خصائص الموجات الصوتيه
قد تعلم أن الصوت الذي تسمعه هو نتيجة لموجات صوتية، لكن ما هي بالضبط خصائص هذه الموجات؟ كيف يعمل الصوت؟ كيف تختلف الموجات الصوتية عن الموجات الراديوية؟ هذه المقارنة تعرض لك الخصائص الرئيسية للموجات الصوتية
الطول الموجي
- ربما يكون الطول الموجي هو أهم ما يميز الموجات الصوتية.
- يتكون الصوت من موجة طولية تتضمن انضغاطات وتخلخلات لأنها تنتقل عبر وسط معين.
- المسافة التي تقطعها الموجة الواحدة قبل أن تعود نفسها تُسمى طول موجي واحد.
- هو المسافة الشائعة بين الضغط والفراغ المجاورين، أو بين مراكز الضغط أو الفراغ المتتالية.
السعة
- السعة هي حجم موجة معينة.
- يجب التفكير في الأمر على أنه نوع من ارتفاع الموجة وليس طولها.
- يمكن تعريف السعة على أنها أقصى إزاحة للجسيمات التي يتعرض لها المستقبل أثناء مرور الموجة الصوتية عبر وسط معين.
- يتم تحديد سعة الموجة الصوتية بواسطة الحجم النسبي للصوت.
- يُعرف حجم النغمة في الموسيقى بالمستوى الديناميكي.
- في مجال الفيزياء، يتم قياس قدرة الموجات الصوتية بوحدة الديسيبل (dB)، والتي لا تتوافق مع المستويات الديناميكية.
- تتوافق السعات العالية مع الأصوات العالية، في حين تتوافق السعات القصيرة مع الأصوات المنخفضة.
- وعلى الرغم من ذلك، أظهرت الدراسات أن البشر يرون الأصوات في الترددات المنخفضة جدًا والعالية جدًا أكثر مرونة من الأصوات في الترددات المتوسطة، حتى عندما تكون بنفس الشدة.
التردد
- التردد هو عدد الموجات الصوتية التي يصدرها الصوت في الثانية.
- تختلف طول الموجات الصوتية بين الصوت ذو التردد المنخفض والصوت عالي التردد.
- يتم قياس تردد الصوت بوحدة الهيرتز (HZ)، ولا يعتمد على الوسيط الذي ينتقل من خلاله الصوت.
- تمثل درجة الصوت الجودة التي تمكننا من تمييز الأصوات على أنها “عالية” و “منخفضة.
- توفر طريقة لتنظيم الأصوات بناءً على مقياس التردد.
- يمكن تفسير النغمة على أنها المصطلح الموسيقي للتردد، على الرغم من أنها ليست مطابقة تمامًا.
- يؤدي إصدار صوت عالٍ إلى تذبذب الجزيئات بسرعة، بينما يؤدي إصدار صوت منخفض إلى تذبذب بطيء.
- لا يمكن تحديد درجة الصوت إلا إذا كان الصوت واضحًا بدرجة كافية من حيث التردد والاستمرارية لتمييزه عن الضوضاء.
- نظرًا لأن طبقة الصوت تعتمد بشكل أساسي على إدراك المستمع، فهي ليست خاصية مادية موضوعية للصوت.
الفترة الزمنية
- الفترة الزمنية هي عكس التردد تقريبًا.
- يتطلب الوقت اللازم لإنتاج موجة أو انعطاف كامل.
- كل اهتزاز لجسم مهتز ينتج صوتًا يتوافق مع موجته.
- في الموسيقى، المدة هي المدة الزمنية التي تحتاجها النوتة الموسيقية أو الإيقاع للعزف.
- يمكن وصفها بأنها طويلة أو قصيرة أو بطيئة.
- تؤثر المدة أو النغمة على إيقاع الصوت وتنسيقه.
- تميل قطعة البيانو الكلاسيكية إلى الاحتفاظ بالنوتات لفترة أطول من عزف عازف لوحة المفاتيح في حفل موسيقى البوب.
- في مجال الفيزياء، يعرف مدى الصوت أو النغمة بأنه يبدأ عند تسجيل الصوت وينتهي عندما يصبح غير ملموس.
السرعة
- أما بالنسبة لسرعة الموجة، والتي يُطلق عليها أحيانًا السرعة، فهي المسافة التي تقطعها الموجة في الثانية الواحدة، والتي يتم حسابها بالأمتار.
