ماهي وحدة قياس الصوت علم الفيزياء, من القضايا المهمة التي عمل عليها علماء الفيزياء في جميع الأوقات، لأهميتها في مواقع التواجد والمعيشة البشرية، مثل إدارة الضوضاء والضوضاء في المدن و مناطق مأهولة أخرى، وفي مقالتنا هذه، سنتعرف على ماهية الصوت ووحدات قياسه المختلفة، وكذلك التعرف على خصائصه، والعوامل التي تؤثر على شدة الصوت، وحجم هذه الشدة، وأنواع الصوت أمواج.
ماهي وحدة قياس الصوت علم الفيزياء
يُعرَّف الصوت في شكله البسيط بأنه مجموعة من الأصوات التي يتلقاها الكائن الحي عبر الأذن، وهو أحد الحواس الخمس التي نمتلكها كبشر، أو أحد الحواس الست التي تمتلكها الحيوانات، حيث ينتج الصوت رد فعل متوافق مع ما سمعه الكائن الحي، على سبيل المثال، عندما تقترب الحيوانات المفترسة من قطيع من الغزلان، فإن الحيوانات التي شهدت خطرًا وشيكًا تصدر أصواتًا لتحذير بقية القطيع وتهرب، وتسمى هذه الأصوات الخطابية. أما الصوت في الفيزياء فهو الصوت الذي ينشأ عندما يهتز شيء ما ويرسل موجات من الطاقة أو الاهتزازات إلى آذاننا.
تعرف علي وحدة قياس الصوت
الوحدة الرئيسية لقياس الصوت هي الديسيبل، وتستخدم هذه الوحدة بشكل أساسي للتعبير عن نسبة قيمة خاصية مادية إلى أخرى، ويتم تعريفها على أنها مقياس وحدة لوغاريتمي. يمكن أيضًا استخدام هذه الوحدة للتعبير عن ضغوط مرجعية مختلفة أو شدة صوت، وما إلى ذلك. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن شدة الصوت المعطاة بالديسيبل في الهواء ستكون مختلفة عن ديسيبل في الماء. وحدة الديسيبل هي وحدة نسبية مرتبطة بشروط معينة. وافق العلماء على استخدام 1 ميكرو باسكال كضغط صوت مرجعي تحت الماء، بينما وافق العلماء في الهواء على استخدام ضغط مرجعي أعلى. تبلغ 20 ميكرو باسكال ديسيبل، وهناك أيضًا وحدات قياس أخرى للصوت، وأهمها
- الديسيبل يُستخدم لقياس شدة أو ضغط الصوت، ويُشار إلى الديسيبل بالديسيبل، وقد تم تسميته تكريماً للسير ألكسندر جراهام بيل، مخترع كل من الهاتف ومقياس السمع، وجرس واحد يساوي 10 ديسيبل.
- Hertz وهي وحدة الصوت في النظام الدولي للوحدات، أو التردد، بشكل أكثر دقة، ويبدأ التردد في سماعه من قبلنا عند 20 هرتز، وعندما يصل إلى أعلى من 20000 هرتز يطلق عليه الموجات فوق الصوتية.
- واتس هي وحدة المساحة التي تُقاس فيها شدة الصوت بنظام SI، وهي واط لكل متر مربع، ويُرمز لها بـ w / m².
- باسكال هو وحدة ضغط الصوت في النظام الدولي للوحدات، وضغط الصوت هو الفرق بين الضغط الناتج عن الموجة الصوتية والضغط المحيط للوسط الذي يمر من خلاله.
- وحدات Son وحدة جهارة الصوت المدرك، والتي تساوي جهارة نغمة 1000 هرتز عند 40 ديسيبل فوق العتبة، بدءًا من صوت واحد.
- الهاتف يُعرَّف على أنه وحدة من جهارة الصوت الذاتية. ويسمى أيضًا هاتفًا، وهو يساوي عدد الشدة بالديسيبل لنغمة 1000 هرتز.
- الوحدات الأخرى المتعلقة بالوحدات الأساسية مثل الطول الموجي الذي يعبر عنه بالأمتار أو الياردات وغيرها، والمدة التي يتم التعبير عنها بوحدات زمنية مثل الثانية والدقيقة والساعة.
