ما هي وحدة قياس الصوت؟ التي يستخدمها العلماء ، من القضايا المهمة التي عمل علماء الفيزياء على حلها في جميع الأعمار ، نظرًا لأهميتها في الوجود البشري والمواقف المعيشية ، مثل إدارة الضوضاء والضوضاء في المدن والمناطق المأهولة الأخرى ، وفي مقالتنا من خلال موقعناسنتعرف على ماهية الصوت ووحدات قياسه المختلفة ، وكذلك التعرف على خصائصه والعوامل المؤثرة في شدة الصوت وقياس هذه الشدة وأنواع الموجات الصوتية.
الصوت
يُعرّف الصوت في أبسط صوره ، على أنه مجموعة الأصوات التي يتلقاها الكائن الحي عبر الأذن ، وهي إحدى الحواس الخمس التي نمتلكها كبشر ، أو إحدى الحواس الست التي تمتلكها الحيوانات ، حيث ينتج الصوت رد فعل يتوافق مع ما سمعه الكائن الحي ، على سبيل المثال ، عندما تقترب الحيوانات المفترسة من قطيع الغزال ، فإن الحيوانات التي رأت خطرًا وشيكًا تصدر أصواتًا لتحذير بقية القطيع والهرب ، وتسمى هذه الأصوات بلاغية ، ويستخدم البشر البلاغة من خلالها الكلام ، وتشمل الأصوات مجموعة متنوعة منها ، مثل أجهزة الإنذار أو الطبول ، والآلات الموسيقية ، والأجهزة وغيرها الكثير ، أما بالنسبة للصوت في الفيزياء ، فهو الصوت الذي ينشأ عندما يهتز شيء ما ، وهو الشيء الذي يرسل موجات من الطاقة أو الاهتزازات تجاه آذاننا ، وكلما كانت الاهتزازات أقوى ، كان الصوت أعلى ، بينما تصبح الأصوات خافتة ، كلما ابتعدنا عن مصدر الصوت.
أي مادة ينتقل من خلالها الصوت ببطء
ماهي وحدة قياس الصوت
الوحدة الرئيسية لقياس الصوت هي الديسيبل. تُستخدم هذه الوحدة بشكل أساسي للتعبير عن نسبة قيمة الخاصية المادية إلى أخرى ، وتُعرف بمقياس الوحدة اللوغاريتمي ، ويمكن أيضًا استخدام هذه الوحدة للتعبير عن ضغوط مرجعية مختلفة أو شدة صوت وغيرها ، ومع ذلك ، يجب ملاحظة أن شدة الصوت المعطاة في وحدة الديسيبل في الهواء ستكون مختلفة عن ديسيبل في الماء ، لذا فإن وحدة الديسيبل هي وحدة نسبية مرتبطة بظروف محددة ، وقد وافق العلماء على استخدام 1 ميكرو باسكال كمرجع ضغط للصوت تحت الماء بينما اتفق العلماء في الهواء على استخدام ضغط مرجعي أعلى بمقدار 20 ميكرو باسكال لكل ديسيبل ، وهناك أيضًا وحدات قياس أخرى للصوت ، من أهمها:
- وحدات الديسيبل: تُستخدم لقياس شدة الصوت أو الضغط ، ويُشار إلى الديسيبل بالديسيبل ، وتم تسميته على شرف السير ألكسندر جراهام بيل ، مخترع كل من الهاتف ومقياس الصوت أيضًا ، وكل جرس يساوي 10 ديسيبل.
- وحدات هيرتز: والتي يشار إليها بوحدة الصوت في النظام الدولي للوحدات ، أو التردد ، بشكل أكثر دقة ، ويبدأ التردد الذي نسمعه من 20 هرتز ، وعندما يصل إلى أكثر من 20000 هرتز يطلق عليه الموجات فوق الصوتية.
- وحدات واط: إنها وحدة مساحة تُقاس فيها شدة الصوت في النظام الدولي للوحدات si ، والتي تُقاس بالواط لكل متر مربع ، ويُرمز إليها بـ w / m².
- وحدات باسكال: هي وحدة ضغط الصوت في النظام الدولي للوحدات ، وضغط الصوت هو الفرق بين الضغط الناتج عن الموجة الصوتية والضغط المحيط بالوسط الذي يمر من خلاله.
- وحدات الابن: إنها وحدة جهارة الصوت المدرك ، والتي تساوي جهارة نغمة 1000 هرتز عند 40 ديسيبل فوق العتبة ، بدءًا من صوت واحد.
