كل ما تحتاج معرفته عن الصوت – تعريف و خصائص و معلومات

تعريف الصوت

الصوت عبارة عن تردد ميكانيكي أو موجة يمكن أن تتحرك في الوسائط الفيزيائية مثل الهواء والمواد الصلبة والسوائل والغازات ، ولا تنتشر في الفراغ (إذا وضعنا الجرس في الجرس وأفرغنا الجرس ، نستمع عند الجرس الأصوات لا يوجد صوت لأنه لا يوجد اهتزاز (صوت) جرس في الفراغ.) يمكن للكائنات الحية إدراك الأصوات من خلال أعضاء خاصة تسمى الأذنين. هناك العديد من مصادر الصوت في الطبيعة ، مثل الانفجارات البركانية والرعد. إنها تأتي من حركة الأشياء ، مثل حركة السيارات والطائرات. من وجهة نظر بيولوجية ، الصوت هو إشارة تحتوي على نغمة واحدة أو عدة نغمات ، تنبعث من الكائنات الحية ذات الأعضاء الباعثة ، وتستخدم كوسيلة للتواصل مع شخص آخر من نفس النوع أو كائن حي آخر. ، من خلاله بوعي. أو التعبير عن ما تريد قوله أو فعله دون وعي. تسمى الأحاسيس التي تسببها هذه الاهتزازات بالسمع.

 

الصوت هو أساس العديد من التجارب البشرية. في الماضي ، كان الناس يعتمدون ليس فقط على صوت الحلق ، ولكن أيضًا على قرع الطبول والآلات الموسيقية ، وكذلك على صوت الفلوت.

 

تبلغ سرعة الصوت في الهوائي العادي 343 مترًا في الثانية أو 1224 كيلومترًا في الساعة. ترتبط سرعة الصوت بكثافة المادة التي يتحرك فيها الصوت وكثافتها ، وتعتمد أيضًا على درجة حرارته.

 

الصوت هو الاهتزاز الميكانيكي للوسط ، والموجة الصوتية هي شكل صوتي (وضع الانتشار) يميز الصوت ، مثل الأوضاع الأخرى: تدفق الصوت وتدفق الصوت.

وهناك عوامل أخرى تؤثر على انتشار الصوت وسرعته ، مثل طبيعة المادة (اللزوجة ، والكثافة ، ودرجة الحرارة ، وتأثير الوسط على المجال المغناطيسي). يمكن أن ينتقل الصوت من خلال الهواء والماء والغاز والسائل والحديد أو قضبان النحاس ، وحتى الجدران والجدران.

يمكن للبشر سماع الأصوات بترددات تتراوح بين 20 هرتز تقريبًا (أو 20 اهتزازًا في الثانية) و 20 كيلو هرتز (أو 20000 اهتزاز في الثانية). يسمى الصوت ذو التردد الأعلى من 20000 هرتز بالموجات فوق الصوتية ، والصوت الذي يقل تردده عن 20 هرتز يسمى بالموجات فوق الصوتية ، ويختلف نطاق سمع الحيوانات عن نطاق سمع البشر.

التعرف على الجسد

من وجهة نظر الفيزياء ، الصوت نوع من الموجة. تنتشر الموجات في السوائل والغازات كموجات طولية وأيضًا في الهواء ؛ أي ينتشر الصوت في الهواء بطريقة دورية لضغط الهواء الرنان ، أي منطقة الهواء المضغوط ، ثم منطقة الهواء الرقيقة ، ثم منطقة الهواء المضغوط ، وما إلى ذلك وهلم جرا. اتجاه تغير الموجة هو نفس اتجاه انتشار الصوت. في المواد الصلبة ، ينتشر الصوت في موجات عرضية (أي أن موجاته متعامدة مع اتجاه انتشار الصوت). تنقل الموجات الصوتية جزيئات الوسط (الهواء بشكل أساسي) إلى حالة وسيطة بين الزيادة والنقصان (منطقة الهواء المضغوط ، ثم منطقة الهواء الرقيق ، ثم منطقة الهواء المضغوط ، ثم منطقة الهواء الرقيق) ، وما إلى ذلك) وتنتشر في الهواء عند سرعة خاصة ترمز إلى سرعة الصوت ج. لكي تنتشر الموجات الصوتية ، فإنها تحتاج إلى وسيط يمكن أن ينتشر ، مثل الهواء أو الماء أو السائل ، أو في وسط مادة صلبة ، مثل قضبان النحاس أو الحديد. يمكننا أيضًا المرور عبر الجدران ؛ فالصوت لن ينتقل في الفراغ.

