الوسم: التعليم

الصوت

الصوت هو تردد آلي، أو موجة قادرة على التحرك في عدة أوساط مادية مثل الأجسام الصلبة، السوائل، و الغازات،ولاتنتشر في الفراغ, وباستطاعة الكائن الحي تحسسه عن طريق عضو خا ص يسمى الأذن. من منظور علم الأحياء فالصوت هو إشارة تحتوي على نغمة أو عدة نغمات تصدر من الكائن الحي الذي يملك العضو الباعث للصوت، تستعمل كوسيلة اتصال بينه وبين كائن آخر من جنسه أو من جنس آخر، يعبر من خلالها عما يريد قوله أو فعله بوعي أو بغير وعي مسبق، ويسمى الأحساس الذي تسببه تلك الذبذبات بحاسة السمع وتقدر سرعة الصوت في وسط هوائي عادي ب 340 متر في الثانية او 1026 كم في الساعة. تتعلق سرعة الصوت بعامل الصلابة وكثافة المادة التي يتحرك فيها الصوت. احب ان اصحح بعض المفاهيم الخاصة بالصوت – الصوت هو اهتزاز ميكانيكي للوسط ، الصوت ليس موجة بل الموجة هي إحدى الاشكال (نماذج الانتشار) التي يبرز و يتميزبها الصوت و كمثال على نماذج اخرى: التيارات الصوتية و التدفق الصوتي – هنالك عوامل اخرى تؤثر على انتشار الصوت وسرعته كطبيعة المادة (اللزوجة، تأثرها بالمجال المغناطيسي) .

تقاس شدة الصوت بعدة وحدات منها و لكن أشهرها هي الديسيبل.

يستخدم العلماء وحدة تسمى الديسيبل لقياس مستوى شدة الصوت. والنبرة ذات التردد 3,000 هرتز وذات مستوى الشدة صفر ديسيبل، هي فاصل عتبة السمع، أي أضعف صوت تستطيع الأذن البشرية الطبيعية أن تسمعه. ومستوى شدة الصوت الذي قيمته 140 ديسيبلا هو مؤشر عتبة الألم. ولا تحدث الأصوات ذات 140 ديسيبلا، أو أكثر، إحساسًا بالسمع في الأذن، وإنما تحدث إحساسًا بالألم. ويبلغ الهمس نحو 20 ديسيبلا، والمحادثة العادية نحو 60 ديسيبلا. أما موسيقى الرقص الصاخبة، فقد تعطي نحو 120 ديسيبلا. .

وهنالك وحدة، تسمى الفون، كثيرًا ما تستخدم لقياس مستوى ارتفاع النبرات. ويساوي مستوى الارتفاع بوحدة الفون لأي نبرة مستوى الشدة بالديسيبل لنبرة ذات تردد 1,000 هرتز تبدو في مثل ارتفاعها. فارتفاع النبرة التي شدتها 20 ديسيبلا وترددها 1,000 هرتز، على سبيل المثال، هو 20 فونًا. وأي نبرة أخرى تبدو بنفس الارتفاع، بغض النظر عن ترددها وشدتها، ستعطي مستوى الارتفاع 20 فونًا. فالنبرة التي شدتها 80 ديسيبلا وترددها 20 هرتزًا مثلاً سيكون مستوى ارتفاعها 20 فونًا إذا بدت في مثل ارتفاع النبرة التي شدتها 20 ديسيبلا وترددها 1,000 هرتز.

مصدر الصوت

صوت الإنسان. تنتجه الحنجرة، وهي جزء من الحلق. تمتد طبقتان من الأنسجة عبر الحنجرة. وبين هاتين الطبقتين، اللتين تسميان الحبال (الأوتار) الصوتية، فتحة مستطيلة ضيقة. وعندما نتكلم تشد عضلات الحنجرة الحبال الصوتية فتحدث ضيقًا في الفتحة. يندفع الهواء من الرئتين عبر الحبال المشدودة فيجعلها تهتز. وهذه الاهتزازات تنتج الصوت. كلما زادت قوة شد الحبال الصوتية، اهتزت بشكل أسرع، وأحدثت صوتًا أعلى. انظر: الحنجرة؛ صوت الكائن الحي.