- هاتف: وتعرف بوحدة الجهارة الذاتية ، وتسمى أيضًا بالهاتف ، وهي تساوي عدد الشدة بالديسيبل لنغمة 1000 هرتز.
- الوحدات الأخرى المرتبطة بالوحدات الأساسية: مثل الطول الموجي معبرًا عنه بالأمتار أو الياردات ، وما إلى ذلك ، والمدة المعبر عنها بوحدات زمنية مثل الثانية والدقيقة والساعة.
كيفية إنتاج وانتقال الصوت
تبدأ عملية إنتاج الصوت عندما يهتز جسم ما ، مما ينتج عنه موجة ضغط ، وتؤدي موجة الضغط هذه إلى حركة اهتزازية للجسيمات في الوسط المحيط ، سواء كان هواء أو ماء أو وسطًا صلبًا ، وعندما تهتز الجسيمات ، تتحرك الجسيمات القريبة ، وينتقل الصوت بشكل أكبر عبر الوسط ، وتكتشف الأذن البشرية الموجات الصوتية ، عندما تهتز جزيئات الهواء في أجزاء صغيرة داخل الأذن ، وبطرق عديدة ، تشبه الموجات الصوتية موجات الضوء ، وكلاهما ينشأ من مصدرًا محددًا ، ويمكن توزيعه أو تشتيته بوسائل مختلفة ، ولكن على عكس الضوء ، لا تستطيع الموجات نقل الصوت عبر وسيط فقط ، مثل الهواء ، والزجاج ، والمعادن ، والماء ، إلخ.
خصائص الصوت
الخصائص هي السمات الفيزيائية المرتبطة بحدوث الصوت وانتقاله وانتشاره وحجمه وكميته في الوسط الذي ينتشر فيه ، مثل الماء والغاز والهواء وغيرها من المواد الصلبة ، ومن بين أهم هذه الخصائص ما يلي:
- تكرار: هو المعدل الذي تكمل فيه الموجة الصوتية دورة كاملة ، بدءًا من الذروة إلى الأسفل ، وتعود إلى الذروة مرة أخرى ، وفي شكل آخر ، يشير التردد في الموجة الصوتية إلى معدل اهتزاز الصوت الذي ينتقل من خلاله الهواء.
- سعة: يشير إلى مقدار الضغط والتمدد الذي يمر عبر الوسط الذي تنتقل فيه الموجة الصوتية ، وهذه السعة تعتبرها آذاننا جهارة الصوت الذي نتلقاها ، على سبيل المثال ، السعة العالية تعادل الأصوات العالية.
- سرعة: والمقصود هو السرعة الدقيقة التي ينتقل بها الصوت ، وذلك يعتمد على عوامل مختلفة ، مثل الرطوبة والكثافة ودرجة الحرارة وغيرها.
- تمبار أو طابع الصوت: يتم تعريف Timbre على أنه إذا كان هناك صوتان مختلفان لهما نفس التردد والسعة ، فمن حيث التعريف لهما رنين مختلف.
- الطول الموجي: الطول الموجي للموجة الصوتية ، ويشار إليه عادة برسم بياني يمثل تغيرات ضغط الموجات الصوتية ، وهي المسافة المادية بين قمتين متتاليتين في الموجة الصوتية.
- مدة: إنه مقدار الوقت الذي تستمر فيه النغمة ، ويمكن وصفه بأنه طويل أو قصير أو يستغرق بعض الوقت ، وتؤثر مدة النغمة على الجرس وإيقاع الصوت.
- انعكاس الموجات الصوتية: عندما تواجه الموجات الصوتية سطحًا صلبًا أو خفيفًا ، فإنها ترتد إلى نفس الوسط ، وتخضع الموجات الصوتية لقوانين الانعكاس مثل موجات الضوء.
- انكسار الموجات الصوتية: ويحدث انكسار الصوت مع تغير كثافة الغلاف الجوي الذي يتحرك فيه ، ومع زيادة درجة الحرارة تقل كثافة الغاز.
- تمايز الموجات الصوتية: تمتلك الموجات الصوتية القدرة على الانحناء عبر الحواجز ، وستعمل الفتحة الصغيرة نفسها كمصدر صوت محلي إذا كان هناك ثقب صغير في الباب.
أنواع الموجات الصوتية
تنقسم الموجات الصوتية إلى عدة أنواع بناءً على المادة التي تبني الموجة ، مثل حركة جزيئات الوسط ونوع الوسيط الذي تحدث فيه الموجة وغيرها ، ومن أهم هذه الأنواع هو :
- الموجات الصوتية الطولية: هي موجات تكون فيها حركة جزيئات الوسط موازية لاتجاه انتقال الطاقة ، مثل الموجات الصوتية في الهواء والسوائل.
