ما هي وحدة قياس الصوت التي يستخدمها العلماء؟ إنها من الأسئلة المهمة التي عمل الفيزيائيون من جميع الأعمار على حلها ، لأهميتها في أماكن الوجود وحياة الإنسان ، مثل إدارة الضوضاء والضوضاء في المدن وغيرها من المناطق المأهولة بالسكان ، وفي مقالتنا حول هذا الموقع كمرجع سنتعرف على ماهية الصوت ووحدات قياسه المختلفة وخصائصه والعوامل المؤثرة في شدة الصوت وحجم هذه الشدة وأنواع الموجات الصوتية.
الصوت
يُعرَّف الصوت في شكله البسيط بأنه مجموعة من الأصوات يتلقاها كائن حي من خلال الأذن ، وهو أحد الحواس الخمس التي نمتلكها كبشر ، أو أحد الحواس الست التي تمتلكها الحيوانات ، حيث الصوت. يترجم إلى رد فعل يتوافق مع ما سمعه الكائن الحي ، على سبيل المثال ، عندما تقترب الحيوانات المفترسة من قطيع من الغزلان ، تصدر الحيوانات التي شهدت الخطر الوشيك أصواتًا لتنبيه بقية القطيع والهرب ، وتسمى هذه الأصوات الخطابية ، ويستخدم البشر البلاغة من خلال الكلام ، وتشمل الأصوات نطاقًا واسعًا منها ، مثل أجهزة الإنذار أو الطبول ، والآلات الموسيقية ، والأجهزة وغيرها الكثير. أما بالنسبة للصوت في الفيزياء ، فهو الصوت الذي يحدث عندما يهتز شيء ما ويرسله. موجات من الطاقة أو الاهتزازات إلى آذاننا ، وكلما كانت الاهتزازات أقوى ، كان الصوت أعلى ، بينما تصبح الأصوات أضعف ، كلما ابتعدنا عن مصدر الصوت.
انظر أيضًا: في أي مادة ينتقل الصوت ببطء؟
ماهي وحدة قياس الصوت
الوحدة الرئيسية لقياس الصوت هي الديسيبل ، وتستخدم هذه الوحدة بشكل أساسي للتعبير عن نسبة قيمة واحدة من الممتلكات المادية إلى أخرى ، ويتم تعريفها على أنها مقياس وحدة لوغاريتمي ، ويمكن أيضًا استخدام هذه الوحدة للتعبير عن مختلف من ضغوط أو شدة الصوت المرجعية ، إلخ. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن شدة الصوت ، التي يتم التعبير عنها بالديسيبل في الهواء ، ستكون مختلفة عن ديسيبل في الماء. الديسيبل هو وحدة نسبية مرتبطة بظروف معينة. اتفق العلماء على استخدام 1 ميكرو باسكال كمرجع ضغط للصوت تحت الماء ، بينما وافق العلماء في الهواء على استخدام ضغط مرجعي أعلى .20 ميكرو باسكال لكل ديسيبل ، وهناك أيضًا وحدات أخرى لقياس الصوت ، أهمها نكون:
- وحدات الديسيبل: تستخدم لقياس شدة أو ضغط الصوت. يُشار إلى الديسيبل بالديسيبل وتم تسميته تكريماً للسير ألكسندر جراهام بيل ، وهو أيضًا مخترع الهاتف ومقياس السمع. كل 1 جرس يساوي 10 ديسيبل.
- وحدات هيرتز: والتي تشير إلى وحدة الصوت في النظام الدولي للوحدات ، أو التردد ، بدقة أكبر ، ويبدأ التردد في سماعه بواسطتنا عند 20 هرتز ، وعندما يصل إلى أكثر من 20000 هرتز يطلق عليه الموجات فوق الصوتية.
- وحدات الواط: هي وحدة مساحة تُقاس بها شدة الصوت في النظام الدولي للوحدات si ، وهي واط لكل متر مربع ، ويُرمز لها بـ w / m².
- وحدات باسكال: هي 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 الحجم المدرك ، والتي تساوي حجم نغمة 1000 هرتز عند 40 ديسيبل فوق العتبة ، بدءًا من صوت تنبيه واحد.
- الهاتف: يُعرَّف على أنه وحدة جوهرية لجهارة الصوت ، وتسمى أيضًا بالهاتف ، وهو يساوي رقم جهارة الصوت بالديسيبل لنغمة 1000 هرتز.
- الوحدات الأخرى المتعلقة بالوحدات الأساسية: مثل الطول الموجي ، والذي يتم التعبير عنه بالأمتار ، الياردات ، وما إلى ذلك ، والمدة ، والتي يتم التعبير عنها بوحدات زمنية مثل الثواني والدقائق والساعات.
كيفية إنتاج وانتقال 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 الهواء أو الماء أو الصلب ، وعندما تهتز الجسيمات تتحرك الجسيمات القريبة وينتقل الصوت أكثر من خلال الوسط تكتشف الأذن البشرية الموجات الصوتية عندما تهتز جزيئات الهواء في أجزاء صغيرة داخل الأذن. من نواح كثيرة ، تشبه الموجات الصوتية موجات الضوء. كلاهما ينشأ من مصدر محدد ويمكن توزيعهما أو تشتيته باستخدام ولكن على عكس الضوء ، لا يمكن للأمواج أن تنتقل إلا عبر وسط مثل الهواء والزجاج والمعادن والماء وغيرها.
