نظرة عامة على الصوت
ينتقل الصوت على هيئة اضطراب ميكانيكي، أو ما يعرف بالموجة، عبر أوساط مختلفة سواء كانت هذه الأوساط صلبة أو سائلة أو غازية. ومن الجدير بالذكر أن الصوت لا ينتشر في الفراغ. تستطيع الكائنات الحية إدراك هذا الاضطراب الميكانيكي بواسطة حاسة السمع عن طريق الأذن.
في علم الأحياء، يعرف الصوت بأنه مجموعة من الإشارات المكونة من نغمات متعددة تصدر من الكائن الحي عبر الحنجرة. وتعتبر الموجات الصوتية وسيلة للتواصل بين الكائنات الحية للتعبير عن الأحاسيس والمشاعر. أما فيزيائياً، فالصوت هو اهتزاز ميكانيكي للوسط.
وتنقسم الموجات الصوتية إلى قسمين رئيسيين: موجات طولية وموجات مستعرضة. تنتشر الموجات الطولية في الأوساط الغازية والبلازما والسوائل، ويطلق عليها الفيزيائيون اسم الموجات الانضغاطية. تتكون هذه الموجات من طبقات متتالية تتراكم فوق بعضها البعض، حيث يرتفع الضغط في الطبقات تدريجياً ثم يعود للانخفاض بالتتابع. أما الموجات المستعرضة، فتنتشر في الأوساط الصلبة على شكل موجات متتالية متعامدة مع اتجاه انتشار الصوت.
السمات المميزة للموجات الصوتية
للموجات الصوتية عدة خصائص تحدد طبيعتها وسلوكها، ومن أهم هذه الخصائص:
- الحركة الاهتزازية: تأثير الصوت في جزيئات الوسط الذي ينتشر فيه، مما يؤدي إلى اضطرابها واهتزازها.
- تواتر الاهتزاز: عدد الدورات الكاملة للاهتزاز في الثانية الواحدة، ويقاس بالهرتز.
- سرعة الصوت: تختلف سرعة الصوت تبعاً للوسط الذي تنتشر فيه الموجات الصوتية، وتتأثر أيضاً بدرجة الحرارة. تكون سرعة الصوت في الوسط الصلب أعلى من سرعتها في الوسط السائل وفي الوسط الغازي.
- شدة الصوت: كمية الطاقة الصوتية الناتجة عندما تؤثر الموجات الصوتية في سنتيمتر مربع واحد داخل الوسط أثناء عبور الموجة الصوتية. تستخدم وحدة الديسبل لقياس كمية الطاقة الموجية للصوت.
- ضغط الصوت: الفرق بين ضغط الموجة الصوتية ومتوسط الضغط الموضعي. يتم حساب متوسط مربع هذا الفرق ثم استخراج الجذر التربيعي منه.
أنواع الموجات الصوتية
تصنف الموجات الصوتية إلى ثلاثة أنواع رئيسية بناءً على تردداتها:
- الموجات المسموعة: هي الموجات التي تتراوح تردداتها بين 20 و 20,000 هرتز. وتشمل جميع الأصوات التي يمكن للأذن البشرية سماعها.
- الموجات فوق الصوتية: هي الموجات التي يزيد ترددها عن 20,000 هرتز، وتقع خارج نطاق السمع البشري. تستخدم في تطبيقات صناعية وطبية متنوعة.
- الموجات تحت الصوتية: هي الموجات الصوتية التي يقل ترددها عن 20 هرتز، ولا يمكن للإنسان سماعها أو حتى الإحساس بها.