ذكر الضفدع يصدر نداء التزاوج. تنق الضفدعة بدفع الهواء على الحبال الصوتية مما يجعلها تهتز.
أصوات الحيوانات. للطيور والضفادع وكل الثدييات تقريبًا حبال صوتية أو تركيبات مشابهة، تجعلها تنتج الأصوات على نحو ما يفعل البشر. وينتج الدُّلفين أصواتًا قصيرة حادة وصفيرًا في أكياس تمتلئ بالهواء متصلة بفتحة الزفير في أعلى رأسه. كما أن طنين النحل والذباب ينتج عن اهتزازات أجنحتها في الهواء. وهناك حشرات كثيرة أخرى تنتج الصوت عن طريق فرك جزء من جسمها على جزء آخر. فبعض الحشرات القفازة مثلاً ¸تغني· بفرك أجزاء من أجنحتها الأمامية بعضها ببعض.

وبعض أنواع الأسماك تطقطق أو تنق أو تئن أو تحدث أصواتًا أخرى عن طريق اهتزازات في عضو شبيه بالكيس، تحت عظمة الظهر يسمى المثانة الهوائية. وهنالك أنواع معينة من السمك الصدفي تحدث أصوات طقطقة بضرب مخالبها بعضها ببعض. كما أن نوعًا من الروبيان يحدث بنفض أحد مخالبه، صوتًا شبيها بصوت طلقة البندقية.

يحدث البوق صوتًا عندما يهتز الهواء داخله بفعل العازف.
الأصوات الموسيقية. تحدث الآلات الموسيقية المختلفة الأصوات بطرق مختلفة. وتنتج بعض الآلات الصوت عندما تُطرق. فغشاء الطبلة مثلاً يحدث الصوت عندما يهتز نتيجة الطرق. وهنالك آلات موسيقية، مثل الساكسفون، لها سلسلة من القضبان أو الأنابيب، يحدث كل منها نبرة خاصة عندما يُطرق. وتنتج أصوات العود والكمان والبيانو عندما يجعل العازف واحدًا أو أكثر من أوتاره يهتز. وتجعل الأوتار المهتزة بعض أجزاء جسم الآلة تهتز محدثة ذبذبات، وحركة في الهواء المحيط بها. ويتم العزف على أوتار الكمان بالقوس عادة، بينما تنقر أوتار العود بالأصابع. وتَحدُث أصوات البيانو، عندما تُضرب مفاتيح البيانو، فتتحرك مطارق مبطنة داخله وتتصل بالأوتار فتهزها.

تولد الآلات الهوائية، مثل أنواع المزامير المختلفة، الأصوات نتيجة اهتزاز أعمدة الهواء داخلها. وفي المزمار العادي جزء مسطح رفيع، يسمى اللسان ملتصق بفتحة الفم. يهتز اللسان عندما ينفخ العازف فيه، مما يجعل عمود الهواء داخل المزمار يهتز. وفي بعض أنواع المزامير، يهتز الهواء عندما ينفخ العازف في فتحة صغيرة في مقدمة المزمار، أو عندما تهتز شفاه العازف فتجعل عمود الهواء يهتز تبعًا لها.

أصوات الضجيج. هي الأصوات غير المريحة التي تكون مزعجة ومشوشة. ومعظم أنواع الضجيج تحدثها الأجسام المهتزة التي تطلق اهتزازات غير منتظمة على فترات غير منتظمة. تشمل هذه الأصوات: أصوات تخبط براميل الزبالة، ونباح الكلاب، وهدير الجماهير. وكثير من الآلات والأجهزة ، مثل مكيفات الهواء والمكانس الكهربائية ومحركات السيارات، تحدث ضجيجًا. وتحدث الظواهر الطبيعية أيضًا ضجيجًا. فاهتزاز جزء من باطن الأرض يولِّد رجَّة الزلزال. وينتج صوت الرعد عن الاهتزازات العنيفة في الهواء المُسخَّن بفعل البرق.

