ما هي وحدة قياس الصوت

ما هي وحدة قياس الصوت
ما-هي-وحدة-قياس-الصوت/

ما هي وحدة قياس الصوت؟

كيف يتم حساب شدة الصوت؟

يتم تعريف الظاهرة الفيزيائية للصوت (The physical phenomenon of sound) على أنها مجموعة من الموجات الميكانيكية أو تذبذب المادة، حيث إن الموجة الصوتية توصف بأنها اضطراب ينتقل من مكان إلى آخر في الوسط المادي الناقل، مما يجعل الجزيئات تصطدم ببعضها البعض ومن ثم تتباعد[١].


ينتقل الصوت بسرعة 343.4 م/ث أي ما يعادل 768 ميلًا في الساعة, كما تختلف سرعة الصوت باختلاف الوسط, حيث تحتاج هذه الموجات الصوتية إلى وسيط لتنتقل من خلاله سواء أكان غازيًا أم سائلًا أم صلبًا، فالصوت لا ينتقل في الفراغ, لذلك لا يوجد صوت في الفضاء الخارجي.[٢]


ومن الجدير بالذكر أن الصوت يعرّف بأنه موجة طولية تنتقل عن طريق اهتزاز جزيئات الوسيط، ويكون مصدرها مركز الصوت، حيث تشكل قمم الموجات الصوتية دوائر تنتقل في الهواء مبتعدة عن مصدر الصوت، فعلى سبيل المثال إذا رميت حصاة في مياه ساكنة، ستلاحظ وجود تموجات على سطح المياه، هذه الموجات ناتجة عن نمط متذبذب، حيث إن الصوت يعمل بنفس هذه الطريقة بالضبط.[٣]


عند انتقال الموجة وابتعادها عن مصدرها تحدث تغيرات سريعة في ضغط الموجات، مما يؤدي إلى حدوث تباين في الضغط، ووجود مناطق ذات ضغط مرتفع يطلق عليها (تضاغط) و مناطق ذات ضغط منخفض يطلق عليها (تخلخل) ويعزى ذلك لتصنيف الصوت كموجة طولية.[٢]


يتساءل الكثيرون عن وحدة قياس الصوت إلا أن المقصود في الحقيقة هو وحدة قياس شدة الصوت والتي هي حسب النظام العالمي للوحدات واط/متر^2 (W\m^2)، لكن يتم قياس مستوى شدة الصوت (الجهارة) بوحدة الديسيبل (decibels) [٤], حيث إنها تستخدم لقياس النسبة بين شدتين والمقارنة بينهما, ويتم ذلك عن طريق إيجاد لوغاريتم الأساس 10 لنسبة الشدة المراد قياسها إلى شدة العتبة، ومن ثم ضرب الناتج في 10, وللتعبير عن ذلك رياضيًا فهو كما في المعادلة الآتية:[٥]


مستوى شدة الصوت = 10 لو (شدة الصوت المراد قياسها / شدة الصوت عند عتبة السمع).


حيث إن شدة الصوت عند عتبة السمع قيمة ثابتة تمثل أضعف صوت يمكن أن تكتشفه الأذن البشرية والذي يساوي 10^-12 واط/متر^2, فالبشر مزودون بآذان حساسة للغاية قادرة على اكتشاف الموجات الصوتية منخفضة الشدة.[٦]


متى تم اعتماد وحدة قياس شدة الصوت؟

تم اعتماد وحدة بيل في عام 1923م أو 1924م وذلك تكريمًا لمؤسس مختبرات الهواتف ورائد الاتصالات العالم ألكسندر غراهام بيل، لكن وحدة بيل وحدة نادرة الاستخدام لذلك يتم استخدم وحدة الديسيبل والتي تعادل عُشر وحدة بيل, إذ إن 1 ديسيبل = 1/10 بيل، ولقد نشأ تعريف الديسبيل في قياس القدرة على المهاتفة.[٧]


جهاز قياس شدة الصوت

جهاز قياس الصوت عبارة عن عداد مدرّج لقراءة مستوى شدة الصوت بالديسيبل حيث يتكون الجهاز من ميكروفون لالتقاط الصوت ومن ثم تحويله إلى إشارة كهربائية, حيث تليه دائرة إلكترونية تؤثر في الإشارات الكهربائية الواصلة لها ليتم بعد ذلك التوصل للخصائص المطلوبة، ويعتمد ضبط قراءة نطاق التردد وتحديده في الدوائر الإلكترونية على الغرض الذي يتم تصميم واستخدام جهاز قياس الصوت من أجله.[٨]


موجة الصوت هي موجة ضغط تنتشر عن طريق التسبب بتضاغط وتخلخل في جزيئات الوسيط الناقل لها، وتعد وحدة قياس شدة الصوت في النظام العالمي للوحدات هي واط/متر^2 (W\m^2)، لكن يتم قياس مستوى شدة الصوت بوحدة الديسيبل.


