خصائص الموجات الصوتية

تعتبر الموجات الصوتية اهتزازات ميكانيكية تتحرك عبر وسيط مادي وتحث على التخلخل البديل والضغط، ولا يمكن لهذه الموجات الانتقال في الفراغ، بينما تنتقل في خط مستقيم وتحرك جزيئات الوسط ذهابا وإيابا أو طوليا، ولذلك، تصنف الموجات الصوتية كموجات طولية، وتسمى الموجات التي تحرك الوسط بشكل متعامد مع الموجة موجات عرضية

خصائص الموجات الصوتية 

السعة

تعد ذروة الموجة الصوتية هي أعلى مستوى للصوت ويتم قياسها بالديسيبل، ومع زيادة انتشار الموجة الصوتية يتمدد الوسط، بينما عندما ينخفض الصوت يضغط الوسط 

 عندما يتم ضغط الوسط بواسطة موجة صوتية، يتم إنتاج ضغط صوتي، ينتج عنه الضغط الصوتي الذي يتجاوز الصوت الأكثر هدوءا، ويتم حساب الديسيبل كنسبة للضغط الصوتي (V) مضروبة في القيمة المرجعية (R) والتي عادة ما تكون 1. يظهر الديسيبل في الصيغة 1.2، وفي الجدول 1.1 يتم عرض بعض الأمثلة الشائعة للأصوات ومستوى الديسيبل المعتاد  

  ديسيبل = 20 * تسجيل (V / R).

الطول الموجي

الطول الموجي هو طول دورة واحدة للموجة، أي من الذروة إلى الذروة، ويشمل الفراغ والضغط، ويتم قياسه بالمليمتر (مم). وتعتمد سرعة انتشار الموجة على خصائص الوسط، مثل الكثافة ودرجة الحرارة.

التردد 

التردد الموجي للصوت هو عدد مرات تكرار موجة الصوت في الثانية أو وحدة الهرتز. يمكن حساب التردد عن طريق قسمة طول الموجة على الزمن. عندما يكون للموجة طول موجي صغير، يكون لها تردد أعلى، وعندما يكون للموجة طول موجي كبير، يكون لها تردد أقل. نطاق السمع البشري يتراوح بين 20 إلى 20000 هرتز. الموجات فوق الصوتية هي تلك التي تزيد عن 20000 هرتز. عادة، تكون الموجات فوق الصوتية في المجال الطبي بترددات تتراوح بين 1 إلى 20 ميجاهرتز، أو مليون هرتز.

 الفترة الزمنية

يسمى الوقت المطلوب لإنتاج موجة أو دورة أو دورة كاملة بفترة زمنية للموجة ، الآن يتم إنتاج موجة واحدة كاملة عن طريق اهتزاز كامل للجسم المهتز ، لذلك يمكننا القول أن الوقت المستغرق لإكمال اهتزاز واحد يعرف باسم الفترة الزمنية ، يشار إليه بالحرف T ، وحدة قياس الفترة الزمنية هي ثانية (ثوان).

التردد 

يسمى عدد الموجات الكاملة أو الدورات المنتجة في ثانية واحدة تردد الموجة ، نظرًا لأن الموجة الكاملة تنتج عن اهتزاز كامل للجسم المهتز ، لذلك يمكننا القول أن عدد الاهتزازات في الثانية يسمى التردد ، على سبيل المثال: إذا تم إنتاج 10 موجات أو اهتزازات كاملة في ثانية واحدة ، فإن تردد الموجات سيكون 10 هرتز أو 10 دورات في الثانية.

يتم قياس وحدةالتردد بالهرتز في نظام الوحدات الدولي، ويمكن وصف الجسم الاهتزازي الذي ينبعث منه موجة واحدة في الثانية بتردد 1 هرتز، أي أن 1 هرتز يعني حدوث اهتزاز واحد في الثانية.

أحيانا تعرف وحدة تردد أعلى تسمى كيلو هرتز، أي 1 كيلو هرتز = 1000 هرتز، ويشار إلى تردد الموجة بالحرف f.  

تردد الموجة هو نفس التردد الاهتزازي للجسم الذي ينتج الموجة.

سرعة الموجة

تقاس سرعة الموجة أو سرعة الإيجابية بالمتر في الثانية (m / s أو ms-1)، وهي المسافةالتي تقطعها الموجة في ثانية واحدة، ويتم تمثيلها بالرمز v، وحدة القياس الدولية (SI) للسرعة هي المتر في الثانية.

