صوت

الصوت (بالإنكليزية: Sound) هو تردد آلي، أو موجة قادرة على التحرك في عدة أوساط مادية مثل الأجسام الصلبة، السوائل، والغازات،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 أو 1026 كم في الساعة. تتعلق سرعة الصوت بعامل الصلابة وكثافة المادة التي يتحرك فيها الصوت.

• الصوت هو اهتزاز ميكانيكي للوسط، الصوت ليس موجة بل الموجة هي إحدى الاشكال (نماذج الانتشار) التي يبرز ويتميزبها الصوت وكمثال على نماذج أخرى: التيارات الصوتية والتدفق الصوتي
• هنالك عوامل أخرى تؤثر على انتشار الصوت وسرعته كطبيعة المادة (اللزوجة، تأثرها بالمجال المغناطيسي)

موجات طولية وموجات عرضيةا

ينتشر الصوت في الغازات والبلازما وفي السوائل على هيئة موجات طولية ، وتسمى عند الفيزيائيين موجات ضغطية. أما في المواد الصلبة فينتشر الصوت فيها كموجات طولية وأيضا موجات عرضية. وتتكون موجات الصوت الطولية من تتابع لطبقات يعلو فيها الضغط وطبقات يقل فيها الضغط عن الضغط المتوازن المعتاد متتابعة. أما الموجات العرضية في المواد الصلبة فهي موجات متتابعة من إجهاد جزي عرضي ، يكون عموديا على اتجاه انتشار الصوت.

وفي موجات الصوت تنزاح جزيئات الوسط دوريا وتهتز ، ولكنها لا تنتقل مع الصوت. وتنتقل الطاقة المحمولة مع الصوت كطاقة حركة لاهتزازات الوسط.

عدد من موجات جيبية ذات ترددات مختلفة ; الموجات السفلى لها تردد أعلى من الموجات العليا في الشكل. المحور الأفقي يمثل الزمن.

التعريف الفيزيائي

من وجهة نظر الفيزياء فالصوت هو موجة. وتكون الموجة في السوائل والغازات موجة طولية وهي كذلك أيض في الهواء. أما في المواد الصلبة فينتشر الصوت في موجات عرضية. وتحرك الموجات جزيئات الوسط (غالبا الهواء) حول حالة وسطية وتنتشر بسرعة خاصة ، ويرمز لسرعة الصوت c.وتنقل الموجات طاقة صوتية. ولا ينتشر الصوت في الفراغ.

وتعتمد سرعة الصوت على الوسط الذي ينقلها. وتبلغ سرعة الصوت في الهواء 343 متر في الثانية عند درجة حرارة 20 درجة مئوية و 1407 متر /ثانية في الماء عند درجة الصفر المئوي.

يمكن حساب طول الموجة الصوتية λ من تردد الموجة f وسرعة الصوت c بواسطة المعادلة:

وفي العادة تكون اختلافات في الضغط أو في الكثافة سببا في تغير سرعتها. ويتضح هذا عندما نتصور مستوي لضغط الصوت يقدر ب 130 dBديسيبل. وهذ يبلغ درجة تألم أذن الإنسان ، ويمثل به الضغط الجوي العادي : يبلغ الضغط الجوي للهواء الساكن 101325 باسكال ، في حين أن مستوي ضغط صوت قدره 130 dB له قيمة فعلية لضغط الصوت p تبلغ 63 باسكال فقط.

خصائص الموجات الصوتية

يعتبر الصوت أحد الظواهر الهامة التي يستعملها الإنسان والحيوان للتخطيط والتفاهم عن طريق حاسة السمع (الاذن) التي يتم بواستطها تحويل الصوت من موجات صوتية إلى أشارات كهربائية عن طريق الاذن والمخ والتي تتحول إلى معلومات مفهومة وتشمل هذه الظواهر جميع الاصوات على اختلاف مصادرها ووسائلها.

مثلا سماع الاصوات من الآلات الموسيقية وتعدد وسائل الاتصالات المسموعة التي تعتمد على تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى وتطور الأجهزة الصوتية التي تأخد أشكالا متعددة في تطبيقاتها الحديثة في مجالات الطب والصناعة والزراعة وغيرها تجعل العلماء والمهتمين بهذا المجال يكثفون الجهد لفهم الظواهر الموجية من حيث مصادرها وكيفية حدوثها وطرق انتشارها والعوامل التي تتحكم فيها ومدى الاستفادة منها.

إذا لاحظنا بعناية الطرق التي يحدث بها الصوت نجد أنه لابد من بدل شغل في كل حالة.الموسيقى يبذل شغلا لتحريك أوتار الآلة الموسيقية كما أن الصوت الناتج عندما تصفق يديك لتشجيع فريقا رياضيا مثلا يأتي من بذل شغل وهذا الشغل المبذول بواسطة اليدين يسبب اضطرابا في الهواء المحيط منحولا إلى طاقة صوتية تتشكل على شكل موجات منتظمة عليه فإن الصوت صورة من صور الطاقة إذا استقبلتها الأذن يحدث الاحساس بالسمع.

و تعتبر دراسة "الصوت" من المواضيع المهمة حيث تستخدم هذه الدراسات في ابحاث الطيران والفضاء والطاقة المتجددة والطاقة النووية والابحاث الطبية.