 

تعتمد سرعة الصوت على الوسط الذي ينتقل فيه. سرعة الصوت في الهواء هي 343 مترًا في الثانية عند 20 درجة مئوية ، و 1407 مترًا في الثانية عندما تكون درجة حرارة الماء 0 درجة مئوية.

 

يمكن حساب الطول الموجي للموجة الصوتية {\ displaystyle \ lambda} {\ displaystyle \ lambda} من التردد f للموجة وسرعة الصوت ج. الصيغة كما يلي:

 

{\ displaystyle \ lambda = {\ frac {c} {f}}} {\ displaystyle \ lambda = {\ frac {c} {f}}}

عادةً ما يؤدي الاختلاف في الضغط أو الكثافة إلى تغيير سرعتها. يصبح هذا واضحًا عندما نتخيل مستوى ضغط صوت يبلغ 130 ديسيبل. هذه هي درجة الألم في الأذن البشرية ، ويتم التعبير عنها بالضغط الجوي الطبيعي: الضغط الجوي للهواء الساكن هو 101.325 باسكال ، وقيمة ضغط الصوت الفعلية البالغة 130 ديسيبل هي 63 باسكال فقط.

 

خصائص الموجات الصوتية

الصوت من الظواهر المهمة للإنسان والحيوان للتخطيط والفهم من خلال السمع (الأذنين) ، فمن خلال السمع يتحول الصوت من موجات صوتية إلى إشارات كهربائية ، ومن خلال الأذنين والعقول يتحول إلى معلومات واضحة. وتشمل هذه الظواهر الأصوات من جميع المصادر والطرق المختلفة.

 

على سبيل المثال ، سماع الأصوات من الآلات الموسيقية ، والاعتماد على طرق اتصال مسموعة متعددة لتحويل الطاقة من صورة إلى أخرى ، وتطوير أشكال مختلفة من الأجهزة الصوتية في التطبيقات الحديثة في مجالات الطب والصناعة والزراعة وغيرها يجعل العلماء والأشخاص المهتمون بهذا المجال يكثفون جهودهم لفهم مصدر ظاهرة الموجة ، وكيف تحدث ، وكيف تنتشر ، وعوامل التحكم ، ونطاق استخدامها.

 

إذا نظرنا عن كثب إلى طريقة حدوث الصوت ، فسنجد أنه يجب القيام بالعمل في كل موقف. يمكن للموسيقى أن تقود أوتار الآلة ، على سبيل المثال ، الصوت الناتج عندما تصفق بيديك لتشجيع فريق رياضي ، على سبيل المثال ، يأتي من العمل والأذنان تنتج السمع.

 

تعد دراسة “الصوت” موضوعًا مهمًا لأن هذه الدراسات تستخدم في أبحاث الفضاء والطاقة المتجددة والطاقة النووية والبحوث الطبية.

 

يمكن إنتاج الصوت ميكانيكيًا أو حراريًا. يستخدم الجهاز الحراري لإنشاء مبرد حراري صوتي وللكشف عن الرطوبة في الزيت

تصنيف الموجات فوق الصوتية

تصنف الموجات الصوتية حسب ترددها على النحو التالي:

 

الموجات فوق الصوتية

Crystal Clear application kdict.png المقال الرئيسي: الموجات فوق الصوتية موجة

هذه موجات بترددات تزيد عن 20000 هرتز ، وهي خارجة عن إدراك الأذن البشرية. نظرًا لتطبيقاته المهمة في العديد من المجالات في الصناعة والطب والمجالات الأخرى ، لا يزال هذا النوع من الموجات موضوعًا للبحث والاهتمام الوثيقين. من الممكن توليد موجات فوق صوتية بتردد يتجاوز 1000000 هرتز ، ولا تختلف خصائص هذه الموجات عن غيرها من الموجات الصوتية ، ولكن نظرًا لقصر طولها الموجي ، يمكن أن تنتشر على شكل أشعة صغيرة عالية الطاقة.

 

صوتي

تطبيق Crystal Clear kdict.png المقال الرئيسي: موجة صوتية

إنها تلك الموجودة في نطاق القدرات السمعية البشرية ، ويمكن للناس التمييز بينها بسهولة والتفاعل معها ، وتتراوح تردداتها بين 20 هرتز و 20000 هرتز.

