علم الصوتيات هو فرع من فروع الفيزياء يدرس إنتاج الصوت ونقله وتخزينه وإدراكه وإعادة إنتاجه ؛ أي أنه يدرس بالتفصيل الموجات الصوتية التي تنتشر من خلال مادة يمكن أن تكون في حالة غازية أو سائلة أو صلبة ، لأن الصوت لا ينتشر في الفراغ. الصوت هو العنصر الأساسي في الصوتيات ، ويتكون من موجات صوتية يتم إنتاجها عند تحويل التذبذبات في ضغط الهواء إلى موجات ميكانيكية.
ما هي الصوتيات
جدول المحتويات
إنه فرع الفيزياء الذي يدرس الإنتاج والسلوك أثناء انتقال الموجات الصوتية ووجهتها ، وكذلك تكوينها. عند الحديث عن ماهية الصوتيات ، فإنه يشير أيضًا إلى دراسة المساحات المادية أو الأماكن التي ينتشر فيها الصوت ، وله تطبيقات متعددة للأحداث والاستوديوهات والأماكن العامة.
أيضًا في الموسيقى ، هو المصطلح الذي يُفهم من خلال استخدام الأدوات التي تنتج الأصوات صوتيًا ، مع ترك العناصر الكهربائية أو الإلكترونية جانبًا ، على سبيل المثال ، الغيتار الصوتي.
ماذا تدرس الصوتيات
هم لديهم سعة (الحد الأقصى والحد الأدنى من القيم في تموج بهم)، تردد (عدد الاهتزازات في الثانية أو التكرار)، السرعة (الوقت الذي ينقضي من عند إنشاء عليه حتى تصل إلى المتلقي لها)، طول (متى الموجة أو ما هي المسافة الموجودة بين قمتين أو وديان فيه) ، الفترة (وقت كل دورة لتكرارها) ، السعة (مقدار طاقة الإشارة ، لا تعني الحجم) ، الطور (موضع موجة بالنسبة إلى أخرى) و الطاقة (مقدار الطاقة الصوتية لكل مرة لكل مصدر).
هناك نوعان من الموجات وفقًا للطريقة التي تتحرك بها عبر الوسائط: طولية (ستكون الحركة موازية لاتجاه الانتشار) وعرضية (الحركة متعامدة مع اتجاه الانتشار).
ضمن الظاهرة الصوتية ، لا تتم دراسة الصوت الذي يمكن للأذن البشرية إدراكه بسهولة فحسب ، بل يتم أيضًا دراسة الموجات فوق الصوتية والموجات فوق الصوتية. إن الموجات فوق الصوتية هي تلك الترددات الصوتية الأقل مما يمكن أن تدركه الأذن البشرية (20 هرتز) ، ولكن بالنسبة لبعض الحيوانات تكون ملحوظة تمامًا وتستخدم كتواصل عبر مسافات كبيرة ؛ بينما الموجات فوق الصوتية هي الموجات فوق السمع التي يراها الإنسان ، عند حوالي 20000 هرتز.
في هذه الدراسة ، يشكل الصوت نقلًا للطاقة على شكل اهتزاز ، وستعتمد سرعته على كثافة الوسط ودرجة حرارة الهواء. ستكون السرعة أعلى في المواد الصلبة والسائلة منها في الوسط الغازي (الهواء). تبلغ سرعة الصوت في الهواء حوالي 344 مترًا في الثانية عند حوالي 20 درجة مئوية ، على الرغم من أن سرعة الموجة الصوتية ستزيد بمعدل 0.6 متر / ثانية لكل درجة مئوية إضافية من درجة الحرارة. في السوائل ، وتحديداً الماء ، ستكون السرعة حوالي 1440 م / ث ، بينما في المواد الصلبة مثل الفولاذ ، ستكون حوالي 5000 م / ث.
تاريخ الصوتيات
ماركو فيتروفيو بوليون (80 / 70-15 AC) ، مهندس معماري ومهندس روماني ، كان رائد الصوتيات المعمارية ، حيث كتب عن الظواهر الصوتية التي حدثت في المسارح ، وبفضل ذلك ، كان هناك سجل للجوانب التي مراعاة المجال الصوتي عند بناء الصالات المسرحية والموسيقية.
