الخلفية النظرية
الصوت هو تردد آلي، أو موجة قادرة على التحرك في وسط مادي مثل الهواء ، و الأجسام الصلبة، السوائل، والغازات، ولا تنتشر في الفراغ (إذا وضعنا جرسا في ناقوس زجاجي وفرغنا الناقوس من الهواء ، فإننا لا نسمع صوت الجرس عندما يدق بسبب عدم انتقال هزات (صوت) الجرس في الفراغ). وباستطاعة الكائن الحي تحسس الصوت عن طريق عضو خاص يسمى الأذن. ومصادر الصوت في الطبيعة كثيرة ، فنجده في الرعد وزئير الأسد وانفجار البراكين وحديثا يصدر من السيارات والطائرات والآلات الموسيقية والأجراس. من منظور علم الأحياء فالصوت هو إشارة تحتوي على نغمة أو عدة نغمات تصدر من الكائن الحي الذي يملك العضو الباعث للصوت، تستعمل كوسيلة اتصال بينه وبين كائن آخر من جنسه أو من جنس آخر، يعبر من خلالها عما يريد قوله أو فعله بوعي أو بغير وعي مسبق، ويسمى الأحساس الذي تسببه تلك الذبذبات بحاسة السمع
الصوت هو تردد آلي، أو موجة قادرة على التحرك في وسط مادي مثل الهواء ، و الأجسام الصلبة، السوائل، والغازات، ولا تنتشر في الفراغ (إذا وضعنا جرسا في ناقوس زجاجي وفرغنا الناقوس من الهواء ، فإننا لا نسمع صوت الجرس عندما يدق بسبب عدم انتقال هزات (صوت) الجرس في الفراغ). وباستطاعة الكائن الحي تحسس الصوت عن طريق عضو خاص يسمى الأذن. ومصادر الصوت في الطبيعة كثيرة ، فنجده في الرعد وزئير الأسد وانفجار البراكين وحديثا يصدر من السيارات والطائرات والآلات الموسيقية والأجراس. من منظور علم الأحياء فالصوت هو إشارة تحتوي على نغمة أو عدة نغمات تصدر من الكائن الحي الذي يملك العضو الباعث للصوت، تستعمل كوسيلة اتصال بينه وبين كائن آخر من جنسه أو من جنس آخر، يعبر من خلالها عما يريد قوله أو فعله بوعي أو بغير وعي مسبق، ويسمى الأحساس الذي تسببه تلك الذبذبات بحاسة السمع
ويعد الصوت أساس الكثير من الخبرات التي يكتسبها الانسان. وقد كان الانسان في الماضي لا يعتمد على الأصوات التي يصدرها من حنجرته فحسب ، و إنما أيضا على أصوات الطبول و الأدوات التي تحدث الجلجلة و الخشخشة و أيضا بالمزامير
ويعد الصوت أساس الكثير من الخبرات التي يكتسبها الانسان. وقد كان الانسان في الماضي لا يعتمد على الأصوات التي يصدرها من حنجرته فحسب ، و إنما أيضا على أصوات الطبول و الأدوات التي تحدث الجلجلة و الخشخشة و أيضا بالمزامير
وتقدر سرعة الصوت في وسط هوائي عادي ب 343 متر في الثانية أو 1224 كيلومتر في الساعة. تتعلق سرعة الصوت بـ صلابة و كثافة المادة التي يتحرك فيها الصوت وكذلك تعتمد على درجة حرارته
وتقدر سرعة الصوت في وسط هوائي عادي ب 343 متر في الثانية أو 1224 كيلومتر في الساعة. تتعلق سرعة الصوت بـ صلابة و كثافة المادة التي يتحرك فيها الصوت وكذلك تعتمد على درجة حرارته
الصوت هو اهتزاز ميكانيكي للوسط ، الموجة الصوتية هي إحدى اشكال الصوت (نماذج الانتشار) التي يتميز بها الصوت ، وكمثال على نماذج أخرى: التيارات الصوتية والتدفق الصوتي ]
الصوت هو اهتزاز ميكانيكي للوسط ، الموجة الصوتية هي إحدى اشكال الصوت (نماذج الانتشار) التي يتميز بها الصوت ، وكمثال على نماذج أخرى: التيارات الصوتية والتدفق الصوتي ]
هنالك عوامل أخرى تؤثر على انتشار الصوت وسرعته كطبيعة المادة (اللزوجة، والكثافة ، ودرجة الحرارة ، وتأثر الوسط بمجال مغناطيسي). فالصوت ينتقل في الهواء والماء والغازات والسوائل وفي قضيب الحديد أو النحاس أو حتى عبر الحوائط والجدران.