- موجات الصوت الميكانيكية: إنها تتطلب وتتطلب الموجات مدخلات طاقة أولية ، من أجل تحريك الطاقة عبر الوسط لتنتشر ، فهي تعتمد بشكل أساسي على تذبذبات المادة ، ومن بين أمثلةها العديدة في الطبيعة ، وموجات المياه والموجات الزلزالية وغيرها.
- موجات ضغط الصوت: هي موجة ذات نمط منتظم لمناطق الضغط المرتفع والمنخفض ، وهذا يعتمد على ضغط وخلخلة الموجات الصوتية ، وكمثال على الموجات الصوتية التي تستقبلها الأذن البشرية.
- الموجات الصوتية المستعرضة: تتحرك الموجات المستعرضة في اهتزازات عمودية على اتجاه الموجة ، وتنتقل بسرعات أبطأ من الموجات الطولية ، ولا يمكن إنشاء الموجات الصوتية المستعرضة إلا في المواد الصلبة.
العوامل المؤثرة في شدة الصوت
يتم تعريف شدة الصوت ببساطة ، على أنها الإدراك الذاتي لضغط الصوت ، ويتأثر هذا الضغط بعدة عوامل مختلفة بحيث يكون الصوت منخفضًا أو مرتفعًا أو مرتفعًا جدًا وهكذا ، ومن أهم هذه العوامل يكون:
- طبيعة الوسيط: يمكن للصوت أن ينتقل عبر الغازات والسوائل والمواد الصلبة ، على سبيل المثال ، يتحرك الصوت بشكل أسرع عبر المواد الصلبة ، لأن جزيئاته متراصة بكثافة معًا ، وهذا يسمح للموجات الصوتية بنقل الاهتزازات بسرعة من جزيء إلى آخر.
- الضغط والمسامية: عندما ينتقل الصوت عبر وسيط ، تتسبب طاقته في تحريك الجزيئات ، مما يخلق نمطًا مضغوطًا متناوبًا ومساميًا ، وهذا يؤثر بشكل مباشر على شدة الصوت.
- الضغط والكثافة: حيث أن تردد الحركة التوافقية البسيطة يتناسب طرديًا مع صلابة وضغط الجسم المتذبذب ، وكلما زادت كثافة الوسط ، كانت سرعة الصوت أبطأ ، وهذا يؤثر على شدة الصوت وسرعته.
- الضغط والقدرة: يتناسب تباين الضغط مع سعة التذبذب ، وتتوافق هذه العلاقة مع حقيقة أن الموجة الصوتية تنتج عن بعض الاهتزازات ، وكلما زادت سعة ضغطها ، زاد ضغط الهواء في الصوت الذي يصدره.
- الانتشار: عندما يهتز جسم ما ، فإنه ينتج طاقة حركية تنتقل بواسطة الجزيئات الموجودة في الوسط على شكل حلقات ، وتنتشر وتزداد حجمًا أثناء انتقالها عبر الهواء ، حيث يتم تمرير طاقتها الحركية إلى الجزيئات القريبة ، والقدرة على الانتشار هو ما يؤثر على شدة الصوت.
قانون حساب شدة الصوت
تُعرف كمية الطاقة التي يتم نقلها عبر منطقة معينة من الوسط لكل وحدة زمنية باسم شدة الموجة الصوتية ، وكلما زاد اتساع اهتزازات جسيمات الوسط ، زاد معدل تنتقل الطاقة من خلاله ، وتزداد شدة الموجة الصوتية ، وبالتالي فإن الشدة تساوي الطاقة مقسومة على الوقت والمساحة أو المكان ، وبما أن نسبة الطاقة مقسومة على الوقت تساوي كمية الطاقة ، فإن الشدة تساوي ببساطة الطاقة مقسومة على المنطقة أو المنطقة ، بحيث تصبح المعادلة على النحو التالي:
- شدة الموجة الصوتية = منطقة الطاقة
والوحدات النموذجية للتعبير عن شدة الموجة الصوتية هي واط / متر 2 ، ومع ذلك ، غالبًا ما يتم تحديد مستويات شدة الصوت بالديسيبل ، أكثر من شدة الصوت بالواط لكل متر مربع ، وترتبط أسباب اختيار الوحدات بكيفية إدراكنا. الأصوات ، حيث يمكن وصفها بالطريقة التي ترى بها آذاننا الصوت بها ، المزيد …