لاحقًا ، اختتم المهندس والفيزيائي وعالم الرياضيات جاليليو جاليلي (1564-1642) دراسات فيثاغورس بتعريف الموجات بشكل أكثر وضوحًا ، مما أدى إلى ظهور الصوتيات الفسيولوجية ، ووصفها بأنها منبه يفسره العقل على أنه صوت ، على الصوتيات النفسية. مارين ميرسين (1588-1648) ، الفيلسوف وعالم الرياضيات الفرنسي ، أجرى تجارب على سرعة انتشار الصوت. و إسحاق نيوتن (1643-1727) ، صاغوا سرعة الصوت في المواد الصلبة. كتب الفيزيائي جون ويليام ستروت (1842-1919) ، المعروف أيضًا باسم اللورد رايلي ، عن إنتاج الصوت على الأوتار والصنج والأغشية.
من المشاهير الآخرين في التاريخ الذين ساهموا في المجال الصوتي عالم الفلك والرياضيات والفيزيائي بيير سيمون لابلاس (1749-1827) ، مع دراسات حول انتشار الصوت. درس الفيزيائي والطبيب هيرمان فون هيلمهولتز (1821-1894) العلاقة بين النغمات والترددات. قام المخترع والعالم ألكسندر جراهام بيل (1847-1922) بتطوير الهاتف من خلال ملاحظة أن بعض المواد يمكنها تحويل ونقل الاهتزازات الصوتية. توصل المخترع توماس ألفا إديسون (1847-1931) إلى تضخيم اهتزازات الصوت مع تطوير الفونوغراف.
فروع الصوتيات
هناك العديد من التصنيفات التي تساعد معًا في تحديد ماهية الصوتيات ، وفقًا لوسط انتشار الموجات وفائدتها العملية. ومنهم:
الصوتيات الصوتيات
هذا مصطلح زائد عن الحاجة ، على الرغم من أن الكثير من الناس يشعرون بالفضول حيال ذلك. الصوتيات موجودة في جميع الفروع. على سبيل المثال ، في علم الصوتيات الفيزيائي ، الذي يتعلق بتحليل الظواهر الصوتية ، والقوانين التي تحكمها ، ونقلها عبر الوسائط وخصائصها ؛ في حين أن المترولوجيا الصوتية هي المسؤولة عن أدوات المعايرة لقياس المقادير الصوتية لتسجيل الكميات لنفسها أو إنتاجها.
الصوتيات الفسيولوجية
دراسة الأذنين والحنجرة وكذلك منطقة الدماغ التي تقوم بفك تشفير الموجات. هنا يتم تضمين كل من الأصوات المنبعثة ، وكذلك الإدراك والاضطرابات.
الصوتيات المعمارية
وهي مسؤولة عن دراسة الصوتيات في العبوات والمساحات ، وسلوكها ، وكيفية تكييف هذه المساحات وتعيينها للاستخدام الأمثل لخصائص الصوت ولها انتشار فعال في مساحة محكومة. ساعد هذا التقسيم في تطوير حاويات مناسبة لهذا الغرض ، مثل الغلاف الصوتي.
الصوتيات الصناعية
هو الفرع المسؤول عن تخفيف آثار الضوضاء الناتجة عن النشاط الصناعي ، وذلك لحماية العمال من التلوث الضوضائي وهجماته ، عن طريق بعض أنواع العزل الصوتي.
الصوتيات البيئية
دراسة الأصوات الموجودة في الهواء الطلق والضوضاء في البيئة وتأثيراتها على الطبيعة والناس. تنتج هذه الضوضاء عن حركة المرور وأنواع مختلفة من وسائل النقل والمباني التجارية والأحياء والأنشطة البشرية اليومية المختلفة. يعمل هذا الفرع على تعزيز إدارة ومراقبة الضوضاء لتقليل التلوث الضوضائي.
التلوث الصوتي
صوتيات موسيقية
هو الذي يدرس الصوت الناتج عن الآلات الموسيقية ، ومقاييسها ، وأوتارها ، وتوافقها. وهذا يعني ضبط حجم نفسه. بالإضافة إلى ما ذكر أعلاه ، هناك فروع أخرى ، مثل:
- الصوتيات الهوائية (الصوت الناتج عن الحركة في الهواء)
- علم الصوت النفسي (الإدراك البشري للصوت وتأثيراته)
- الصوتيات الحيوية (دراسات السمع في الحيوانات وفهم تصورهم)
- تحت الماء (الكشف عن الأجسام ذات الصوت مثل الرادارات)
- Slectroacoustics (دراسات العمليات الإلكترونية لالتقاط الصوت ومعالجته)
- الصوتيات (صوتيات الكلام البشري)
- الصوتيات الكبيرة (دراسة الأصوات العالية)
- الموجات فوق الصوتية (دراسات الصوت عالي التردد غير المسموع وتطبيقاته)
- اهتزازي (دراسة الأنظمة التي لها كتلة ومرونة يمكنها أداء حركات تذبذبية)
- إنشائي (يدرس الصوت الذي ينتشر من خلال الهياكل في شكل اهتزازات) ، من بين أمور أخرى.