هنالك عوامل أخرى تؤثر على انتشار الصوت وسرعته كطبيعة المادة (اللزوجة، والكثافة ، ودرجة الحرارة ، وتأثر الوسط بمجال مغناطيسي). فالصوت ينتقل في الهواء والماء والغازات والسوائل وفي قضيب الحديد أو النحاس أو حتى عبر الحوائط والجدران.
يستطيع الإنسان سماع الصوت عند ترددات بين نحو 20 هيرتز (إي 20 اهتزازة في الثانية) و 20 كيلو هيرتز (أي 20 ألف اهتزازة في الثانية). الصوت ذو ترردد أعلى من 20.000 هيرتز يسمى تردد فوق صوتي وأما الصوت في ترددات أقل من 20 هيرتز فهي ترددات تحت صوتية، وتختلف نطاقات سماع الحيوانات عن نطاقات سماع الإنسان
يستطيع الإنسان سماع الصوت عند ترددات بين نحو 20 هيرتز (إي 20 اهتزازة في الثانية) و 20 كيلو هيرتز (أي 20 ألف اهتزازة في الثانية). الصوت ذو ترردد أعلى من 20.000 هيرتز يسمى تردد فوق صوتي وأما الصوت في ترددات أقل من 20 هيرتز فهي ترددات تحت صوتية، وتختلف نطاقات سماع الحيوانات عن نطاقات سماع الإنسان
خصائص الموجات الصوتية
خصائص الموجات الصوتية
يعتبر الصوت أحد الظواهر الهامة التي يستعملها الإنسان والحيوان للتخطيط والتفاهم عن طريق حاسة السمع (الاذن) التي يتم بواسطتها تحويل الصوت من موجات صوتية إلى إشارات كهربائية عن طريق الاذن والمخ والتي تتحول إلى معلومات مفهومة وتشمل هذه الظواهر جميع الأصوات على اختلاف مصادرها ووسائلها.
يعتبر الصوت أحد الظواهر الهامة التي يستعملها الإنسان والحيوان للتخطيط والتفاهم عن طريق حاسة السمع (الاذن) التي يتم بواسطتها تحويل الصوت من موجات صوتية إلى إشارات كهربائية عن طريق الاذن والمخ والتي تتحول إلى معلومات مفهومة وتشمل هذه الظواهر جميع الأصوات على اختلاف مصادرها ووسائلها.
مثلا سماع الأصوات من الآلات الموسيقية وتعدد وسائل الاتصالات المسموعة التي تعتمد على تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى وتطور الأجهزة الصوتية التي تأخد أشكالا متعددة في تطبيقاتها الحديثة في مجالات الطب والصناعة والزراعة وغيرها تجعل العلماء والمهتمين بهذا المجال يكثفون الجهد لفهم الظواهر الموجية من حيث مصادرها وكيفية حدوثها وطرق انتشارها والعوامل التي تتحكم فيها ومدى الاستفادة منها.
مثلا سماع الأصوات من الآلات الموسيقية وتعدد وسائل الاتصالات المسموعة التي تعتمد على تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى وتطور الأجهزة الصوتية التي تأخد أشكالا متعددة في تطبيقاتها الحديثة في مجالات الطب والصناعة والزراعة وغيرها تجعل العلماء والمهتمين بهذا المجال يكثفون الجهد لفهم الظواهر الموجية من حيث مصادرها وكيفية حدوثها وطرق انتشارها والعوامل التي تتحكم فيها ومدى الاستفادة منها.