كيفية إنتاج ونقل الصوت
تبدأ عملية إنتاج الصوت عندما يهتز جسم ما، مما ينتج عنه موجة ضغط، وتسبب موجة الضغط هذه حركة اهتزازية للجسيمات في الوسط المحيط، سواء كان هواء أو ماء أو وسطًا صلبًا، وعندما تهتز الجسيمات، في مكان قريب تتحرك الجسيمات، وتنقل الصوت أكثر عبر الوسط. تكتشف الأذن البشرية الموجات الصوتية، عندما تهتز جزيئات الهواء بأجزاء صغيرة داخل الأذن. من نواحٍ عديدة، تتشابه الموجات الصوتية مع الموجات الضوئية، وكلاهما ينشأ من مصدر معين، ويمكن توزيعهما أو تشتيتهما بوسائل مختلفة، ولكن على عكس الضوء، لا يمكن للموجات أن تنتقل الصوت عبر وسيط، مثل الهواء، والزجاج، والمعادن والماء وغيرها.
خصائص الصوت
الخصائص هي السمات المادية التي تتعلق بحدوث ونقل وانتشار وحجم وكمية الصوت في الوسط الذي ينتشر فيه، مثل الماء والغاز والهواء والمواد الصلبة وغيرها. ومن أهم هذه الخصائص ما يلي
- التردد المعدل الذي تكمل به الموجة الصوتية دورة كاملة، من القمة إلى القاع والعودة إلى الذروة مرة أخرى. بمعنى آخر، يشير التردد في الموجة الصوتية إلى معدل اهتزاز الصوت المنقول عبر الهواء.
- السعة تشير إلى مقدار الضغط والتمدد الذي من خلاله تنتقل الموجة الصوتية، وهذه السعة تعتبرها آذاننا جهارة الصوت الذي نستقبله، على سبيل المثال، السعة العالية تعادل الأصوات العالية.
- السرعة المقصود بها السرعة الدقيقة التي ينتقل بها الصوت، وتعتمد على عوامل مختلفة، مثل الرطوبة، والكثافة، ودرجة الحرارة، وما إلى ذلك.
- Timbre أو طابع الصوت يتم تعريف Timbre، كما لو أن صوتين مختلفين لهما نفس التردد والسعة، فإنهما بحكم التعريف لهما رنين مختلف.
- الطول الموجي الطول الموجي للموجة الصوتية، ويشار إليه عادةً بالرسم البياني الذي يمثل تغيرات ضغط الموجات الصوتية، وهو المسافة المادية بين قمتين متتاليتين لموجة صوتية.
- المدة هي مقدار الوقت الذي تستمر فيه النغمة، ويمكن وصفها بأنها طويلة أو قصيرة أو تستغرق بعض الوقت. تؤثر 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 يحدث انكسار الصوت مع تغير كثافة الغلاف الجوي الذي يتحرك فيه، وكلما زادت درجة الحرارة تقل كثافة الغاز.
- انحراف الموجات الصوتية تمتلك الموجات الصوتية القدرة على الانحناء عبر الحواجز، لذا فإن الثقب الصغير نفسه سيكون بمثابة مصدر صوت محلي إذا كان هناك ثقب صغير في الباب.
أنواع الموجات الصوتية
تنقسم الموجات الصوتية إلى عدة أنواع بناءً على المواد التي تتكون منها الموجة، مثل حركة جزيئات الوسط، ونوع الوسيط الذي تحدث فيه الموجة، وغيرها، ومن أهم هذه الأنواع
- الموجات الصوتية الطولية الموجات التي تكون فيها حركة جزيئات الوسط موازية لاتجاه انتقال الطاقة مثل الموجات الصوتية في الهواء والسوائل.
- الموجات الصوتية الميكانيكية تتطلب موجات تتطلب مدخلات طاقة أولية، من أجل نقل الطاقة عبر الوسط لتنتشر، وتعتمد بشكل أساسي على تذبذبات المادة، والأمثلة العديدة في الطبيعة هي موجات الماء، والموجات الزلزالية، وغيرها.
- موجات ضغط الصوت موجة ذات نمط منتظم لمناطق الضغط المرتفع والمنخفض، وتعتمد على ضغطات وخشونة الموجات الصوتية، على سبيل المثال الموجات الصوتية التي تستقبلها الأذن البشرية.
- الموجات الصوتية المستعرضة تتحرك الموجات المستعرضة في اهتزازات عمودية على اتجاه الموجة، وتنتقل بسرعات أبطأ من الموجات الطولية. يمكن إنشاء الموجات الصوتية المستعرضة فقط في المواد الصلبة.