الظواهر الصوتية
هي تلك التشوهات في الموجات الصوتية الناتجة عن العوائق أو الاختلافات الموجودة في وسط الانتشار والتي تؤثر على خصائصها. من بين هذه الظواهر الصوتية:
- الانعكاس: يحدث عندما تقابل الموجة الصوتية عائقًا صلبًا مما يؤدي إلى انحرافها عن مسارها الأصلي ، مما يؤدي إلى إحداث تأثير "ارتداد" ، مما يسمح لها بالعودة إلى الوسط الذي تأتي منه.
- الصدى - يحدث عندما ترتد الموجة وينعكس في تكرار الدورات بفاصل 0.1 ثانية تقريبًا. لإدراكه ، يجب فصل مصدر الصوت والسطح الذي يعكسه بما لا يقل عن 17 مترًا.
- صدى: وهي ظاهرة شبيهة بالصدى ، مع اختلاف أن زمن التكرار أقل من 0.1 ثانية ، والتأثير الناتج هو صوت مطول. في هذه الحالة ، يجب أن تكون المسافة بين المصدر والسطح العاكس أقل من 17 مترًا.
- الامتصاص: عندما تصل الموجة إلى سطح ما وتعادل أو تمتص جزءًا منه وينعكس الباقي. تتمتع الألواح الصوتية المستخدمة في الاستوديوهات بهذه الخاصية ، على الرغم من أنها تمتص الصوت بالكامل تقريبًا.
- الانكسار: هي الانحناءات التي يأخذها الصوت عندما يمر من وسط إلى آخر ، وسيعتمد اتجاهه وسرعته على درجة حرارة وسط الانتشار وكثافته ومرونته.
- الانعراج: هو عندما تلتقي الموجة بعائق أصغر من طولها في مسارها ، مما يجعلها تحيط بها وتنتشر الموجة
- التداخل: يحدث عندما تتقاطع أو تتداخل موجتان مختلفتان أو أكثر. بشكل عام ، لديهم مسارات معاكسة ، لذلك سوف "تصطدم" مع بعضها البعض. كلما كانت كلتا الموجتين متساويتين من حيث اتساعهما ، زاد مؤشر التداخل.
- النبضات: تنشأ في وجود موجتين بترددات مختلفة ولكنها قريبة جدًا ، وهي غير محسوسة للأذن البشرية ، لذلك يُنظر إليها على أنها تردد واحد.
- تأثير دوبلر: هو التأثير الذي يتم إدراكه عند حدوث زيادة أو نقصان في تردد الموجة عندما يتحرك الباعث والمستقبل بالقرب أو بعيدًا. مثال: عندما تسمع سيارة إسعاف أو دورية قادمة ، فإنها تمر وتبتعد مرة أخرى.
ما هو التلوث الضوضائي
إنها النسخة الصوتية لتغيير البيئة في مساحة معينة. عندما يكون هناك تلوث ضوضائي ، فسيتم فهم أن هناك فائضًا في الصوت أو الضوضاء التي ستغير البيئة.
ما هي الرغوة الصوتية
هناك فئتان من العناصر المصممة للامتصاص على نطاق معين: مواد ممتصة للصوت وعناصر انتقائية أو تسمى أيضًا الرنانات.
يتم استخدام الأول للحصول على أوقات صدى مناسبة في الأنشطة التي تتم في الفضاء ، وتقليل أو إزالة الصدى وللتخلص من الضوضاء الملوثة خارج الموقع. الأكثر شيوعًا هي الصوف الحجري المطلي وألياف البوليستر المطلية ورغوة راتنج الميلامين المرنة.
الثواني هي الثواني المستخدمة عند البحث عن امتصاص كبير للترددات المنخفضة ، مما يقلل أوقات الصدى من حيث المبدأ. يمكن استخدامها كمكملات للمواد الماصة أو بشكل منفصل للغرض الموصوف أعلاه.
أنواع الرنانات هي:
- الغشاء أو الغشاء: مواد غير مسامية ومرنة ، مثل الخشب.
- تجويف بسيط: يتكون من تجويف هواء مغلق متصل بالغرفة بفتحة ضيقة.
- مشعب التجويف القائم على الألواح المحززة: لوح من مادة صلبة غير مسامية تم حفرها بسلسلة من الدوائر أو الأخاديد ، والتي ستكون موجودة على مسافة معينة من جدار الغرفة ، بحيث يكون هناك مساحة هواء مغلق يتكون من كلا السطحين.
