموجي ويتم تعريفه بأنه المسافة بين القمة والقمة أو القاع والقاع في الموجة، أي المسافة بين أي نقطتين متتاليتين في الموجة، ويتم الاعتماد على الطول الموجي في قياس سرعة الصوت.
السعة: تعبر سعة الصوت أو الموجة الصوتية عن حجمها، وتتناسب السعة تناسبًا طرديًّا مع ارتفاع الصوت، فكلما زادت سعة الصوت كلما كان الصوت أعلى، وتعتمد السعة على المصدر الذي ينتج الصوت.
الشدة: مثل شدة التيار الكهربائي، فشدة الموجة الصوتية تكون معبرة عن طاقة الموجة، لذلك يتم قياسها بالواط، ولأن الشدة من الخصائص المرتبطة بمصدر الصوت، فكلما كانت الشدة أعلى كلما زاد الصوت ولكن لا بد أن تكون المساحة مناسبة.[1][2]
كيف يحدث الصوت
تحدث الموجة الصوتية عند اهتزاز جسم ما.
تحدث الموجة الصوتية عند اهتزاز جسم ما، فعندما يهتز الجسم يقوم بإنتاج كوجات تسمى موجات الضغط وهي التي تؤدي إلى توليد الصوت، والموجة الصوتية من الموجات التي تنتقل عبر الأوساط المختلفة لذلك يمكننا سماعها ولكن بحسب الوسط الذي تمر منه سواء كان ماءً أو هواءً.
كلما كانت الموجة الصوتية قريبة من المصدر كلما كانت كثافتها أعلى، ولكن كلما ابتعدنا عن المصدر كلما قلت كثافة هذه الموجة وكذلك سعتها وشدتها، وتتأثر سرعة انتقال الصوت بالطول الموجي..[3]
كيف ينتقل الصوت عبر الأوساط المختلفة
- البدء.
- ناقل الموجة.
- الانتشار.
- استقبال الموجة.
يتم نقل الموجات الصوتية عبر الأوساط المختلفة في أربع مراحل، هم:
البدء: حتى تنتقل الموجة لا بد أن يتم إنشاؤها أولًا، فلا بد من وجود مصدر يتم من خلال اهتزازه تكوين الموجة، ومن أمثلة المصادر التي يعتمد عليها في توليد الموجة مكبر الصوت أو الجيتار، بل يمكنك توليد موجة صوتية من خلال إلقاء حجر في البحر.
ناقل الموجة: حتى تنتقل الموجة من وسط إلى وسط لا بد من وجود ناقل لهذه الموجة، والناقل في هذه الحالة هو حركة الجسيمات التي تتكون منها المادة، فحركة جسيم واحد عن موضعه يؤثر في تحريك الجسيمات التي تجاوره، وبالتالي انتقال الموجة عبر الوسط.
الانتشار: إذا أردنا حساب قوة الجسيمات وقدرتها على تحريك بعضها البعض سنجد أنها في العادة تكون ضعيفة، إلا أنه في الموجة الصوتية بالتحديد تكون قوتها شديدة لذلك تستطيع الموجة من خلالهم الانتشار.
استقبال الموجة: استقبال الموجة بالتأكيد سيكون عن طريق الأذن، في الأذن وهي المستقبل حيث أنه كلما كانت الذبذبات عالية كلما سمع الإنسان أفضل، فاهتزازات الجسيمات يعمل على اهتزاز الأذن بشكل غير مرئي وبالتالي نستطيع من خلال ذلك سماع الصوت.[3]
أنواع الموجات الصوتية بالنسبة للانتشار
- الموجات الطولية.
- المستعرضة.
- السطحية.
يمكن تصنيف الموجات الصوتية بحسب الانتشار إلى ثلاثة أنواع، هم:
الموجات الطولية: الموجات الصوتية يمكن أن تكون موجات طولية ولكن هذا بحسب وضع الانتشار، وتتميز هذه الموجات بوجود ذبذبات أخرى تكون موزاية للموجة أثناء انتقالها، وتستطيع الموجات الطولية الانتشار في أغلب الأوساط إلا أن انتشارها في السوائل والغازات يكون أكبر.
المستعرضة: على عكس الموجات الطولية، فكما يظهر من اسمها فالموجات المستعرضة تتميز بوجود جسيمات أو ذبذبات أخرى ولكنها تكون عمودية على جسيمات الموجة، وهذه الموجات تختلف عن الموجات الطولية لأنها لا تستطيع الانتشار في أغلب الأوساط، بل إن انتشارها يكون في الأوساط الصلبة فقط.