العوامل المؤثرة في شدة الصوت

كيف تفسر الأذن الموجات الصوتية؟

عندما نسمع صوتًا, فإن ما تفعله آذاننا هو تحويل الأمواج الصوتية الناجمة عن التغير في ضغط الهواء إلى نبضات عصبية، حيث يتم استقبال هذه الأمواج ثم ترجمها إلى رسائل عصبية بواسطة الأذن، ويقوم بعد ذلك العصب السمعي بنقلها إلى الدماغ، الذي يعمل على تفسير هذه الرسائل إلى الأصوات المختلفة[٩]، وفيما يأتي العوامل المؤثرة في شدة الصوت:


ضغط جزيئات الوسط الناقل

كلما زاد ضغط جزيئات الوسط الناقل زادت شدة الصوت أي أن علاقة ضغط جزيئات الوسط وشدة الصوت المار من خلاله علاقة طردية.[٥]


المسافة بين نقطة إصدار الصوت والنقطة التي يصل الصوت إليها

كلما ابتعدت نقطة إصدار الصوت عن نقطة استقباله قلت شدة الصوت, وتتمثل العلاقة بينهما بتناسب شدة الصوت عكسيًا مع مربع المسافة الواصلة بين النقطتين[١٠], ويعزى ذلك إلى أن الموجة الصوتية تنتشر خلال الوسط الناقل على شكل دوائر تكبر كلما زاد البعد عن مصدر الصوت، مما يؤدي ذلك إلى توزع الطاقة نفسها لتغطية مساحة أكبر مما يضعف الصوت.[١١]


سعة الاهتزازة

تعتمد كمية الطاقة المنتقلة خلال الموجة على سعة اهتزاز جسيمات الوسط الناقل, فكلما زادت سعة الاهتزازة زادت شدة الصوت، حيث إن العلاقة تتمثل بينهما بتناسب الطاقة التي تنقلها الموجة طرديًا مع مربع سعة الموجة.[٦]


مساحة السطح المهتز

كلما زادت مساحة السطح المهتز تزداد شدة الصوت ويعزى ذلك لزيادة الطاقة الصوتية المنتشرة بسبب ازدياد كمية الهواء المهتز، أي إن العلاقة تتمثل بينهما بتناسب مساحة السطح المهتز طرديًا مع شدة الصوت.[٦]


ومن هنا يمكن القول أن ضغط جزيئات الوسط الناقل ومساحة السطح المهتز وسعة الاهتزازة و المسافة بين نقطة إصدار الصوت ونقطة استقباله من العوامل المؤثرة في شدة الصوت فإما تقويه أو تضعفه حسب العلاقة المتمثلة بينهم.


قانون شدة الصوت

كيف يتم اشتقاق وحدة قياس شدة الصوت؟

تعرف شدة الصوت بأنها القدرة المنتقلة خلال الموجة الصوتيّة في وحدة المساحة، حيث إن القدرة هي المعدل الزمني لانتقال الطاقة خلال الموجة الصوتية، وللتعبير عن القانون رياضيا فهو كما يأتي:[٤]

شدة الصوت = القدرة / المساحة


وللتعبير عن القانون بالرموز فهو كما يأتي: [٤]

ش= ق/م


ولاشتقاق وحدة شدة الصوت من خلال القانون الذي تم ذكره آنفًا، فهو كما يأتي:[٤]

القدرة = الطاقة / الزمن، حيث إن وحدة القدرة تساوي جول/ث كما يطلق عليها أيضا واط.

شدة الصوت = القدرة / المساحة، وبذلك وحدة شدة الصوت تساوي واط/م^2.

واضع قانون شدة الصوت هو العالم المشهور ألكسندر غراهام بيل.[١٢]


ومن هنا يمكن القول أن شدة الصوت هي المعدل الزمني لانتقال الطاقة خلال الموجة الصوتية في وحدة المساحة وبذلك تكون وحدة شدة الصوت تساوي واط/م^2.

المراجع[+]

  1. Tiffany Hightower (2020-01-13), "Sound Waves Lesson for Kids: Definition & Facts", study, Retrieved 2020-11-05. Edited.
  2. ^ أ ب Gayle Towell (2019-12-04), "Sound: Definition, Types, Characteristics & Frequencies", sciencing, Retrieved 2020-11-05. Edited.
  3. Christopher Muscato (2016-01-11), "Sound Attenuation: Definition & Effects", Study, Retrieved 2020-11-06. Edited.
  4. ^ أ ب ت ث Paul Peter Urone, Roger Hinrichs, Kim Dirks and others (2020-11-04), "Sound Intensity", libretexts, Retrieved 2020-11-05. Edited.
  5. ^ أ ب "Sound Intensity and Sound Level", Texas Gateway, Retrieved 2020-11-05. Edited.
  6. ^ أ ب ت "Forced Vibration", physics classroom, Retrieved 2020-11-06. Edited.
  7. "Decibel ", Wikia, Retrieved 2020-11-06. Edited.
  8. William L. Hosch, Grace Young, Gloria Lotha (2013-09-29), "Sound-level meter", britannica, Retrieved 2020-11-05. Edited.
  9. Dr David Sharp (2019-08-29), "What is the sound?", Open, Retrieved 2020-11-06. Edited.
  10. " Sound Properties and Their Perception", physics classroom, Retrieved 2020-11-06. Edited.
  11. "Measuring sound", science learn, Retrieved 2020-11-06. Edited.
  12. Yamini Chauhan, gloria lothia (2013-05-13), "Sound intensity ", britannica, Retrieved 2020-11-06. Edited.

174709 مشاهدة