إذا لاحظنا بعناية الطرق التي يحدث بها الصوت نجد أنه لابد من بذل شغل في كل حالة.الموسيقى يبذل شغلا لتحريك أوتار الآلة الموسيقية كما أن الصوت الناتج عندما تصفق يديك لتشجيع فريقا رياضيا مثلا يأتي من بذل شغل وهذا الشغل المبذول بواسطة اليدين يسبب اضطرابا في الهواء المحيط متحولا إلى طاقة صوتية تتشكل على شكل موجات منتظمة عليه فإن الصوت صورة من صور الطاقة إذا استقبلتها الأذن يحدث الإحساس بالسمع.
إذا لاحظنا بعناية الطرق التي يحدث بها الصوت نجد أنه لابد من بذل شغل في كل حالة.الموسيقى يبذل شغلا لتحريك أوتار الآلة الموسيقية كما أن الصوت الناتج عندما تصفق يديك لتشجيع فريقا رياضيا مثلا يأتي من بذل شغل وهذا الشغل المبذول بواسطة اليدين يسبب اضطرابا في الهواء المحيط متحولا إلى طاقة صوتية تتشكل على شكل موجات منتظمة عليه فإن الصوت صورة من صور الطاقة إذا استقبلتها الأذن يحدث الإحساس بالسمع.
وتعتبر دراسة "الصوت" من المواضيع المهمة حيث تستخدم هذه الدراسات في ابحاث الطيران والفضاء والطاقة المتجددة والطاقة النووية والأبحاث الطبية.
وتعتبر دراسة "الصوت" من المواضيع المهمة حيث تستخدم هذه الدراسات في ابحاث الطيران والفضاء والطاقة المتجددة والطاقة النووية والأبحاث الطبية.
ويمكن توليد الصوت بوسائل ميكانيكية أو حرارية. وتستخدم الوسائل الحرارية في بناء المبردات الصوتية الحرارية وكذلك في عمليات الكشف عن الماء الموجود في النفط]
ويمكن توليد الصوت بوسائل ميكانيكية أو حرارية. وتستخدم الوسائل الحرارية في بناء المبردات الصوتية الحرارية وكذلك في عمليات الكشف عن الماء الموجود في النفط]
تتألف الموجه الصوتية أو الأمواج الصوتية في أي وسط من حركة اهتزازية حركة اهتزازية سريعة للجزيئات التي تؤلف الوسط. فحركة إحدى جزيئات الوسط تؤدي إلى اضطراب الجزيئات المجاورة، وهذه بدورها تقوم بنفس العمل، وهكذا دواليك، بحيث أن موجة من الإضطراب تعبر الوسط ابتداء من نقطة الحركة الأولى. وعندما تهتز الشوكة الرنانة في الهواء، فإن حركة الشعبة المهتزه إلى الأمام تضغط الهواء المجاور. إلا أنه سرعان ماتعود هذه المنطقة المنضغطة من الهواء إلى حالتها الاعتيادية بفضل الخاصة المطاطية للهواء وعلى حساب انضغاط المناطق المجاورة، بحيث أن موجه من الضغط الزائد تنتشر ابتداء من الشعبة المهتزة من الشوكة الرنانة، وبنفس الطريقة فإن حركة الشعبة المهتزة إلى الخلف تولد موجه من الضغط الناقص أو التخلخل.
تتألف الموجه الصوتية أو الأمواج الصوتية في أي وسط من حركة اهتزازية حركة اهتزازية سريعة للجزيئات التي تؤلف الوسط. فحركة إحدى جزيئات الوسط تؤدي إلى اضطراب الجزيئات المجاورة، وهذه بدورها تقوم بنفس العمل، وهكذا دواليك، بحيث أن موجة من الإضطراب تعبر الوسط ابتداء من نقطة الحركة الأولى. وعندما تهتز الشوكة الرنانة في الهواء، فإن حركة الشعبة المهتزه إلى الأمام تضغط الهواء المجاور. إلا أنه سرعان ماتعود هذه المنطقة المنضغطة من الهواء إلى حالتها الاعتيادية بفضل الخاصة المطاطية للهواء وعلى حساب انضغاط المناطق المجاورة، بحيث أن موجه من الضغط الزائد تنتشر ابتداء من الشعبة المهتزة من الشوكة الرنانة، وبنفس الطريقة فإن حركة الشعبة المهتزة إلى الخلف تولد موجه من الضغط الناقص أو التخلخل.