السطحية: النوع الثالث والأخير من الموجات السطحية حسب الانتشار، وهي الموجات السطحية، وهي الموجات التي تنشأ بين وسطين مختلفين، وعادة ما يتم رصدها بجوار الموجات الطولية والمستعرضة أو عند حدودهما.[3]
أنواع الموجات الصوتية بالنسبة للتردد
- الموجات المسموعة.
- فوق الصوتية.
- تحت الصوتية.
يمكننا تقسيم الموجات الصوتية إلى أنواع بحسب التردد، وهم ثلاثة أنواع:
الموجات المسموعة: أول نوع من أنواع الموجات الصوتية عند تصنيفها على أساس التردد، والمقصود بها هي الموجة التي نستطيع سماعها لأنها تقع بين الترددات التي يستطيع الإنسان سماعها من 20 هرتز حتى تصل إلى 20 كيلو هرتز وهو حيز كبير جدًّا يمكننا من خلاله سماع الكثير من الأصوات حولنا.
فوق الصوتية: الموجات فوق الصوتية لا يمكننا سماعها لأنها كما يبدو من اسمها تفوق التردد الذي يمكن للإنسان سماعه، حيث يزيد ترددها عن 20 كيلو هرتز، ولكن هذا سيكون هو المطلوب عندما تدخل هذه الموجات في تطبيقات مختلفة.
تحت الصوتية: هذه الموجات أيضًا لا يستطيع الإنسان سماعها أو الإحساس بها، وذلك لأن تردد هذه الموجات يكون أقل من 20 هرتز، وهو الحد الأدنى من الترددات والتي يمكن للإنسان عندها أن يسمع الأصوات والموجات من حوله.[3]
كيفية استخدام الموجات الصوتية في التطبيقات المختلفة
- مولدات الصوت.
- التحليل.
- تحسين الصوتيات.
تستخدم الموجات الصوتية في تطبيقات كثيرة وأهم هذه التطبيقات الصوتيات، وتستخدم الموجات في الصوتيات كالآتي:
مولدات الصوت: لا يمكن استخدام الموجات الصوتية في الصوتيات إلا بعد توليد هذه الموجات، وكيفية توليد هذه الموجات تكون عن طريق مولدات الصوت التي تصدر موجات مختلفة ومتنوعة أو في هذا السياق يطلق عليها اسم ضوضاء والتي تختلف في تردداتها، لذلك تحتاج إلى تحليلات وقياسات موسعة من أجل الحصول على التردد المناسب.
التحليل: القياس والتحليل من الخطوات المهمة للغاية من أجل اختيار الصوت المناسب والتردد المناسب، وعن طريق هذه الخطوة يستطيع المسؤول أن يلتقط الإشارات ويعرف العيوب داخلها، ويتم عمل هذه الخطوة باستخدام معدات معينة تستطيع التقاط الإشارات الموجات ومن ثم تحليلها لمعرفة كفاءة التوليد من خلال مقارنة الموجات المتولدة بالمستقبلة.
تحسين الصوتيات: من خلال التحليل ومعرفة الخلل إذا كان هناك خلل فإن المسؤولون يستطيعون تعديل الخلل إذا كان ناتجًا من المولد أو ناتجًا من مساحة الغرفة، فمساحة الغرفة وتصميمها تكون مؤثرة أيضًا في استقبال الموجات وكفاءتها.[3]
كيفية تأثير خصائص الموجات الصوتية فيما نسمع
تختلف الموجات الصوتية في خصائصها باختلاف المولد أو الجهاز الذي يهتز من أجل الحصول على موجات، فكلما كانت شدته كبيرة كلما زادت شدة الموجات أي زيادة عدد الموجات المكونة كلما ارتفع الصوت المسموع وخاصة إذا كانت المساحة مناسبة، ومن هنا تكون العلاقة.
شدة الموجات تعني زيادة عددها، والذي يعني بالضرورة زيادة التردد الخاص بالموجات، فكلما زاد التردد، زادت السعة وبالتالي زاد ارتفاع الصوت الذي نسمعه، وكلما انخفض التردد انخفضت السعة كذلك، وبالتالي انخفاض الصوت الذي نسمعه. [4]