خصائص الصوت
الخصائص هي الخصائص الفيزيائية المتعلقة بحدوث ونقل وانتشار وحجم وكمية الصوت في الوسط الذي ينتشر فيه ، مثل الماء والغاز والهواء والمواد الصلبة ، إلخ. ومن أهم هذه الخصائص ما يلي:
- التردد: هو السرعة التي تكمل بها الموجة الصوتية دورة كاملة ، تبدأ من الذروة نزولاً ، وتعود إلى الذروة. بمعنى آخر ، يشير تردد الموجة الصوتية إلى معدل اهتزاز الصوت. الذي ينتقل عبر الهواء.
- السعة: تشير إلى مقدار الضغط والتوسع الذي يخضع له الوسط الذي تنتقل فيه الموجة الصوتية ، وتعتبر هذه السعة من قبل آذاننا شدة الصوت الذي نتلقاها ، على سبيل المثال ، السعة بصوت عالٍ تساوي الأصوات العالية.
- السرعة: هي السرعة الدقيقة التي ينتقل بها الصوت ، وتعتمد على عوامل مختلفة ، مثل الرطوبة ، والكثافة ، ودرجة الحرارة ، وما إلى ذلك.
- Timbre: يتم تعريف Timbre كما لو أن صوتين مختلفين لهما نفس التردد والسعة ، ثم بحكم التعريف لهما رنين مختلف.
- الطول الموجي: الطول الموجي للموجة الصوتية ، يشار إليه عادة برسم بياني يمثل التغيرات في ضغط الموجة الصوتية ، وهو المسافة المادية بين قمتين متتاليتين لموجة صوتية.
- المدة: هي مدة النغمة ، ويمكن وصفها بأنها طويلة أو قصيرة أو تستغرق بعض الوقت ، وتؤثر 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 ينتقل من خلاله ، ومع زيادة درجة الحرارة تقل كثافة الغاز.
- حيود الموجة الصوتية: تمتلك الموجات الصوتية القدرة على الانحناء عبر الحواجز ، وستعمل الفتحة الصغيرة نفسها كمصدر صوت محلي إذا كان هناك ثقب صغير في الباب.
أنواع الموجات الصوتية
تنقسم الموجات الصوتية إلى عدة أنواع اعتمادًا على العناصر التي تتكون منها الموجة ، مثل حركة الجسيمات في الوسط ، ونوع الوسيط الذي تحدث فيه الموجة ، وما إلى ذلك. ومن أهم هذه الأنواع:
- الموجات الصوتية الطولية: هي موجات تكون فيها حركة الجسيمات في الوسط موازية لاتجاه انتقال الطاقة ، مثل الموجات الصوتية في الهواء والسوائل.
- الموجات الصوتية الميكانيكية: تتطلب وهي موجات تتطلب مدخلات من الطاقة الأولية ، من أجل نقل الطاقة عبر الوسط للانتشار ، لأنها تعتمد بشكل أساسي على اهتزازات المادة ، ومن بين الأمثلة العديدة في الطبيعة ، موجات الماء ، والموجات الزلزالية ، و اخرين.
- موجات ضغط الصوت: هي موجة لها نمط منتظم لمناطق الضغط المرتفع والمنخفض ، وتعتمد على ضغطات وخلخلة الموجات الصوتية ، وعلى سبيل المثال الموجات الصوتية التي يتلقاها أذن الإنسان.
- الموجات الصوتية المستعرضة: تنتقل الموجات الصوتية المستعرضة مع اهتزازات عمودية على اتجاه الموجات وتنتقل بسرعات أبطأ من الموجات الطولية. يمكن إنشاء الموجات الصوتية المستعرضة فقط في المواد الصلبة.
العوامل المؤثرة في شدة الصوت
يتم تعريف ارتفاع الصوت ببساطة على أنه الإدراك الذاتي لضغط الصوت ، ويتأثر هذا الضغط بعدة عوامل مختلفة ، مثل انخفاض الصوت أو ارتفاعه أو ارتفاعه الشديد ، إلخ. العوامل هي:
- ما هو الوسيط: يمكن للصوت أن ينتقل عبر الغازات والسوائل والمواد الصلبة ، على سبيل المثال ، ينتقل الصوت بشكل أسرع عبر المواد الصلبة لأن جزيئاته معبأة بكثافة تسمح للموجات الصوتية بنقل الاهتزازات بسرعة من جزيء إلى آخر.
- الانضغاط والخلخلة: عندما يمر الصوت عبر وسيط ، تتسبب طاقته في تحريك الجزيئات ، مما يؤدي إلى تناوب الانضغاط والخلخلة ، 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 ، كانت سرعة الصوت أبطأ ، وهذا يؤثر على شدة الصوت وسرعته. .
- الضغط والسعة: التغير في الضغط يتناسب مع سعة التذبذب ، وهذه العلاقة تتوافق مع حقيقة أن الموجة الصوتية تنتج عن الاهتزاز ، وكلما زادت سعة ضغطها ، زاد ضغط الهواء في الصوت الذي يصدره عالية.
- الانتشار: عندما يهتز جسم ما ، فإنه ينتج طاقة حركية تنتقل بواسطة جزيئات في الوسط على شكل حلقات ، تنتشر وتتوسع أثناء تحركها عبر الهواء ، عندما تنقل طاقتها الحركية إلى الجسيمات القريبة ، والقدرة على ذلك. التكاثر هو 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. وكلما زاد اتساع اهتزازات الجسيمات في الوسط ، زادت السرعة بمقدار تنتقل الطاقة من خلاله ، كلما زادت شدة الموجة الصوتية. لذلك ، الكثافة تساوي الطاقة مقسومة على الوقت والمنطقة أو المنطقة ، وبما أن نسبة الطاقة مقسومة على الوقت تساوي كمية الطاقة ، فإن الشدة هي ببساطة l الطاقة مقسومة على المنطقة أو المنطقة ، وبالتالي تصبح المعادلة:
- شدة الموجة …