ويتكون بعض أنواع الضجيج من أصوات نبضية، أي الاهتزازات التي تنشأ فجأة وتتلاشى سريعًا، مثل فرقعة طلقة البندقية أو الألعاب النارية. وتصدر آلة تشذيب الحشائش سلسلة من الأصوات النبضية. وهنالك أنواع من الضجيج، مثل صرير الطباشير على السبورة وصوت صفارة الإنذار، تتكون من مجموعة من الاهتزازات السريعة التي لا تتوافق عند الاختلاط ببعضها.

المصطلحات المستخدمة في دراسة الصوت.

الارتفاع الإحساس الذاتي بالشدة، ويعتمد على تردد الصوت.
التخلخل منطقة التمدد في موجة الصوت.
تردد الرنين التردد التقريبي الذي يهتز به الجسم طبيعيًا إذا تعرض لاضطراب ما.
تردد موجات الصوت يقصد به عدد الضغوط والتخلخلات التي يحدثها الجسم المهتز في كل ثانية.
الديسيبل وحدة قياس مستوى شدة الصوت. النبرة ذات التردد 3,000 هيرتز والتي شدتها نحو صفر ديسيبل أضعف صوت تستطيع الأذن البشرية الطبيعية أن تسعمه.
شدة الصوت تتعلق بمقدار الطاقة التي تنساب في موجات الصوت.
الضربات تغيرات دورية في ارتفاع الصوت. تُسمع الضربات عندما تتداخل في وقت واحد نبرتان لهما ترددان متقاربان.
طبقة الصوت درجة علو أو هبوط الصوت كما يتلقاه المستمع.
علم الصوتيات الفيزيائية علم دراسة الصوت وتأثيره على الناس.
فوق السمع تعني الأصوات التي تكون تردداتها أعلى من مدى السمع البشري.
الفون الوحدة التي كثيرًا ما تستخدم لقياس مستوى ارتفاع النبرات مستوى الارتفاع بوحدة الفون لأي نبرة هو قيمة الشدة بالديسيبل لنبرة ترددها 1,000 هرتز تبدو بالارتفاع نفسه.
نوعية الصوت وتسمى أيضًا الجرس، إحدى خصائص الأصوات الموسيقية. تميز نوعية الصوت بين النبرات ذات التردد الواحد والشدة الواحدة التي تحدثها آلات موسيقية مختلفة.
الهرتز وحدة قياس التردد. الهرتز الواحد يساوي اهتزازة كل ثانية. تحت الصوت تعني الأصوات التي تكون تردداتها أقل من مدى السمع البشري.

الصوت عند العرب. قدم إخوان الصفا في القرن الرابع الهجري، العاشر الميلادي، موجزًا شاملاً في علم الأصوات وعلم الموسيقى، وعرفوا الصوت بأنه "قرع يحدث في الهواء من تصادم الأجرام… وأنه يتموج إلى جميع الجهات". كما قسموا الأصوات إلى أربعة أنواع: جهيرة وخفيفة وحادة وغليظة وعزوا ذلك إلى طبيعة الأجسام وقوة تموج الأصوات. وقد أبان ابن سينا في رسالة له بعنوان أسباب حدوث الحروف بأن الصوت ينتج عن تموج الهواء دفعة وبقوة وسرعة. ولم تقف إسهامات العلماء العرب عند تعريف الأصوات بل تعدت ذلك إلى أن طبقوا مبادئ علم الفيزياء في الأصوات على الموسيقى وذلك نحو عام 425هـ، 1033م. انظر: العلوم عند العرب والمسلمين (الفيزياء).