و يمكن توليد الصوت بوسائل ميكانيكية أو حرارية. وتستخدم الوسائل الحرارية في بناء المبردات الصوتية الحرارية وكذلك في عمليات الكشف عن الماء الموجود في النفط

تصنيفات الموجات الصوتية

تصنف الموجات الصوتية طبقا لتردداتها كما يلي:

الموجات المسموعة

هي تلك الموجات التي تقع تردداتها بين 20 هرتز و 20.000 هرتز ، وتمثل الصوت المسموع بواسطة الأذن البشرية العادية. حيث أن الحد الأدنى لتردد الصوت التي تحس بها الأذن البشرية الطبيعية هو 20 هيرتز تقريبا بينما الحد الأعلى هو 20 الف هرتز ، وينخفض هذا المدى عند كبار السن إلى حوالي 12.000 هرتز. وأقصى درجات الاحساس بالصوت لأذن بشرية عادية يقع في المدى بين 5000 هيرتز و8000 هيرتز والذي يشمل ذبذبات الحروف الهجائية. وكما هو معروف يمكن أحداث الموجات السمعية عن طريق الاحبال الصوتية في الإنسان والآلات الموسيقية سواء الوترية أو النحاسية أو الأنبوبية وغيرها من الآلات الأخرى.

الموجات الفوق سمعية

هي الموجات التي تزيد تردداتها على 20 الف هيرتز والتي تقع خارج نطاق حاسة الاذن البشرية. وهذا النوع من الموجات ما زال موضع بحث واهتمام مكثف نظرا للتطبيقات المهمة التي تمس مجالات عديدة في الصناعة والطب وغيرهما. وقد أصبح بالإمكان إنتاج موجات فوق صوتية تزيد تردداتها على 1000000 هيرتز ولاتختلف هذه الموجات من حيث الخواص عن الموجات الصوتية الاخــرى إلا أنه نظرا لقصر طول موجاتها فإنه بالإمكان تنتقل على هيئة أشعة دقيقة عالية الطاقة.

الموجات تحت السمعية

هي الموجات الصوتية التي يقل ترددها عن 20 هيرتز ولاتستطيع الاذن البشرية الاحساس بها واهم مصدر لها هو الحركة الاهتزازية والانزلاقية لطبقات القشرة الأرضية وما ينتج عنها من زلازل وبراكين وعليه انها مهمة جدا في رصد الزلازل وتتبع نشاط البراكين. وتستطيع بعض الحيونات الاحساس بالزلازل قبل حدوثها بسببها

سرعة الصوت

تختلف سرعة الصوت حسب نوع الوسط الذي تنتشر فيه الموجات الصوتية و درجة الحرارة فتكون أعلى في المواد الصلبة وأقل في السوائل وأقل بكثير في الغازات. وبالنسبة لانتشار الصوت في الهواء فيعتمد على الضغط ، أي أن سرعة الصوت تقل بالارتفاع عن سطح الأرض. فمثلا سرعة الصوت في الهواء عند درجة الصفر المئوي هي 331.1 م/ث وتزداد هذه السرعة بارتفاع درجة الحرارة. تقدر سرعة الصوت في الماء بـ1450 م/ث عند الدرجة القياسية (15 درجة مئوية). وتتراوح هذه السرعة في المواد الصلبة بين 3000 و 6000 متر/ثانية فهي مثلا 5100 م/ث للحديد والألمنيوم و3560 م/ث للنحاس وتبلغ 5200 متر في الثانية في الزجاج.

مستوى ضغط الصوت

ضغط الصوت هو الفرق - بالنبة إلى وسط معين - بين متوسط الضغط الموضعي والضغط في موجة الصوت. يؤخد متوسط مربع هذا الفرق (أي مربع الانحراف عن ضغط التوازن) عادة بالنسبة إلى الزمن / أو المكان ، ثم يحسب منه الجزر التربيعي فينتج جذر متوسط التربيعات.

وعلى سبيل المثال ، 1 باسكال متوسط جزر التربيع لضغط الصوت (94 دي بي) في الجو معناه أن الضغط الفعلي في موجة الصوت تهتز بين (1 ضغط جوي  باسكال) و(1 ضغط جوي  باسكال), أي بين 101323.6 و 101326.4 باسكال. مثل هذا الفرق الطفيف في الضغط الجوي عند تردد صوتي يؤثر على للأذن كصوت يصم وقد يتسبب في إفساد السمع كما يُرى من الجدول أدناه.

وتستطيع الأذن البشرية سماع الصوت في نطاق واسع من المطالات ، وغالبا ما يقاس ضغط الصوت بواسطة مستوي لوغاريتمي للقياس decibel ديسيبل. ويُعرف مستوى ضغط الصوت ورمزه L_p بالمعادلة :

حيث:

p جذر متوسط التربيعات لضغط الصوت ،

و p_ref ضغط الصوت العياري.

وتعرف ضغوط الصوت العياريية عادة طبقا للنظام العياري الوطني الأمريكي ANSI S1.1-1994 من 20 ميكرو باسكال في الهواء و 1 ميكرو باسكال µPa في الماء. وبدون ذكر النظام العياري لضغط الصوت فلا تعبر قيمة بالديسيبل عن مستوى ضغط الصوت.

ونظرا لأن الأذن البشرية ليس لها استشعار مستوي لترددات الصوت فإن ضغط الصوت عادة ما يوازن بالتردد بحيث يطابق المستوى المقاس عمليا مستوي السمع بالتقريب.

وقامت المفوضية الدولية للتكنولوجيا الكهربائية IEC بتعريف عدة نظم للموازنة. منها الموازنة A-weighting وهي تحاول تمثيل استجابة الأذن البشرية لشوشرة ، والموازنة من النوع A توازن مستويات ضغط الصوت يرمز لها دي بي إيه dBA. وتستخدم موازنة نوع C لقياس مستويات قممية عالية.