صوت

[Rez@ee]

توانی که امواج صوتی تأمین می کند

هر موج صوتی با تراکم ها و رقت های متناوب خود ، مقداری انرژ ی آزاد می کند . بدین ترتیب ، موج مقداری توان به وجود می آورد . در این جا واژۀ « توان » همان معنایی را دارد که در توان تولید شده توسط دینام یا موتور اتومبیل از آن صحبت می کنیم .

مقدار توانی که امواج صوتی در هنگام شنیدن صدا تأمین می کنند در مقایسه با توان دینام یا موتور ، بسیار کوچک است . این توان حتی کمتر از توان لازم برای یک لامپ روشنایی است . در یک لامپ نسبتاً پر نور ، یک صد وات توان مربوط به انرژی الکتریکی به گرما و نور تبدیل می شود . وقتی ارکستری متشکل از هفتادو پنج نوازنده با بلند ترین صدا می نوازند ، فقط هفتاد وات انرژی صوتی یا صدا تولید می شود . توان خروجی کسی که با صدای متوسط صحبت می کند ، تقریباً یک سه میلیونیم این مقدار است . حال توان بی نهایت کوچکی را در نظر بگیرید که در هنگام نجوا کردن تولید می شود .

خوشبختانه ، برای تأثیر بر پرده های گوش لازم نیست توان موج صوتی با توان دینام برابر باشد . در شرایط آزمایشگاهی ، گوش می تواند صداهایی با توان خروجی یک میلیونیم یک میلیونیم وات بر متر مربع را در بسامد هایی که گوش به آن حساس است آشکار سازد .

توان حاصل از یک موج صوتی را در هنگام عبور از سطحی که بر جهت عمود است ، شدت صوت در آن ناحیه می نامند . با دور شدن موج صوتی از منبع ، شدت به سرعت کاهش می یابد . زیرا انرژی موج منبسط شونده باید روی سطح بزرگ تر و بزرگ تری پخش شود ، و در نتیجه انرژی کمتری از واحد سطح دور از چشمه می گذرد . شدت ، متناسب با مربع فاصلۀ فزاینده ، فرو می افتد .فرض کنید صدایی ابتدا در نقطۀ a به فاصلۀ 2 متر از منبع به گوش شما بخورد ، و سپس در نقطۀ b که در فاصلۀ6 متری از منبع قرار دارد . فاصلۀ نقطۀ b از منبع سه برابر فاصلۀ نقطۀ a از آن است . مربع سه می شود نه . در نتیجه ، شدت موج صوتی در b فقط یک نهم شدت آن در a است .

شدت صوت را می توان با وسیله ای به نام صدا سنج یا صوت سنج به دقت اندازه گرفت . این وسیله شدت را بر حسب دسی بل اندازه می گیرد .

[Rez@ee]

عبور صوت از محیط های مختلف

صدا همواره از محیط های معینی عبور می کند . این محیط می تواند گازی مانند هوا ، یا مایعی چون آب یا جامدی مانند فولاد باشد . اگر محیطی وجود نداشته باشد – مانند مورد خلأ – صدا نمی توند منتقل شود . اکنون می توانیم با قرار دادن زنگی که صدا می کند در زیر حبابی شیشه ای و تخلیۀ تدریجی هوای داخل آن ، نشان دهیم که در واقع چنین است . با تخلیۀ هوای داخل حباب صدای زنگ به تدریج ضعیف تر می شود . سر انجام ، هنگامی که دیگر هوایی در زیر حباب وجود نداشته باشد ، دیگر صدای زنگ شنیده نمی شود . چون در فراسوی جو زمین ، خلأ خوبی وجود دارد ، هیچ صدایی که در آن جا تولید شود نمی تواند به ما برسد .

سرعت صوت به محیطی بستگی دارد که در آن حرکت می کند . صوت در هوای خشک و درc ˚0 با سرعت 330 متر در ثانیه حرکت می کند . با زیاد شدن دما ، سرعت آن افزلیش می یابد و در دمای c ˚1000به 700 متر در ثانیه می رسد . این مقدار در آب ، حدود 1400 متر در ثانیه می شود . مقدار دقیق آن به ترکیب و دمای آب بستگی دارد . سرعت صوت در مس 3560 متر در ثانیه است . مقدار آن در آلومینیم 5100 متر در ثانیه است .

این تغییر در مقدار سرعت به واسطۀ تفاوت های کشسانی و چگالی محیط انتشار صوت است . با کاهش چگالی سرعت افزایش می یابد . مقدار سرعت با افزایش کشسانی زیاد می شود . شاید بپرسید که چرا صوت در آ ب سریع تر از هوا منتشر می شود . زیرا آب بسیار چگال تر از هوا است . پاسخ آن است که چگالی آب 800 بار بیشتر از هوا است اما کشسانی آن بسیار بیشتر از 800 برابر هوا است .