العلاقة بين السرعة والتردد وطول الموجة للموجة

السرعة = المسافة المقطوعة / الزمن المستغرق

v = λ / T

حيث T هو الوقت اللازم لموجة واحدة.

v = f X λ

تُعرف هذه الصيغة بمعادلة الموجة.

حيث v = سرعة الموجة

f = التردد

λ = الطول الموجي

سرعة الموجة تحسب بضرب التردد في الطول الموجي

ينطبق هذا على جميع أنواع الموجات، بما في ذلك الموجات المائية والموجات الطولية مثل الموجات الصوتية، والموجات الكهرومغناطيسية مثل الموجات الضوئية والموجات الراديوية.

مميزات الموجات الصوتية 

يمثل الصوت موجة ميكانيكية، ويمكن استخدام فيزياء الموجات لتفسير العملية التي يتم من خلالها إنتاج الصوت وانتقاله واستقباله. يتم إنتاج الصوت بواسطة أجسام تهتز وينتقل من خلال وسيط من نقطة أ إلى نقطة أخرى بشكل موجه.

كما هو الحال مع جميع أنواع الموجات، فإن سلوكيات وخصائص محددة تنطبق على الموجات الصوتية.

تشبه الموجة الصوتية الموجة المنحدرة الموصوفة في الفصل السابق، حيث تنقل اضطرابًا (اهتزازًا) من موقع (نقطة) إلى آخر بالنسبة للجزء الأكبر، والوسيط الذي تنتقل من خلاله هو الهواء، على الرغم من أن الموجات الصوتية يمكن أيضًا أن تنتقل بسهولة عبر الماء أو المواد المعدنية.

يتطلب وجود مصدر للموجات، وهي نوع من الأجسام الاهتزازية قادرة على تحريك سلسلة الأحداث بأكملها للإضطراب. بالنسبة للموجات الصوتية، فإن المصدر الرئيسي قد يكون زوجًا من الحبال الصوتية أو سماعة استريو.

طرق قياس الموجات الصوتية 

يمكن قياس الموجات بأساليب متعددة، بناءً على اتساعها وطولها الموجي وترددها وسرعتها وأحيانًا طورها.

السعة هي مقياس مرتبط بالسمع ويتم عادة تجميعها مع الشدة والجهارة أو الحجم.

يمكن بسهولة تحديد طول الموجة عن طريق قياس المسافة التي ينتقل فيها الاضطراب عبر الوسط خلال دورة موجة كاملة، وهو ما يسمى بالطول الموجي.

عندما تنتهي دورة الموجة، ستتكرر الموجة ونمطها، ولذلك يُشار في بعض الأحيان إلى الطول الموجي على أنه طول نمطالتكرار أو طول دورة كاملة واحدة، وذلك بعد كل دورة موجة.

في حالة الموجات الطولية، يتم قياس الطول الموجي عادةً من قمة الموجة إلى قمة الموجة المجاورة التالية أو من حوض الموجة إلى حوض الموجة المجاور التالي، ومع ذلك، نظرًا لعدم وجود قمم أو أحواض في الموجات الطولية، يتم قياس أطوالها بطريقة مختلفة.

وبسبب أن الموجات الطولية تتكون من أنماط متكررة من الضغط والانحلال المتكرر، يمكن قياس أطوال هذه الموجات عادة بالمسافة بين ضغط واحد والضغط التالي، أو بين انحلال واحد والانحلال التالي.

يشار في بعض الأحيان إلى موجات الضغط، وتشتمل هذه الموجات الصوتية على أنماط متكررة لمناطق الضغط المرتفع والمنخفض التي تتحرك عبر وسيط، عادةً في شكل موجات صوتية أو ضغط، وتحدث هذه التقلبات المتناوبة في الضغط في أوقات منتظمة ومحددة.

عند رسم كل تذبذب على شبكة مع ضغط واستمرارية الوقت، تظهر العلامات النهائية منحنى الجيب، والذي يتم تعريفه باستخدام نقاط عشوائية × مدعووة بالتساوي بمسافات ثابتة على محور الزمن ومدعوم باتساق العلامات على محور القيم.

تعتمد سرعة الصوت في النهاية على نوع الوسيط وحالته، وتتأثر عمومًا بعاملين هما 

• المرونة تشير إلى سهولة حركة الجزيئات أو انتقالها بعيدًا عن وضعها الأصلي عندما تتعرض للاضطراب
• وفيما يتعلق بالقصور الذاتي (كلما زادت كثافة الهواء أو الوسط، زادت القصور الذاتية أكثر من الموجة الصوتية).