النظرية الموجية. تعني النظرية الموجية "أن الصوت ينتقل على شكل موجات" وقد سبق العلماء العرب والمسلمون غيرهم في الإشارة إلى هذا المفهوم، غير أن العلماء الأوروبيين لم يشرعوا في تجارب موسعة عن طبيعة الصوت إلا في أوائل القرن السابع عشر الميلادي. ففي تلك الفترة تقريبًا، وضَّح الفلكي والفيزيائي الإيطالي جاليليو بالتجربة أن تردد موجات الصوت هو الذي يحدد طبقته. لقد قام بحك قاطعة ذات أسنان على سطح لوح من النحاس فأحدث صوتًا حادًا، ثم ربط بين مسافة الأخاديد التي تركتها الأسنان على اللوحة وطبقة الصوت الحاد الذي نتج عنها.

وفي نحو عام 1640م، تمكن مارن ميرسين، وهو عالم رياضيات فرنسي، من إجراء أول قياس لسرعة الصوت في الهواء. وبعد نحو عشرين عامًا، أثبت الكيميائي والفيزيائي الأيرلندي روبرت بويل تجريبيًا أن موجات الصوت لابد أن تنتقل في وسط. وقد برهن بويل على أنه لا يمكن سماع صوت جرس داخل جرة أفرغ منها الهواء بقدر الإمكان. وفي أواخر القرن السابع عشر الميلادي، صاغ العالم الإنجليزي إسحاق نيوتن علاقة تكاد تكون صحيحة بين سرعة الصوت في وسط وبين كثافة الوسط وقابليته للانضغاط.

وفي منتصف القرن الثامن عشر الميلادي، أوضح دانيال برنولي، وهو رياضي وفيزيائي سويسري، أن الخيوط يمكن أن تهتز عند أكثر من تردد في نفس الوقت. وفي أوائل القرن التاسع عشر، طوّر رياضي فرنسي اسمه جان بابتيست فورير طريقة رياضية، يمكن أن تستخدم لتحليل موجات الصوت المعقدة إلى النبرات البسيطة التي تتكون منها. وفي الستينيات من القرن التاسع عشر الميلادي درس هيرمان فون هيلمولتز، وهو فيزيائي ألماني، تداخل موجات الصوت، وإنتاج الضربات وعلاقة كل منهما بإحساس الأذن بالصوت.

التطورات الحديثة. تأسس جزء كبير من علم الصَّوتيات الحديث على مبادئ الصوت الموجودة في كتاب نظرية الصوت الذي ألفه الفيزيائي البريطاني البارون رايلي في عام 1878م. ورغم أن الكثير من خصائص الصوت معروفة منذ ذلك الوقت الطويل، إلا أن علم الصَّوتيات استمر يتوسع في مناطق جديدة. وفي الأربعينيات من القرن العشرين، وضح جورج فون بيكيسي، وهو فيزيائي أمريكي، كيف تميِّز الأذن بين الأصوات. وفي الستينيات من القرن العشرين توسع علم الصَّوتيات سريعًا استجابة للاهتمام المتزايد بتأثيرات التلوث الضجيجي الفيزيائية والنفسية الضارة.

وشملت بحوث علم الصَّوتيات في سبعينيات القرن العشرين، دراسة الاستخدامات الجديدة للموجات فوق الصوتية وتطوير معدات فوق سمعية أفضل. وخلال أوائل الثمانينيات، شمل البحث أجهزة أفضل لإعادة إنتاج الصوت وتطوير الحواسيب التي تستطيع أن تفهمه وتعيد إنتاجه. كما درس مهندسو علم الصَّوتيات الاستخدامات الممكنة للموجات تحت الصوتية، أي الصوت الذي يكون تردده أقل من مدى السماع البشري.
سرعة الصوت في عدة أوساط

الوسط السرعة بالأمتار في الثانية
الألومنيوم 5,000
الخشب 4,110
الزجاج 4,540
الطوب 3,650
الفولاذ 5,200
ماء البحر عند 25°م 1,531
الماء المقطر عند 25°م 1,496
الهواء عند 15°م 340