تولد الشوكة الرنانة على هذه الشاكلة مانسميه بالصوت الصافي Pure Tune الذي يعبر عنه كميا بعنصرين هما تواتر الاهتزاز Frequency وسعته Amplitude مطالأو شدته Intensity.
تولد الشوكة الرنانة على هذه الشاكلة مانسميه بالصوت الصافي Pure Tune الذي يعبر عنه كميا بعنصرين هما تواتر الاهتزاز Frequency وسعته Amplitude مطالأو شدته Intensity.
إن ذروة الشوكة رنانة - وبالتالي أي جزيئة من جزيئات الوسط المجاور لها -تعاني حركة بسيطة منسجمة في الاتجاه الرئيسي لانتشار الموجة بحيث يمكن تمثيل مواضع هذه الجزيئة في حركتها بالنسبة للزمن بموجة جيبية. أما إذا كانت حركة مصدر الاهتزاز حركة غير بسيطة ولا منسجمة نحو الأمام والخلف، فإن شكل الموجة يكون معقدا وهذه هي صفة أكثر المنبهات الصوتية الطبيعيية.
إن ذروة الشوكة رنانة - وبالتالي أي جزيئة من جزيئات الوسط المجاور لها -تعاني حركة بسيطة منسجمة في الاتجاه الرئيسي لانتشار الموجة بحيث يمكن تمثيل مواضع هذه الجزيئة في حركتها بالنسبة للزمن بموجة جيبية. أما إذا كانت حركة مصدر الاهتزاز حركة غير بسيطة ولا منسجمة نحو الأمام والخلف، فإن شكل الموجة يكون معقدا وهذه هي صفة أكثر المنبهات الصوتية الطبيعيية.
هذا ويمكن رياضيا تحليل الموجة المعقدة إلى موجتين أو أكثر من الموجات الجيبية التي يمكن حينئذ تحديدها بالعنصرين التواتر والشدة
هذا ويمكن رياضيا تحليل الموجة المعقدة إلى موجتين أو أكثر من الموجات الجيبية التي يمكن حينئذ تحديدها بالعنصرين التواتر والشدة
:شدة الموجة الصوتية
:شدة الموجة الصوتية
هي كمية الطاقة التي تؤثر في سنتيمتر مربع واحد من الوسط أثناء مرور الموجة الصوتية، حيث أن وحدة الديسبل هي الواحدة المستعملة للتعبير عن كمية طاقة الموجه. ونظرا للشدات الصوتية المتغيرة بشكل كبير والتي تستقبلها الأذن وتميزها، فإن هذه الشدات يعبر عنها بمصطلحات لغاريتمية لقيمها الحقيقية.
هي كمية الطاقة التي تؤثر في سنتيمتر مربع واحد من الوسط أثناء مرور الموجة الصوتية، حيث أن وحدة الديسبل هي الواحدة المستعملة للتعبير عن كمية طاقة الموجه. ونظرا للشدات الصوتية المتغيرة بشكل كبير والتي تستقبلها الأذن وتميزها، فإن هذه الشدات يعبر عنها بمصطلحات لغاريتمية لقيمها الحقيقية.
عندما نقول أن شدة صوت ما هي كذا ديسبلات فهذا يعني أن هذا الرقم هو عشرة أضعاف لوغاريتم نسبة طاقة هذا الصوت إلى طاقة أخرى متفق عليها.
عندما نقول أن شدة صوت ما هي كذا ديسبلات فهذا يعني أن هذا الرقم هو عشرة أضعاف لوغاريتم نسبة طاقة هذا الصوت إلى طاقة أخرى متفق عليها.
