فيزياء الصوت

فيزياء الصوت
ميكـــانيـــكا الصــــــوت
يمكن تعريف الصوت بأنه سلسلة من التضاغطات والتخلخلات التي تنتقل في الوسط المادي إلى أن تصل إلى طبلة الأذن فتسبب حركتها وبالتالي تؤدي إلى الإحساس بالسمع .
وإذا أردنا أن نفصل أكثر في ميكانيكا الصوت فإنه يمكنن أن نقول أنه عندما يصدر الصوت من الجسم المهتز فإنه يسبب إزدياد ونقصان للضغط في تلك المنطقة عت الضغط الجوي الطبيعي . وعندما يزدادالضغط بسبب الصوت تسمى هذه الحالة تضاغطات وعندما يقل الضغط تسمى هذه الحالة تخلخلات ، هذه التضاغطات والتخلخلات تنتقل عبر الوسط الناقل إلى أن تصل إلى طبلة الأذن .
ومن المناسب أيضاً أن نتحدث عن إزاحات جزيئات الهواء تحت تأثير الموجة الصوتية بدلاً من الحديث عن الضغط فيها . حيث أن جزيئات الوسط تتحرك ذهاباً وإياباً بنفس الطريقة التي يتحرك يها مصدر الصوت ذهاباً وإياباً. ويلاحظ في هذه الحالة أن الحركة الإهتزازية لجزيئات الوسط هي في نفس اتجاه انتشار الموجة الصوتية ، لذلك فإن هذه الأمواج هي أمواج طولية .
ويمكن القول أن هناك شرطان أساسيان لحدوث الصوت واتقاله هما :
1 - وجود جسم مهتز يصدر الموجات التضاغطية .
2 - وجود وسط مادي لنقل الصوت .
________________________________________
سرعـــة الصـــوت
الصوت عبارة عن أمواج طولية تنتقل عبر الوسط المادي ، ولكي نحدد سرعة الصوت أو الموجة الطولية في الوسط لابد أن نتعرف على أهم العوامل لتحديد سرعة الصوت وهو عامل الحجم (K ).
ويعرف عامل الحجم بأنه النسبة بين الإجهاد والإنفعال .
والآن يمكننا أن نحدد سرعة الصوت من العلاقة التالية :
v = (K /d )-½
حيث d كثافة الوسط ............ K عامل الحجم ...............v سرعة الصوت
إذاً من العلاقة السابقة يتبين لنا أنه بازدياد عامل الحجم K تزداد سرعة الصوت في الوسط . ومن المفيد أن نعرض بعض السرعات للصوت في أوساط مختلفة للتوضيح :
سرعة الصوت ( م. ث-1 ) الكثافة ( كجم . م-3 ) الوسط
344 1.20 الهواء
1284 0.0899 الهيدروجين ( عند الصفر المئوي )
1207 790 الكحول
1295 870 البنزين
1498 998 الماء النقي
5000 2700 الألومنيوم
5120 7900 الحديد
1570 1056 الدم (عند 37 درجة مئوية)
________________________________________
الرنيــــــــــــــن
عندما تؤثر سلسلة من الدفعات على جسم قادر على الإهتزاز بحيث أن تردد هذه الدفعات يساوي أحد الترددات الطبيعية للجسم فإن الجسم يهتز بسعة كبيرة نسبياً . نسمي هذه الظاهرة بظاهرة الرنين ، ويقال بأن الجسم في حالة رنين مع الدفعات المطبقة .
وكمثال شائع على حادثة الرنين الميكانيكي نذكر حادثة الارجوحة ، فالارجوحة هي عبارة عن بندول بسيط لها تردد طبيعي وحيد يتعلق بطولها . فإذا أعطينا الأرجوحة سلسلة من الدفعات بتردد يساوي تردد الارجوحة فإنه يمكن جعل سعة الإهتزازة كبيرة لدرجة كافية .
وكذلك يمكن توضيح ظاهرة الرنين بواسطة اتخدام الأمواج الطولية التي تتولد في الهواء بسبب اهتزاز شوكة رنانة ، فإذا وضعنا شوكتين رنانتين متماثلتين تماماً بعيدتين بعض الشيء عن بعضهما وضربنا الشوكة الأولى فسنجد أن الشوكة الثانية سوف تتجاوب مع الشوكة الأولى وتبدأ في الإهتزاز بشكل مماثل وسنسمع صوت الشوكة الثانية حتى بعد إيقاف الرنانة الأولى عن الإهتزاز .
________________________________________
مــا هي الضوضـــــاء؟
يصعب وضع تعريف محدد وشامل للضوضاء ، ويرجع ذلك إلى اختلاف وجهات نظر النوعيلت المختلفة من البشر ، فهناك العامل في المصنع وسائق التاأخباركي وسمكري السيارات والنجار والميكانيكي والباحث في المعمل والجالس في المكتبة ....... كل هؤلاء لهم وجهات نظر مختلفة تجاه تعريف الضوضاء .
