ديد کلي
* تصور شما از موج صوتي چيست؟
* چرا وقتي به يک شي ضربه مي‌زنيم صدا توليد مي‌شود؟
* فکر مي‌کنيد که صوت مي‌تواند در خلا منتشر شود؟
* پديده‌هايي مانند تداخل ، انعکاس و ... در مورد صوت چگونه بررسي مي‌گردند؟
* امواج صوتي جزو کدام گروه از امواج عرضي يا طولي است؟
هوا داراي خاصيت ارتجاعي مي‌باشد هنگامي که يک لايه از مولکولهاي هوا به جلو رانده مي‌شود، اين لايه به نوبه خود لايه ديگري را به جلو مي‌راند و خود به حال اول بر مي‌گردد. لايه جديدي نيز لايه ديگري را به جلو مي‌راند و به همين ترتيب اين عمل بارها و بارها تکرار مي‌گردد تا انرژي به پايان برسد. اين جابجايي مولکولها اگر بيش از 16 مرتبه در ثانيه تکرار مي‌گردد صدا بوجود مي‌آيد. هر رفت و برگشت لايه هوا يک سيکل نام دارد و تعداد سيکل در ثانيه تواتر يا بسامد يا فرکانس ناميده مي‌شود.
موج صوتي چيست؟
امواج صوتي ، امواج مکانيکي طولي هستند. اين فيزيک امواج مي‌توانند در جامدات ، مايعات و گازها منتشر شوند. ذرات مادي منتقل کننده اين فيزيک امواج ، در راستاي انتشار موج نوسان مي‌کنند. فيزيک امواج مکانيکي طولي در گستره وسيعي از بسامدها به وجود مي‌آيند و در اين ميان بسامدهاي فيزيک امواج صوتي در محدوده‌اي قرار گرفته‌اند که مي‌توانند گوش و مغز انسان را براي شنيدن تحريک کنند.
اين محدوده تقريبا از 20 هرتز تا حدود 20000 هرتز است و گستره شنيده شدني ناميده مي‌شود. فيزيک امواج مکانيکي طولي را که بسامدشان زير گستره شنيده شدني باشد امواج فرو صوتي ، و آنهايي که بسامدشان بالاي اين گستره باشد ، امواج فراصوتي گويند.
توليد صوت
هر گاه به جسمي ضربه مي‌زنيم لايه‌هاي هوا بين دست ما در جسم جابجا مي‌شوند و اگر اين جابجاييها بيش از 16 بار در ثانيه باشند، صدا ايجاد مي‌شود. براي اينکه بهتر بتوانيم نقش اندامهاي گفتار را در توليد آواهاي زبان فارسي مورد مطالعه قرار دهيم، ابتدا به نظر مي‌رسد لازم است مطالب مختصري درباره چگونگي توليد آوا يا صوت ارائه کنيم.
آوا يا صوت از ارتعاش مولکولهاي هوا حاصل مي‌شود. ارتعاش يعني حرکت مولکولهاي هوا از جاي خود در مسير معين و بازگشت آنها به جاي اوليه. اين پديده فيزيکي را اصطلاحا موج مي‌ناميم. براي آنکه بتوانيم يک تصوير تقريبي از طرز بوجود آمدن موج صوتي را مجسم کنيم پاندولي را در نظر مي‌گيريم. اگر وزنه پاندول را به يک طرف کشيده آن را رها سازيم، پاندول با سرعت ، به منتهي اليه طرف ديگر رفته دوباره در همان مسير بجاي اول مي‌گردد. اين حرکت به دفعات زياد صورت مي‌گيرد، ولي در هر دفعه خط سير آن اندکي کوتاهتر مي‌شود تا اينکه وزنه پاندول دوباره به حالت اوليه يعني سکون در آيد.