همان طور که دیده ایم سرعت صوت در هوا در حدود یک سوم کیلومتر در ثانیه است . سرعت نور در حدود 300000 کیلو متر در ثانیه است . این مقدار های کاملاً متفاوت پدیده های جالبی را به وجود می آورند . شما قبل از این که صدای بر خورد تبر هیزم شکن به درخت را از فاصلۀ دور بشنوید خود او را می بینید . در هنگام توفان تندری ، صدای رعد با فاصله ای از آذرخش به گوش می رسد که با نزدیک شدن توفان کاهش می یابد . فاصلۀ آذرخش را می توان با منظور کردن یک کیلومتر برای هر ثانیه تأ خیر به دست آورد .

از سرعت معلوم صوت در آب ، در ژرفا سنج یعنی وسیله ای استفاده می شود که تپ کوتاهی از صوت را از بدنۀ کشتی به پایین می فرستد و پژواک آن را از ته آب گرد آوری می کند . زمان لازم برای برگشت پژواک، عمق آب را در آن محل تعیین می کند . همین اصل در وسیله ای به نام سونار به کار می رود .

همۀ صدا هایی که در محیطی منتشر می شوند دارای سرعت یکسانند و این اتفاقی مبارک است . تصور کنید چه آشوبی به وجود می آید اگر صدا های پر بسامد فلوت یا پیکولو قبل از صدا های کم بسامد باسون یا توبا به گوشمان می رسید . در محیطی که صوت در آن منتشر می شود ممکن است تغییراتی صورت گیرد . اگر محیط هوا باشد ممکن است چگال تر یا رقیق تر بشود . یا ممکن است امواج صوتی به محیطی کاملاً متفاوت بر خورد کنند . صدایی که در هوا منتشر می شود ممکن است به سطح استخری برسد . وقتی محیط به هر صورتی تغییر کند چیز های مختلفی می تواند اتفاق بیفتد . بخشی از موج می تواند در مرز بین یک محیط و محیط دیگر بازبتابد و به طرف منبع صوت بر گردد . بخشی دیگر از آن می تواند در محیط دوم نفوذ کند . بخشی از انرژی نیز ممکن است تبدیل به گرما شود .

[Rez@ee]

چه موقع امواج صوتی به گوش اثر می کنند



وقتی امواج فشار های صوتی بر گوش اثر کنند وسیله ای عالی برای ایجاد ارتباط می شوند . گوش انسان دستگاهی بسیار دقیق و پیچیده است . صدا وارد حفره ای به نام مجرای شنوایی خارجی می شود و به پردۀ گوش برخورد می کند . سه استخوان در گوش میانی به صورت دستگاهی از اهرم ها برای انتقال حرکت پرده به گوش داخلی عمل می کنند . این استخوان ها چکشی ، سندانی و رکابی نامیده می شوند . استخوان رکابی بر غشایی به نام پنجرۀ بیضی تأثیر می گذارد . در طرف دیگر پنجرۀ بیضی یک سر حلزون گوش قرار دارد که لوله ای حلقه شده مانند پوستۀ حلزون با 5/2 دور است . در داخل حلزون گوش قشایی قاعده ای سخت قرار دارد که روی آن اندام کورتی جای می گیرد که حاوی انتهای اعصاب شنوایی است . مایع شفافی حلزون گوش را پر می کند .




غشای قاعده ای در انتهای نزدیک به پنجرۀ بیضی از همه جا باریک تر است و به تدریج پهن تر می شود . رشته های غشای قاعده ای با سیم های پیانو مقایسه شده اند سیم های دراز ، شل و کلفت برای بسامد های کم و سیم های کوتاه ، محکم و نازک برای بسامد های زیاد . کار غشای قاعده ای جدا کردن صدا ها از هم ، بر حسب بسامدشان است : طنین های بالا رشته های کوتاه را به ارتعاش در می آورند ، و طنین های پایین رشته های دراز را تکان می دهند .

وقتی موج صوتی به گوش می خورد به احتمال زیاد این اتفاق رخ می دهد . تغییرات فشار در مجرای خروجی ، پردۀ گوش را به ارتعاش در می آورد . ارتعاش از طریق استخوان های چکشی ، سندانی و رکابی به پنجرۀ بیضی منتقل می شود . امواجی که در آن جا به وجود می آیند در مایع موجود در غشای قاعده ای حرکت می کنند . نقطۀ معینی در غشای قاعده ای به ارتعاش پاسخ می دهد ، بنابراین ضربه هایی که نظیر بسامد ی خاص هستند ، در اندام کورتی به وجود می آیند . انتهای اعصاب موجود در نزدیکی آن بر انگیخته می شوند و ضربه های عصبی به مغز منتقل می گردد . سر انجام ، این ضربه ها چنان که باید در مغز تفسیر می شوند . شاید این مطلب بسیار پیچیده به نظر برسد ، ولی شرح بسیارساده شده ای از چیزی است که در واقع اتفاق می افتد .