ما وحدة قياس الصوت؟ الفرق بين الديسيبل والهرتز وشدة الصوت
عندما نسمع صوتًا مرتفعًا أو نغمة موسيقية، نستخدم أرقامًا مثل الديسيبل والهرتز لوصف بعض خصائصه. لكن هاتين الكميتين لا تقيسان الشيء نفسه: فالهرتز يصف التردد، بينما يعبّر الديسيبل عن مستوى لوغاريتمي لكمية صوتية محددة مثل مستوى ضغط الصوت. كما أن شدة الصوت الفيزيائية لها وحدة مختلفة هي الواط لكل متر مربع.
ما الصوت وكيف ينتقل؟
الصوت اضطراب ميكانيكي ينتقل في وسط مادي مثل الهواء أو الماء أو المواد الصلبة. في الهواء، تنتقل الموجة الصوتية على هيئة تغيرات متتابعة في الضغط والكثافة؛ لذلك لا ينتقل الصوت في الفراغ بالطريقة التي ينتقل بها الضوء. وعندما تصل الموجات إلى الأذن أو الميكروفون، يمكن قياس بعض خصائصها وتحليلها.
لفهم هذه الخصائص بصورة أوسع، يمكنك قراءة مقال علم الصوتيات وتطبيقاته.
ما وحدة قياس الصوت؟
لا توجد وحدة واحدة تصف جميع خصائص الصوت؛ إذ نختار الوحدة بحسب الكمية التي نريد قياسها. ومن أهم الكميات التردد وضغط الصوت وشدة الصوت ومستوى ضغط الصوت والقدرة الصوتية.
| الكمية | ما الذي تصفه؟ | الوحدة |
|---|---|---|
| التردد | عدد الاهتزازات أو الدورات في الثانية | الهرتز Hz |
| ضغط الصوت | التغير المتناوب في ضغط الوسط | الباسكال Pa |
| شدة الصوت | معدل انتقال الطاقة عبر وحدة المساحة | واط لكل متر مربع W/m² |
| مستوى ضغط الصوت | نسبة ضغط الصوت إلى ضغط مرجعي على مقياس لوغاريتمي | الديسيبل dB SPL |
| القدرة الصوتية | معدل الطاقة الصوتية التي يصدرها المصدر | الواط W |
ما الفرق بين الديسيبل والهرتز؟
الديسيبل dB
الديسيبل طريقة لوغاريتمية للتعبير عن نسبة بين كمية مقاسة وقيمة مرجعية. لذلك لا يكفي أن نقول «الصوت 70 ديسيبل» من دون معرفة نوع القياس والمرجع وطريقة الترجيح. فقد يكون الرقم مستوى ضغط صوت dB SPL أو مستوى صوت مرجحًا A مثل dBA، ولكل منها معنى محدد.
في قياس مستوى ضغط الصوت في الهواء، يُستخدم عادةً ضغط مرجعي مقداره 20 ميكروباسكال. وتحسب قيمة مستوى ضغط الصوت بالعلاقة:
Lₚ = 20 log₁₀ (pᵣₘₛ / p₀) ، حيث p₀ = 20 μPa في الهواء.
إذا كان ضغط الصوت الفعال 1 باسكال، فإن مستوى ضغط الصوت يقارب 94 dB SPL. ولا تعني قيمة 0 dB SPL انعدام الصوت؛ بل تعني أن ضغط الصوت يساوي القيمة المرجعية المستخدمة في القياس.
الهرتز Hz
الهرتز هو وحدة التردد، ويساوي دورة واحدة في الثانية. ويصف عدد مرات تكرار الاهتزاز خلال ثانية واحدة. يرتبط التردد بإدراك حدة النغمة؛ فالتردد الأعلى يُسمع عادةً كنغمة أكثر حدة، بينما يكون التردد الأقل أكثر غلظة، مع وجود عوامل أخرى تؤثر في الإدراك السمعي.
على سبيل المثال، النغمة الموسيقية القياسية لا الوسطى تُضبط غالبًا قرب 440 هرتز. ولا يخبرنا هذا الرقم وحده عن ارتفاع الصوت أو شدته؛ بل يصف تردد الموجة.
ما الفرق بين شدة الصوت ومستوى ضغط الصوت؟
شدة الصوت كمية فيزيائية تصف معدل انتقال الطاقة عبر وحدة المساحة، وتقاس بالواط لكل متر مربع W/m². أما مستوى ضغط الصوت في الديسيبل فيصف نسبة ضغط الصوت الفعال إلى ضغط مرجعي على مقياس لوغاريتمي. لذلك لا ينبغي استخدام المصطلحين وكأنهما مترادفان.
يمكن التعبير عن مستوى الشدة الصوتية بالعلاقة:
Lᵢ = 10 log₁₀ (I / I₀) ، حيث I₀ = 10⁻¹² W/m² في الهواء.
وبما أن المقياس لوغاريتمي، فإن زيادة مستوى الشدة بمقدار 10 ديسيبل تعني زيادة الشدة الفيزيائية عشرة أضعاف. ومضاعفة الشدة تعادل زيادة تقارب 3 ديسيبل، بينما مضاعفة ضغط الصوت الفعال تعادل زيادة تقارب 6 ديسيبل. هذه علاقات فيزيائية، ولا تعني أن الإحساس البشري بعلو الصوت يتضاعف دائمًا بالطريقة نفسها.