وزنه پاندول در اين حرکت ، لايه‌اي از مولکولهاي هوا را با خود به جلو مي‌راند و اين عمل موجب مي‌شود که در يک سوي وزنه ، رقت مولکولي در سوي ديگر تراکم مولکولي ايجاد شود. رقت يعني زياد شدن فاصله بين مولکولها و تراکم يعني کم شدن فاصله آنها. اگر با دو دست يک لاستيک را بکشيم طول لاستيک زياد مي‌شود يا به سخن ديگر ، لاستيک کش مي آيد.
علت اين موضوع آن است که فاصله بين مولکولها در قسمتهاي مياني لاستيک زياد شده و مولکولها بين دو سر لاستيک زياد شده و مولکولها به طرف دو سر لاستيک کشانده مي‌شوند و در نتيجه فاصله ميان مولکولها در دو سر لاستيک کم مي‌شود. بدين ترتيب در قسمت مياني لاستيک رقت مولکولي و در دو سر آن تراکم مولکولي ايجاد مي‌شود. اکنون اگر دو سر لاستيک را رها کنيم مولکولها دوباره به جاي اوليه خود بر مي‌گردند.
خاصيت ارتجاعي هوا
هوا نيز داراي همين خاصيت ارتجاعي است، منتهي به مراتب بيشتر از لاستيک. هر رقت و تراکم مولکولي در هوا موجب رقت و تراکمهاي ديگر مي‌گردد. بدين معني که ، هنگامي که يک لايه از مولکولهاي هوا به جلو رانده مي‌شود اين لايه به نوبه خود لايه ديگري را به جلو مي‌راند و خود به حال اول بر مي‌گردد. لايه جديدي نيز لايه ديگري را ، و به همين ترتيب اين عمل بارها و بارها تکرار مي‌گردد تا انرژي به پايان برسد. اين جابجايي مولکولها اگر بيش از 16مرتبه در ثانيه تکرار گردد صدا بوجود مي‌آيد.
اگر کتابي را از ارتفاع معيني به طرف زمين رها کنيم بر اثر سقوط کتاب ، فشار هواي بين کتاب و زمين زياد مي‌شود و اين فشار ، مولکولهاي هوا را به اطراف مي‌راند. مولکولهاي رانده شده به نوبت مولکولهاي مجاور خود را به جلو رانده و خود به حالت اول بر مي‌گردند. اين عمل آنقدر تکرار مي‌شود تا انرژي حاصل از سقوط کتاب به پايان برسد. هنگام تماس کتاب با زمين صدايي به گوش مي‌رسد، در صورتي که در اثناي سقوط آن صدايي شنيده نمي‌شود.
علت اين است که هنگام تماس کتاب با زمين ، بر اثر زياد بودن مقدار انرژي جابجا شدن مولکولها يا همان رقت و تراکم هوا خيلي بيشتر از 16 مرتبه در ثاينه است و به اين علت صداي حاصله قابل شنيدن مي‌باشد. هر رقت و تراکم يک سيکل نام دارد و تعداد سيکل در ثانيه تواتر يا بسامد ناميده مي‌شود. بنابراين ، وقتي مي‌گوييم فرکانس (تواتر) موج مثلا 500 سيکل است، يعني 500 مرتبه رقت و تراکم در مولکولهاي هوا ايجاد شده است. هر قدر بسامد بيشتر باشد صدا به اصطلاح زيرتر است و نيز قدر بسامد کمتر باشد صدا اصطلاحا بمتر است.
چشمه فيزيک امواج فروصوتي و فراصوتي
فيزيک امواج فروصوتي که با آنها سروکار داريم معمولا توسط چشمه‌هاي بزرگ توليد مي‌شوند. امواج زمين لرزه‌اي از آن جمله‌اند. بسامدهاي بالاي مربوط به فيزيک امواج فراصوتي را مي‌توان به وسيله ارتعاشات کشسان يک بلور کوارتز که بر اثر تشديد با يک ميدان الکتريکي متناوب در بلور القا شده است ، ايجاد کرد. به اين طريق مي‌توان بسامدهاي فراصوتي به بزرگي 6x108 هرتز توليد کرد. طول موج متناظر با اين بسامد در هوا در حدود 5x10-5 سانتي‌متر است که همان حدود طول موج نور مرئي است.