كما أن الحالة النفسية ( المزاج ) والمناسبات المختلفة تلعب دوراً كبيراً تجاه تعريف الضوضاء . فالمناسبات السارة تختلف عن المناسبات غير السارة وقد يتقبل الشخص شدة الصوت في مناسبة ما ولكنه لا يستطيع أن يتقبلها في مناسبة أخرى . وقد يحكم بعض الأفراد على صوت معين بأنه مزعج ومقلق في حين أن البعض الآخر يعتبر نفس الصوت عادياً .
أما من الناحية الفيزيائية فإنه في ظل الدراسات للموجات الصوتية يمكن وضع تعريف شبه محدد للضوضاء . فشدة الأصوات من ( 10 - 70 ) ديسبل تعتبر ذات وقع طبيعي ولا تسبب أي ضرر يذكر ولكن الأصوات التي تعلو عن ذلك يكون لها وقع غير طبيعي وتعتبر بداية للضوضاء . فمثلاً الأصوات من ( 80 - 90 ) ديسبل تعتبر ضوضاء بسيطة وما علا ذلك تعتبر ضوضاء خطيرة .

مصــادر الضوضــــاء
يمكن إجمال أهم مسببات الضوضاء فيما يلي :
أ - وسائل النقل المختلفة العامة والخاصة من سيارات وباصات ودرجات نارية وغيرها والتي تكتظ بها الشوارع في المدن أو القرى . وأكثر ما يزعج في هذه الوسائل إضافة إلى ضوت محركاتها وعجلاتها أصوات منبهاتها التي كثيراً ما تستعمل دون الحاجة لها . وقد بينت الدراسات التي إجريت عام 1982 م في مدينة الرياض أن الضوضاء في الشوارع الرئيسية تتراوح بين 80 و 95 ديسبل .
ب - الطائرات ولا سيما الطائرات النفاثة خاصة . حيث أن كثيراً من المطارات وبسبب التوسع العمراني أصبحت محاذية للمدن كما أن الطائرات نفسها تطير فوق المدن .
ج - عمليات البناء المختلفة والإنشاءات وإقامة الخدمات العامة .
د - الأجهزة المستعملة في المنازل من تلفاز وراديو ولآلات تسجيل وغيرها .
هـ - الضوضاء الصادرة من الصناعات المختلفة كالحدادة والنجارة وغيرها .
آثـــــار الضوضــــاء
1 - للضوضاء والإهتزازات تأثير واضح على كمية الإنتاج وذلك لأنها تؤثر بطريق غير مباشر على مهارة العاملين اليدوية والفكرية تأثيراً سيئاً .
2 - تؤثر الضوضاء والإهتزازات تأثيراً ضاراً على أعصاب وصحة العاملين .
3 - تؤثر الضوضاء والإهتزازات على المباني والأساسات التي يقصر عمرها ويجعلها عرضة لأن تظهر فيها الشروخ المختلفة .
4 - تؤثر الضوضاء والإهتزازات على الماكينات والآلات ممل يسبب تفككها وزيادة معدل الخطر فيها .
5 - تؤثر الضوضاء على أذن الإنسان فتسبب تلفاً دائماً على قدرة الإنسان السمعية .
العوامل التي تتوقف عليها تأثيرات الضوضاء
1 - مدة التعرض : كلما زادت مدة التعرض للضوضاء ازدادت معها التأثيرات التي تسببها .
2 - حدة الصوت : تعتبر الأصوات الحادة ( ذات الترددات العالية ) أكثر تأثيراً من الأصوات الغليظة ( ذات الترددات المنخفضة ) .
3 - شدة الصوت : كلما زادت شدة الصوت زاد التأثير الناتج عنه .
4 - المسافة بين مصدر الصوت والسامع : فكلما قلت المسافة زاد تأثير الصوت أي أن العلاقة عأخباركية .
جمع المناسيب الصوتية من مصادر الضوضاء المختلفة
في الأماكن المغلقة ( Enclosed ) أو الغرف في المحطات أو المكاتب على سبيل المثال فإن مصادر مختلفة قد تؤدي إلى الضوضاء الكلية في الغرف وعليه فإن من الضروري ولمعرفة جمع مناسيب الضوضاء من مصادر مختلفة فالقاعدة التالية تفيد في حالات الجمع :
التصحيح المضاف لأعلى منسوب صوتي بالديسبل الفرق بين مناسيب الصوت بالديسبل
3 صفر أو واحد
2 2 أو 3
1 4 أو 8
صفر 9 أو أكبر
على سبيل المثال :
لإيجاد محصلة الشدة الصوتية من مصادر ( 76 ، 48 ، 86 ، 90 ، 87 ، 86 ) ديسبل
يمكن تجميعها كأزواج كالتالي :
المحصلة النهائية محصلة الخطوة الثانية محصلة الخطوة الأولى شدة المصادر المختلفة
94 91
90 76
91
90 76
48
86
90
87
86
إذاً تكون الشدة الناتجة عن المصادر المختلفة هي 94 ديسبل