انواع الموجات الصوتية
تنقسم الموجات الصوتية إلى أربع فئات، وهي الموجات الطولية والموجات الميكانيكية وموجات الضغط والعرضية، ويتم ترتيب الأنواع الرئيسية للموجات الصوتية وفقًا للشكل التالي
الموجات الصوتية الطولية
- الموجة الطولية هي نوع من الموجات التي تتحرك فيها الجسيمات في الوسط موازية لاتجاه نقل الطاقة.
- تتألف الموجات الصوتية في الهواء والسوائل من موجات طولية، حيث تهتز الجسيمات التي تنقل الصوت بالتوازي مع اتجاه انتقال الموجة الصوتية.
- إذا قمت بدفع الخفة للخلف والأمام، فإن الملفات ستتحرك بشكلٍ متوازٍ (للأمام والخلف).
- أيضا، عندما تتعرض شوكة مرنة للصدمة، يتحرك اتجاه الموجة الصوتية بشكل مواز لحركة جزيئات الهواء.
موجات صوتية ميكانيكية
- تعتمد الموجة الميكانيكية على تذبذب المادة، مما يعني أنها تنقل الطاقة عبر وسط لتنتشر.
- تتطلب هذه الموجات إدخالًا للطاقة الأولية، وبعد ذلك تنتقل الطاقة الأولية عبر الوسط بشكل فعال.
- تتضمن أمثلة الموجات الميكانيكية في الطبيعة موجات الماء والموجات الصوتية والزلزالية والموجات الداخلية للمياه، والتي تحدث نتيجة للاختلافات في الكثافة داخل جسم مائي.
- هناك ثلاثة أنواع من الموجات الميكانيكية : الموجات المستعرضة ، والموجات الطولية ، والموجات السطحية.
- لماذا يعتبر الصوت موجة ميكانيكية؟ يتم نقل الموجات الصوتية عبر الهواء ويتداخلون مع جزيئات الهواء في تفاعل متسلسل.
- عندما يتحرك جسيم واحد من موضع التوازن، يؤثر ذلك على الجسيمات المجاورة بالدفع أو الجذب، مما يسبب انحرافها من وضع التوازن.
- مع استمرار انتقال الجسيمات بعضها عن بعض بواسطة الاهتزازات الميكانيكية، يتم نقل الاضطراب عبر الوسط. وبسبب هذه الاهتزازات الميكانيكية التي تنتقل من جزيء إلى آخر، تصبح الموجات الصوتية موجاتٍ ميكانيكية.
- تتطلب الطاقة الصوتية -أو الطاقة المرتبطة بالاهتزازات الناتجة عن مصدر اهتزازي- وسيطًا ينقلها، مما يجعل الطاقة الصوتية موجة ميكانيكية.
موجات ضغط الصوت
- تتميز موجة الضغط بنمط منتظم لمناطق الضغط المرتفع والمنخفض.
- نظرًا لأن الموجات الصوتية تتكون من الضغط والانتشار، فإن مناطقها تتأرجح بين نمطي الضغط المرتفع والمنخفض.
- لهذا السبب تُعَد الموجات الصوتية موجات ضغطية.
- على سبيل المثال، نظرًا لاستقبال الأذن البشرية لموجات الصوت من البيئة المحيطة، فإنها تقوم بكشف الاضطرابات على أنها فترات من الضغط المنخفض وفترات من الضغط المرتفع.
موجات عرضية
- تتحرك الموجات المستعرضة بتذبذبات عمودية على اتجاه الموجة.
- تختلف الموجات الصوتية عن الموجات العرضية بأن ذبذباتها موازية لاتجاه نقل الطاقة
- من الممكن أن تتحول الموجات الصوتية إلى موجات قص في ظروف محددة للغاية.
- تنتقل الموجات المستعرضة، أو موجات القص، بسرعات أبطأ من الموجات الطولية، ويمكن إنشاء الموجات الصوتية المستعرضة فقط في المواد الصلبة عند انعكاس الموجات الصوتية.
- تُعَد موجات المحيط أشهر أنواع الموجات الموجودة في الطبيعة.
- يمكن توضيح مثال أكثر واقعية عن طريق هزّ أحد جانبي الحبل للأعلى والأسفل، في حين يتم تثبيت الطرف الآخر