.jpg)
مشخصات فيزيکي
جابجايي يا ارتعاش مولکولهاي هوا در تمام جهات صورت مي‌گيرد و بسته به مقدار انرژي موجود ، هر لايه از مولکولها مسافتي را طي مي‌کنند. به سخن ديگر هر چه انري بيشتر باشد مسافتي را که موج مي‌پيمايد بيشتر است. طول مسافتي را که هر طبقه از مولکولهاي هوا طي نموده و دوباره به جاي اوليه خود بر مي‌گردد دامنه نوسان نامند. هر چه آن مسافت زيادتر باشد صدا بلندتر است. بلندي صدا را با زير و بمي آن نبايد اشتباه کرد، زيرا بلندي صدا مربوط به تعداد ارتعاش در ثانيه است.
بنابراين صداي ممکن است بم ولي بلند باشد. بالعکس صداي ديگري ممکن است زير ولي کوتاه باشد. اگر امواج صوتي در مسير حرکت خود به جسمي از قبيل پرده گوش برخورد کنند و آن را به همان اندازه مرتعش سازند، ارتعاش پرده گوش بوسيله اندامهاي گوش داخلي به مراکز اعصاب شنوايي منتقل گشته و در نتيجه صدا شنيده مي‌شود و عکس العمل لازم صادر مي‌شود.
چشمه فيزيک امواج شنيده شدني
فيزيک امواج شنيده شدني در تارهاي مرتعش (بلندگو ، طبل) ايجاد مي‌شوند. همه اين عناصر مرتعش به تناوب هواي پيرامون خود را در حرکت به طرف جلو ، فشرده و در حرکت به طرف عقب ، رقيق مي‌کنند. هوا اين آشفتگيها را بصورت موج از چشمه به خارج انتقال مي‌دهد. اين فيزيک امواج به هنگام وارد شدن در گوش ، احساس صوت را بوجود مي‌آورند. موجهايي که تقريبا متناوب هستند و يا تعداد کمي از مؤلفه‌هاي تقريبي متناوب را شامل مي‌شوند، احساس خوشايندي بوجود مي‌آورند (اگر شدت خيلي زياد نباشد) اصوات موسيقي از اين جمله‌اند. صوتي که شکل موج آن متناوب نباشد ، بصورت نوفه شنيده مي شود. نوفه را مي‌توان برهمنهشي از امواج متناوب دانست که در آن تعداد مؤلفه‌ها خيلي زياد است.
يک آزمايش ساده
دو سر يک سيم فولادي به طول يک متر و به قطر يک ميليمتر را که کشيده شده و بوسيله دو قطعه سنگ يا آهن محکم شده است ، در نظر مي‌گيريم. حال اگر وسط سيم را به کناري کشيده و رها کنيم صدايي شنيده نمي‌شود، در صورتي که ارتعاش آن کاملا به چشم ديده مي‌شود. ولي اگر يک طرف سيم را به کنار يک لنگه در تخته‌اي متصل کنيم و آزمايش را دوباره انجام دهيم، صداي آن کاملا شنيده مي‌شود، با وجود آنکه ارتعاش آن مشهود نيست. علت اين امر آن است که در دفعه اول هواي مجاور سيم بجاي اينکه تراکم و انبساط پيدا کند، روي سيم لغزيده است و در مرتبه دوم هواي مجاور لنگه در ، مجال لغزيدن و رسيدن به کنار آن را قبل از تجديد ارتعاش نداشته است.