الطاقة = (الضغط)2
الطاقة = (الضغط)2
ديسبل = 10 X (الضغط)2
ديسبل = 10 X (الضغط)2
ديسبل = 10 X الطاقة
ديسبل = 10 X الطاقة
مثال على ذلك: إن الفرق بين أقل شدة وأقوى شدة تتحملها أذن الإنسان هي (120) ديسبل. وهذه الكمية هي نسبة طاقة صوت الرعد القوي إلى طاقة صوت في العتبة الدنيا للسمع، ويمثل الديسبل الواحد زيادة حقيقية في قدرة الصوت تعادل ، 26 مرة.
مثال على ذلك: إن الفرق بين أقل شدة وأقوى شدة تتحملها أذن الإنسان هي (120) ديسبل. وهذه الكمية هي نسبة طاقة صوت الرعد القوي إلى طاقة صوت في العتبة الدنيا للسمع، ويمثل الديسبل الواحد زيادة حقيقية في قدرة الصوت تعادل ، 26 مرة.
ولما كان الديسبل مقياس نسب، فلا بد من اعتماد معيار أو مستند للمقارنة به والنسبة إليه. فيمكن الاعتماد مثلا على العتبة الدنيا للسمع، ولكن هذا المعيار يختلف من شخص لآخر ويختلف كثيرا باختلاف تواترات الصوت
ولما كان الديسبل مقياس نسب، فلا بد من اعتماد معيار أو مستند للمقارنة به والنسبة إليه. فيمكن الاعتماد مثلا على العتبة الدنيا للسمع، ولكن هذا المعيار يختلف من شخص لآخر ويختلف كثيرا باختلاف تواترات الصوت
لذلك وتلافيا لهذه الاعتبارات، اتفق المعنيون بهذا الأمر على اعتماد معيار اتفاقي هو الميكروواط. ولما كان الواط هو مقياس لمعدل تدفق الطاقة لكل سنتيمتر مربع فالميكروواط يقارب العتبة الدنيا للسمع التسمح بسماع صوت تواتره (1000) ذبذبة في الثانية
لذلك وتلافيا لهذه الاعتبارات، اتفق المعنيون بهذا الأمر على اعتماد معيار اتفاقي هو الميكروواط. ولما كان الواط هو مقياس لمعدل تدفق الطاقة لكل سنتيمتر مربع فالميكروواط يقارب العتبة الدنيا للسمع التسمح بسماع صوت تواتره (1000) ذبذبة في الثانية
تصنيف الصوت تبعا للتردد
تصنيف الصوت تبعا للتردد
بحسب التردد يصنف الصوت إلى الأنواع
بحسب التردد يصنف الصوت إلى الأنواع
تحت الصوتية، وهي أقل من 16 هرتز وهي غير مسموعة للأذن البشرية حيث التردد منخفض جدا،
تحت الصوتية، وهي أقل من 16 هرتز وهي غير مسموعة للأذن البشرية حيث التردد منخفض جدا،
نطاق السمع، وهو يمتد من 16 هرتز إلى نحو 20.000 هرتز، وهي أصوات مسموعة للبشر،
نطاق السمع، وهو يمتد من 16 هرتز إلى نحو 20.000 هرتز، وهي أصوات مسموعة للبشر،
فوق صوتية، بين 20.000 هرتز إلى 6و1 جيجا هرتز (6و1 مليار ذبذبة في الثانية)، وهي غير مسموعة للبشر، حيث ترددها عالي
فوق صوتية، بين 20.000 هرتز إلى 6و1 جيجا هرتز (6و1 مليار ذبذبة في الثانية)، وهي غير مسموعة للبشر، حيث ترددها عالي
صوتية فائقة، موجات صوتية ترددها أكبر من 1 مليار هرتز (1 مليار ذبذبة/ثانية)، وهذه قد لا تنتشر
صوتية فائقة، موجات صوتية ترددها أكبر من 1 مليار هرتز (1 مليار ذبذبة/ثانية)، وهذه قد لا تنتشر