معلومات عن علم الصوت في الفيزياء
مفهوم الصوت وماهيته
يعرف الصوت فيزيائيًا بأنه اضطراب ميكانيكي ناتج عن حالة توازن تنتشر عبر وسط مادة مرنة ولكن هذا التعريف مقيد بمفهوم الصوت الذي يمكن للأذن البشرية سماعه، وهناك طبيعة أخرى للأصوات التي لا يسمعها الإنسان كأصوات صفارات الكلاب وأجهزة السونار.
وغالبًا ما يبدأ علم الأصوات بدراسة الموجات الصوتية وخصائصها إذ إن الصوت يتكون من موجات ناتجة عن عملية الاهتزاز أو الاضطراب فمثلًا موجات صوت الإنسان ناتجة عن اهتزاز أوتاره الصوتية الموجودة في الحلق وعندما يخرج الهواء من الفم ينتج الصوت الذي نسمعه ونفهمه.
أنواع الموجات الصوتية
هناك نوعان أساسيان من الموجات؛ المستعرضة والطولية بحيث تتباين بحسب طريقة انتشارها عبر المواد ففي الموجة المستعرضة والتي تشبه الموجة المتشكلة في حبل ممتد عندما يتم أرحته فيتذبذب الطرف الحر منه صعودًا وهبوطًا وتكون الحركة المشكلة للموجة عمودية أو عرضية على اتجاه تحرك الموجة (أي على طول الحبل).
يتم إنشاء العديد من الموجات المستعرضة بواسطة المصادر الكهرومغناطيسية كالراديو والضوء بحيث تتأرجح المجالات الكهربائية والمغناطيسية المشكلة للموجة بشكل متعامد مع اتجاه انتشارها،
في حين ينتشر الصوت عبر الهواء وغيره من الوسائط كموجة طولية، ويحدث الاضطراب الميكانيكي المشكل للموجة بنفس اتجاه انتشارها، ويمكن إنشاؤها في زنبرك عبر ضغط طرفيه على بعضهما وإطلاق أحدهما فتنتقل الموجات الطولية بطول الزنبرك وهي طريقة انتشار الصوت في الهواء.
وتتحرك الجسيمات المهتزة كجزء من الموجة الصوتية صعودًا وهبوطًا على طول محور انتقال الموجة، وتخلق هذه الحركة مناطق تجمع للجزيئات تليها مناطق ذات كثافة أقل تخلق خلخلة بداخل الموجة(مناطق ضغط مرتفع ثم مناطق ضغط منخفض وهكذا) فتنشأ الموجة الطولية.
وعليه فإن الموجة الصوتية تتكون من قمة وقاع بحيث يمثل الضغط المرتفع القمة في حين يمثل الضغط المنخفض القاع، والفترة الزمنية التي تستغرقها الموجة بين قمتي موجتين (أي لتتمكن من صنع قمة واحدة وقاع واحد) هي الفترة الزمنية للموجة الصوتية، ويحدد تردد الموجة الصوتية (عدد الموجات المتكونة في فترة زمنية معينة) بنبرة الصوت الناتج بحيث التردد الأعلى للصوت العالي والتردد المنخفض للأصوات الأكثر انخفاضًا.
خصائص الصوت
للصوت خواص عدة ترتبط بخواص الموجات الصوتية المكونة له وهي موضحة كما يلي:
التردد
- يرتبط تردد الصوت بالنغمة المسموعة
- الموجات الصوتية عالية التردد تكون عالية النبرة.
- الموجات الصوتية المنخفضة التردد تكون ذات نبرة أو حدة منخفضة.
السعة
- سعة الموجة الصوتية ترتبط بحجم الصوت.
- الموجات الصوتية الهادئة هي تلك ذات السعة الصوتية المنخفضة.
- الموجات الصوتية العالية أو الصاخبة هي تلك ذات السعة الصوتية العالية.
ويستطيع البشر سماع ترددات معينة تتمثل بتلك القادرة على تحفيز القوقعة السمعية - وهي مجموعة محدودة من الترددات - ونطاق السمع البشري الطبيعي يتراوح بين (20 - 20000 هيرتز) والهيرتز هي وحدة قياس الصوت.