كيف نقيس مستوى الصوت؟
مقياس مستوى الصوت
يستخدم مقياس مستوى الصوت (Sound Level Meter) ميكروفونًا لالتقاط ضغط الصوت، ثم يعالج الإشارة ويعرض مستوى الصوت وفق إعدادات القياس. وتختلف الأجهزة في دقتها ونوع الترجيح الزمني والترددي، لذلك يجب اختيار جهاز مناسب للغرض ومعايرته عند الحاجة.
مقياس جرعة الضوضاء
يُستخدم مقياس جرعة الضوضاء (Noise Dosimeter) لتقدير تعرض شخص للضوضاء على مدى فترة عمل أو نشاط، بدل الاكتفاء بقراءة لحظية في نقطة واحدة. ويجمع القياسات مع الزمن ليحسب متوسط التعرض أو الجرعة وفق الإعدادات المعيارية.
تطبيقات الهاتف
يمكن لتطبيقات الهاتف أن تعطي مؤشرًا أوليًا لمستوى الضوضاء، لكن دقتها تعتمد على الميكروفون ومعايرته وإعدادات التطبيق. ولا ينبغي اعتبار كل تطبيق بديلًا عن جهاز احترافي معاير، خصوصًا في قياسات الامتثال والسلامة المهنية. يوفر NIOSH Sound Level Meter App مثالًا على تطبيق طورته جهة متخصصة للقياسات المهنية على أجهزة iOS.
مثال عملي على قراءة قياس الصوت
لنفترض أن جهازًا معايرًا أظهر مستوى ضغط صوت مقداره 94 dB SPL في الهواء. تقابل هذه القراءة تقريبًا ضغطًا فعالًا قدره 1 باسكال وفق المرجع 20 ميكروباسكال. وإذا زادت شدة الصوت الفيزيائية عشرة أضعاف، يرتفع مستوى الشدة بمقدار 10 ديسيبل؛ أما إذا تضاعف ضغط الصوت الفعال، فيرتفع مستوى ضغط الصوت بنحو 6 ديسيبل.
هذا المثال يوضح لماذا يجب معرفة نوع الديسيبل المرجعي قبل مقارنة قراءتين. كما يجب توثيق المسافة من المصدر ومدة القياس وإعدادات الترجيح، لأن تغيير موضع الميكروفون أو طريقة القياس قد يغير النتيجة.
هل 85 ديسيبل مستوى خطير دائمًا؟
لا يمكن تحديد خطر الضوضاء من رقم لحظي وحده؛ فالمدة والتكرار والتردد وطبيعة الصوت وعوامل أخرى تؤثر في التعرض. توصي NIOSH بحد تعرض مهني مقداره 85 dBA كمتوسط مرجح على مدى ثماني ساعات، مع قاعدة تبادل قدرها 3 ديسيبل؛ أي إن مدة التعرض الموصى بها تنخفض إلى النصف عند زيادة المستوى 3 dB وفق معيارها المهني.
هذه توصية للتعرض المهني وليست حدًا عامًا يضمن السلامة لكل شخص أو لكل موقف. وتوصي الجهات المتخصصة بتقييم التعرض الفعلي وتقليل الضوضاء واستخدام وسائل الحماية المناسبة عند الحاجة. كما أن قياس مستوى الصوت في مكان واحد لا يغني عن حساب التعرض عبر الزمن.
يمكنك كذلك التعرف على دور الأجهزة الصوتية من خلال مقال بطاقة الصوت في الكمبيوتر، الذي يشرح جانبًا من التعامل مع الإشارات الصوتية رقميًا.
أسئلة شائعة
ما وحدة قياس تردد الصوت؟
يُقاس تردد الصوت بالهرتز Hz، وهو عدد الدورات في الثانية.
هل الديسيبل وحدة قياس مباشرة لشدة الصوت؟
الديسيبل مقياس لوغاريتمي لنسبة بين كمية مقاسة ومرجع، ويمكن استخدامه للتعبير عن مستوى ضغط الصوت أو مستوى الشدة أو القدرة الصوتية. لذلك يجب تحديد نوع القياس والمرجع.
هل 0 ديسيبل يعني عدم وجود صوت؟
لا. في مستوى ضغط الصوت dB SPL، تعني 0 ديسيبل أن ضغط الصوت يساوي الضغط المرجعي 20 ميكروباسكال في الهواء، وليس أن الصوت معدوم.
ما الفرق بين dB وdBA؟
dB يعبّر عن المستوى بالديسيبل مع تحديد الكمية والمرجع، أما dBA فيشير عادةً إلى مستوى صوت استخدم فيه ترجيح A لتقريب استجابة القياس من حساسية السمع البشري للترددات.
ما الجهاز المستخدم لقياس الضوضاء؟
يُستخدم مقياس مستوى الصوت لقياس المستوى في نقطة معينة، بينما يستخدم مقياس جرعة الضوضاء لتقدير التعرض الشخصي عبر فترة زمنية.
الخلاصة
تختلف وحدات قياس الصوت بحسب الخاصية المراد وصفها: الهرتز للتردد، والباسكال لضغط الصوت، والواط لكل متر مربع لشدة الصوت، والديسيبل للتعبير عن مستوى لوغاريتمي لكمية صوتية محددة. ويساعد تحديد نوع القياس والمرجع ومدة التعرض على تفسير الأرقام بطريقة صحيحة بدل التعامل مع الديسيبل والهرتز على أنهما وحدتان للشيء نفسه.
المصادر والمراجع
[1] National Physical Laboratory – Sound Pressure Level and Intensity Level
[2] National Physical Laboratory – SI Units and Decibels in Underwater Acoustics