 

الأشعة تحت الصوتية

Crystal Clear application kdict.png المقال الرئيسي: موجة

هي موجات صوتية بتردد أقل من 20 هرتز لا تستطيع آذان الإنسان رؤيتها ، وأهم مصادرها الزلازل وحركات القشرة المنزلقة والزلازل والبراكين الناتجة عنها. من المهم جدا في رصد الزلازل وتتبع النشاط البركاني. يمكن لبعض الحيوانات إدراك الزلازل قبل حدوثها.

 

سرعة الصوت

Crystal Clear app kdict.png المقال الرئيسي: سرعة الصوت

تختلف سرعة الصوت باختلاف نوع ودرجة حرارة الوسط الذي تنتشر من خلاله الموجات الصوتية ، فهي أعلى في المواد الصلبة وأقل في السوائل وأقل بكثير في الغازات. أما انتشار الصوت في الهواء فيعتمد على الضغط ، أي أن سرعة الصوت تتناقص مع الارتفاع عن سطح الأرض.

 

يتم الحصول على سرعة الموجات الصوتية في السائل بالمعادلة التالية

 

{\ displaystyle v = {\ sqrt {\ frac {E} {d}}}} {\ displaystyle v = {\ sqrt {\ frac {E} {d}}}}

 

تبلغ سرعة الصوت في الهواء عند صفر درجة مئوية 331.1 م / ث ، وهي تزداد مع ارتفاع درجة الحرارة. عند درجة الحرارة القياسية (15 درجة مئوية) ، تقدر سرعة الصوت في الماء بـ 1450 م / ث. تتراوح هذه السرعة بين 3000 و 6000 م / ث في المواد الصلبة ، على سبيل المثال ، 5100 م / ث للحديد والألمنيوم ، و 3560 م / ث للنحاس ، و 5200 م / ث للزجاج.

مستوى ضغط الصوت

ضغط الصوت هو الفرق بين متوسط ​​الضغط المحلي لوسط معين وضغط موجة الصوت. خذ متوسط ​​مربع الفرق (السعة) ، ثم احسب الجذر التربيعي منه للحصول على جذر متوسط ​​التربيع.

 

على سبيل المثال ، ضغط صوت 1 باسكال (94 ديسيبل) في الغلاف الجوي يعني أن الضغط الفعلي في الموجة الصوتية عند (1 atm {\ displaystyle – {\ sqrt {2}}} {\ displaystyle – {\ sqrt {\ displaystyle – {\ sqrt {\ displaystyle – {\ sqrt {2}}}} 2}}} باسكال) و (1 atm {\ displaystyle + {\ sqrt {2}}} {\ displaystyle + {\ sqrt {2} }} Pa) ، ما بين 101323.6 و 101326.4 باسكال. يمكن أن يؤثر هذا الاختلاف الصغير في الضغط الجوي عند الترددات الصوتية على الأذنين كضوضاء يصم الآذان وقد يتسبب في فقدان السمع ، كما هو موضح في الجدول أدناه.

 

يمكن أن تسمع الأذن البشرية أصواتًا ذات سعات مختلفة ، وعادةً ما يتم قياس ضغط الصوت بمقاييس لوغاريتمية للديسيبل. يتم تحديد مستوى ضغط الصوت ورمزه Lp بالصيغة التالية:

 

{\ displaystyle L _ {\ mathrm {p}} = 10 \، \ log _ {10} \ left ({\ frac {{p} ^ {2}} {{p _ {\ mathrm {ref}}}} ^ { 2)}}} \ right) = 20 \، \ log _ {10} \ left ({\ frac {p} {p _ {\ mathrm {ref}}}} \ right) {\ mbox {dB}}} { \ displaystyle L _ {\ mathrm {p}} = 10 \، \ log _ {10} \ left ({\ frac {{p} ^ {2}} {{p _ {\ mathrm {ref}}}} ^ {2 }}} \ right) = 20 \، \ log _ {10} \ left ({\ frac {p} {p _ {\ mathrm {ref}}}} \ right) {\ mbox {dB}}}

أين:

 

ضغط الصوت p rms،

و {\ displaystyle p _ {\ mathrm {ref}}} {\ displaystyle p _ {\ mathrm {ref}}} ضغط الصوت القياسي.

عادةً ما يتم تحديد ضغط الصوت القياسي وفقًا لـ ANSI S1.1-1994 ، وهو 20 ميكرو باسكال في الهواء و 1 ميكرو باسكال في الماء. بدون ذكر نظام ضغط الصوت القياسي ، لا تشير القيمة بالديسيبل إلى مستوى ضغط الصوت.