العوامل المؤثرة في شدة الصوت
يتم تحديد شدة الصوت بطريقة بسيطة، مثل الإدراك الذاتي لضغط الصوت، ويتأثر هذا الضغط بعدة عوامل مختلفة بحيث يكون الصوت منخفضًا أو مرتفعًا أو مرتفعًا جدًا وهكذا، وأهمها من هذه العوامل
- ما هي الوسيلة يمكن للصوت أن ينتقل عبر الغازات والسوائل والمواد الصلبة. على سبيل المثال، يتحرك الصوت بسرعة أكبر عبر المواد الصلبة، لأن جزيئاته متراصة بكثافة معًا، وهذا يسمح للموجات الصوتية بنقل الاهتزازات بسرعة من جزيء إلى آخر.
- الضغط والخلخلة عندما ينتقل الصوت عبر وسيط، تتسبب طاقته في تحريك الجزيئات، مما يؤدي إلى إنشاء نمط انضغاطي وخلخل متناوب، 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 قلت سرعة الصوت، وهذا يؤثر على شدة الصوت وسرعته. .
- الضغط والسعة يتناسب تباين الضغط مع اتساع التذبذب، وتتوافق هذه العلاقة مع حقيقة أن الموجة الصوتية ناتجة عن بعض الاهتزازات، وكلما زادت سعة ضغطها، زاد ضغط الهواء في الصوت تنبعث منه.
- الانتشار عندما يهتز جسم ما، فإنه ينتج طاقة حركية تنتقل عن طريق الجسيمات الموجودة في الوسط على شكل حلقات، والتي تنتشر وتتضخم أثناء انتقالها في الهواء، حيث تنتقل طاقتها الحركية إلى الجسيمات القريبة، والقدرة على الانتشار هي 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. كلما زاد اتساع اهتزازات جسيمات الوسط، زاد معدل نقل الطاقة من خلاله، وزادت حدة الموجة الصوتية. لذلك، الشدة تساوي الطاقة مقسومة على الوقت أو المنطقة أو المنطقة. ، وبما أن نسبة الطاقة مقسومة على الوقت تساوي كمية الطاقة، فإن الشدة هي ببساطة الطاقة مقسومة على المنطقة أو المنطقة، وبالتالي تصبح المعادلة على النحو التالي
- شدة الموجة الصوتية = منطقة الطاقة
الوحدات النموذجية للتعبير عن شدة الموجة الصوتية هي واط / متر 2، ومع ذلك، غالبًا ما يتم تحديد مستويات شدة الصوت بالديسيبل، بدلاً من شدة الصوت بالواط لكل متر مربع. ترتبط أسباب هذا الاختيار للوحدات بكيفية إدراكنا للأصوات. تدرك آذاننا الصوت بشكل أكثر دقة من خلال لوغاريتم الديسيبل، بدلاً من الشدة التي حددها السير ألكسندر جراهام بيل مباشرةً.
مقياس شدة الصوت واستخداماته
إنه جهاز يتكون من ميكروفون ومكبر للصوت ومستشعر معالجة الإشارة وشاشة أو شاشة. في آلية العمل، يحول الميكروفون الإشارة الصوتية إلى إشارة كهربائية مكافئة، وتكون الإشارة الكهربائية من الميكروفون عند مستوى منخفض جدًا، لذلك يتم تضخيمها بواسطة مكبر الصوت قبل معالجتها بواسطة المعالج. أوزان الوقت للإشارة على النحو المحدد في المعايير الدولية التي تتوافق معها عدادات مستوى الصوت. عادةً ما تُستخدم عدادات مستوى الصوت لقياس وإدارة الضوضاء من مجموعة متنوعة من المصادر، بما في ذلك المنشآت الصناعية وحركة الطرق والسكك الحديدية وإنشاء الأعمال أو المواقف الحضرية النموذجية، مثل الحفلات الموسيقية والأنشطة الترفيهية وما إلى ذلك.
وبهذه الطريقة نصل إلى نهاية مقالتنا التي كانت بعنوان ما هي وحدة قياس الصوت، والتي تعرفنا من خلالها على ماهية الصوت وأنواع الموجات الصوتية ووحدات قياسها المختلفة، وكذلك عن خصائصها. والعوامل المؤثرة في شدة الصوت وما هو قانون قياس الشدة وجهاز مقياسها.