امواج صوتي در جامدات و مايعات
همانطور که درون هوا ارتعاشات طولي توام با تراکم و انبساط منتشر مي‌شود، به همان طريق نيز ارتعاشات طولي توأم با تراکم و انبساط در داخل مايعات و جامدات انتشار پيدا مي‌کنند. اگر ميله فلزي را براي لحظه کوتاهي در امتداد خودش کشيده و رها کنيم ، تراکم و انبساط در طول ميله انتشار پيدا خواهد کرد و همين طور اگر نقطه‌اي از جسم جامد را مرتعش سازيم (به عنوان مثال با چکش به گوشه يک قطعه سنگ يا فلز بزنيم) تراکم و انبساط به شکل سطوح کروي در تمام جسم مرتعش منتشر مي‌شوند.
مخصوصا نبايد چنان کرد که انتشار تراکم و انبساط درون اجسام مختص به ارتعاشات شنيدني است، بلکه هر نوع ارتعاش با هر فرکانس ممکن است در آنها انتشار يابد. تنها فرقي که جامدات و مايعات در انتقال صوت با هوا و گاز دارند در زياد بودن سرعت انتشار صوت در آنهاست.
.jpg)
مشاهدات تجربي
* چيزي که در موقع انتشار صوت در هوا انتقال مي‌يابد، هوا نيست. به دليل اينکه صداي هواپيما از ابر و دود غليظ عبور کرده و به ما مي‌رسد. بدون آنکه ابر را پراکنده ساخته و با خود به طرف ما بياورد.
* هوا در حين انتشار صوت جلو و عقب مي‌رود. يعني مرتعش مي‌شود. براي مشاهده اين امر کافي است يک قطعه فيلم عکاسي را بين دو انگشت گرفته و در مقابل آن با آواز بلند بخوانيم، در اينصورت حرکت رفت و آمد تند فيلم را به خوبي در محل اتصال انگشتان خود با فيلم حس مي‌نماييم.
* عبور فيزيک امواج صوتي در هوا با کم و زياد شدن فشار (انبساط و تراکم) همراه مي‌باشد. در جدار لوله صوتي سوراخي درست کرده و سپس ورقه نازک کاغذي روي آن مي‌چسبانيم و از خارج به اين کاغذ پاندول سبک ساده از چوب آقطي آويزان نموده و لوله را بطور افقي نگاه به بالا و پايين رفتن مي‌کند. اگر تنها هوا حرکت مي‌کرد و اختلاف فشار در آن وجود نداشت پاندول رفت و آمد نمي‌کرد زيرا حرکت ارتعاشي هواي درون لوله موازي با سطح کاغذ بوده و ممکن نبود که توليد حرکت متناوب در ورقه کاغذ بنمايد.
* در نتيجه وجود همين انبساط و تراکم ، در فيزيک امواج صوتي ، اختلاف چگالي متناوب پيدا مي شود. زيرا اگر تغيير فشار را در فيزيک امواج صوتي قبول کنيم لازم است که تغيير چگالي در آنها رانيز قبول کنيم. به کمک چندين پاندول که در طول لوله صوتي افقي بطريق فوق آويزان کرده‌ايم مي‌توانيم ثابت کنيم که هنگام ايجاد صوت در لوله ، پاندولي که نزديکتر به دهانه لوله است زودتر از پاندولهاي ديگر به ارتعاش در مي‌آيد.
پس وقتي قسمتي از هواي درون لوله در داخل آن به سمت انتهاي آن حرکت کرده و قسمت ديگري از هواي درون لوله ساکن است، ناچار چگالي قسمتي که بين اين دو قسمت متحرک و ساکن قرار دارد ، تغيير کرده است. موضوع وجود اختلاف چگالي در هواي مرتعش عملا به تحقيق رسيده است و از تغيير چگالي هوا در موقع ارتعاش که باعث تغيير ضريب شکست مي‌شود، استفاده کرد. و فيزيک امواج صوتي را به کمک جرقه الکتريکي عکسبرداري نموده‌اند.
منبع:http://atwis.com
/س