 

نظرًا لأن الأذن البشرية لا تحتوي على مستوى تحريض تردد الصوت ، فعادة ما يكون ضغط الصوت متوازنًا من حيث التردد ، وبالتالي فإن المستوى المقاس يتطابق تقريبًا مع مستوى السمع.

 

حددت اللجنة الكهروتقنية الدولية عدة أنظمة موازنة. يتضمن ذلك الترجيح A ، الذي يحاول تمثيل استجابة الأذن البشرية للضوضاء ، والتوازن من النوع A هو توازن مستوى ضغط الصوت ، معبرًا عنه بوحدة dbA. يستخدم الميزان من النوع C لقياس مستويات الذروة العالية.

شدة الصوت وارتفاعه

يصدر الهزاز الذي ينشر الموجات الصوتية طاقة مع هذه الموجة ، ويمكن معرفة شدة الصوت بواسطة الطاقة التي تحملها هذه الموجة. اتجاه انتشار الموجة ، لأن الشدة هي طاقة في الثانية ، وشدة الصوت هي القدرة لكل وحدة مساحة متعامدة مع اتجاه انتشار الموجة ، ووحدة شدة الصوت هي واط / متر مربع.

يوضح الجدول التالي شدة بعض الأصوات ، لاحظ أن نطاق شدة الصوت التي يمكن أن تسمعها أذنيك واسع جدًا.

نوع الصوت شدة الصوت w\m2 مستوى شدة الصوت dB
الصوت المسبب للألم 1 120
ثقابة الصخور التي تعمل بالهواء المضغوط 10−2 100
طريق كثيف بالمرور* 10−5 70
التخاطب العادي* 10−6 60
الهمس المتوسط الارتفاع* 10−10 20
حفيف الشجر* 10−11 10
الصوت المسموع بالكاد 10−12 0

 

* إذا كان الشخص قريب من مصدر الصوت

 

من أجل التعبير بشكل أفضل عن الطريقة التي تستجيب بها الأذن للصوت ، عادةً ما يتم استخدام مقياس الشدة أو مقياس الديسيبل المستند إلى قوة 10.

 

يمكننا أن نلاحظ في مقياس الديسيبل أن الحد الأدنى من شدة صوت يكاد يكون غير مسموع في الأذن الوسطى ({\ displaystyle 10 ^ {- 12} W / m ^ {2}} {\ displaystyle 10 ^ {- 12} W / م ^ {2})}) على مقياس ديسيبل ، يكون صفرًا. وعندما تزيد شدة الصوت بمقدار 10 مرات ، يزداد مستوى شدة الصوت بالديسيبل بمقدار 10 وحدات. وقد وجد أن الأذن تحكم مقياس الصوت بناءً على ديسيبل.

 

تصنيف الاصوات بالتردد

حسب التردد ينقسم الصوت إلى الأنواع التالية:

 

الموجات فوق الصوتية ، أقل من 20 هرتز ، التردد منخفض جدًا ، غير مسموع للآذان البشرية ،

يمتد نطاق السمع من 20 هرتز إلى حوالي 20000 هرتز ، وهو صوت يمكن للبشر سماعه.

يتراوح تردد الموجات فوق الصوتية بين 20000 هرتز و 6 و 1 جيجاهرتز (1.6 مليار ذبذبة في الثانية) ، وبسبب ترددها العالي ، لا يستطيع البشر سماعها.

الموجات فوق الصوتية ، الموجات الصوتية التي يزيد ترددها عن مليار هيرتز (1 مليار اهتزاز في الثانية) ، قد لا تنتشر هذه الموجات الصوتية.

ميزات سونيك:

تتكون الموجات الصوتية أو الموجات الصوتية في أي وسيط من حركة اهتزازية سريعة للجسيمات التي تشكل الوسط. تؤدي حركة الجسيم في الوسط إلى اضطراب الجسيمات المجاورة ، وتقوم هذه الجسيمات بنفس العمل وهكذا ، بحيث تمر موجة الاضطراب عبر الوسط من نقطة الحركة الأولى. عندما تهتز الشوكة الرنانة في الهواء ، فإن الحركة الأمامية للشوكة الاهتزازية ستضغط الهواء القريب. ومع ذلك ، نظرًا للخصائص المرنة للهواء وضغط المناطق المجاورة ، فإن هذه المنطقة المضغوطة من الهواء تعود بسرعة إلى حالتها الطبيعية ، لذلك تنتشر موجة الضغط الزائد من محور اهتزاز الشوكة الرنانة ، وبالمثل ، الحركة الخلفية سينتج عن محور الاهتزاز موجة منخفضة أو فضفاضة.

 

بهذه الطريقة ، تنتج الشوكة الرنانة ما نسميه النغمة النقية ، والتي يتم تمثيلها كميًا بواسطة عنصرين: تردد الاهتزاز ، أو اتساعها ، أو اتساعها ، أو شدتها.

 

تخضع ذروة الشوكة الرنانة – وبالتالي أي جسيم في الوسط المجاور لها – لحركة متماسكة بسيطة في الاتجاه الرئيسي لانتشار الموجة ، لذلك يمكن التعبير عن موضع الجسيم بالنسبة إلى الوقت في حركته كموجة جيبية. ولكن إذا لم تكن حركة مصدر الاهتزاز حركة بسيطة أو متناغمة ذهابًا وإيابًا ، فإن شكل الموجة معقد ، وهي الميزة الأكثر طبيعية لتحفيز الصوت.

 

يمكن لهذا أن يحلل الموجة المعقدة رياضياً إلى موجتين جيبيتين أو أكثر ، ومن ثم يمكن تحديد الموجة الجيبية بواسطة العنصرين الأولين ، وهما التردد والشدة.

 

كيف يتم إنتاج الموجات الصوتية؟

الموجات الصوتية هي نتيجة اهتزاز أي جسم حي ، مما يتسبب في اهتزاز الهواء المحيط. تنتشر الموجات الصوتية في الهواء بنفس طريقة انتشار موجات الماء في الماء.

 

عندما يتم تحويل الإشارة إلى موجات صوتية يتغير ضغط الهواء وتبدأ الإشارة في الارتفاع والانخفاض مرارًا وتكرارًا. تمثل القيمة العالية المنطقة التي يرتفع فيها ضغط الهواء ، وتمثل القيمة المنخفضة المنطقة التي يكون فيها ضغط الهواء منخفضًا . تمثل منطقة الضغط العالي النقطة التي تكون فيها كثافة الجسيمات عالية ، وتمثل منطقة الموجة المنخفضة النقطة التي تكون فيها كثافة الجسيمات منخفضة.

 

شدة الموجة الصوتية

هي كمية الطاقة التي تؤثر على سنتيمتر مربع واحد من الوسط أثناء مرور الموجات الصوتية ، لأن وحدة الديسيبل هي وحدة تُستخدم للتعبير عن كمية طاقة الموجة. نظرًا لأن شدة الأصوات المتلقاة والمميزة بواسطة الأذنين تختلف اختلافًا كبيرًا ، يتم التعبير عن هذه الشدة في لوغاريتم قيمها الحقيقية.

 

عندما نقول أن شدة الصوت تشبه الديسيبل ، فهذا يعني أن الرقم يساوي عشرة أضعاف لوغاريتم نسبة طاقة هذا الصوت إلى طاقة أخرى متفق عليها.

 

الطاقة = (الضغط) 2

 

ديسيبل = 10 X (ضغط) 2

 

dBm = 10 X طاقة

 

مثال: الفرق بين أقل شدة وأعلى شدة يمكن أن تتحملها الأذن البشرية هو (120) ديسيبل. هذه الكمية هي نسبة طاقة الرعد القوي إلى الطاقة الصوتية التي تقل عن عتبة السمع. يمثل 1 ديسيبل الزيادة الحقيقية في قوة الصوت التي تعادل 1.26 مرة.

 

نظرًا لأن الديسيبل هو مقياس للنسبة ، يلزم وجود معيار أو مستند للمقارنة والارتباط به. على سبيل المثال ، يمكنك الاعتماد على أدنى حد للسمع ، ولكن هذا المعيار يختلف من شخص لآخر ويختلف بشكل كبير مع تردد الصوت.

لذلك ، من أجل تجنب هذه الاعتبارات ، وافق المشاركون في الأمر على اعتماد معيار متفق عليه ، وهو الميكرو واط. نظرًا لأن الواط مقياس لمعدل تدفق الطاقة لكل سنتيمتر مربع ، فإن الميكرووات قريبة من أدنى حد للسمع ، ويمكن سماع الأصوات بتردد (1000) اهتزاز في الثانية.

قد يعجبك ايضا
نحن نستخدم ملفات تعريف الارتباط لنمنحك أفضل تجربة ممكنة على موقعنا. بالمتابعة في استخدام هذا الموقع، فإنك توافق على استخدامنا لملفات تعريف الارتباط.
قبول
سياسة الخصوصية