علم الصوتيات: فهم الصوت وتطبيقاته
في حياتنا اليومية، عادةً ما نفرّق في علم الصوتيات بين الصوت والضوضاء. باختصار، نشير إلى الانطباعات المتسلسلة الممتعة بالصوت، بينما تُعتبر الأصوات الفوضوية أو المُعيقة ضوضاء.
هناك فرقٌ دقيقٌ بين الصوت والضوضاء. لتقليل الضوضاء، تعدّ مادة امتصاص الصوت مفيدة. لدراسة كيفية انتقال الصوت وكيفية التحكم فيه، سنتعلم علم الصوتيات. الآن، لنفهم ماهية علم الصوتيات.
فيزياء الصوتيات
علم الصوتيات (Acoustics) هو فرع من العلوم يعنى بإنتاج الصوت والتحكم فيه ونقله واستقباله وتأثيراته. ببساطة، يعنى علم الصوتيات بعملية توليد الصوت واستقباله وانتشاره.
هو ذلك الفرع من الفيزياء الذي يعنى بدراسة الموجات الميكانيكية في حالات المادة (الصلبة، والسائلة، والغازية)، بالإضافة إلى دراسة الموجات التالية:
- الصوت
- الاهتزاز
- الموجات فوق الصوتية ودون الصوتية
تعريف علم الصوتيات
يعرّف علم الصوتيات بأنه علم الصوت، بما في ذلك إنتاجه ونقله وتأثيراته البيولوجية والنفسية.
صوتيات الصوت
يعرّف الصوت بأنه التقلبات الجزيئية المرنة في الهواء أو غيره من الوسائط، والتي تولّد تفاعلًا متسلسلًا (أو اهتزازًا) بتحريك أقرب جسيم.
إذا خلّف مزيج الأصوات انطباعًا مزعجًا، يصعب تمييز الأصوات الفردية ذات زمن صدى قصير؛ ويعتبر هذا النوع من الصوت ضوضاء. للتحكم في هذه الأصوات المزعجة/الفوضوية، يجب أن نفهم أهمية علم الصوتيات.
إقرأ أيضاً… ما هو تعريف الصوت؟
أهمية علم الصوتيات
تسمى التقنيات/الطرق التي نستخدمها لامتصاص الأصوات غير المرغوب فيها باستخدام أسطح ناعمة المسامية “الحماية الصوتية”.
على سبيل المثال، إذا كنت تعمل في صناعة الصلب، وتصدر الآلات ضوضاء عالية. لتقليل هذه الضوضاء، يمكنك إدخال أي مادة ناعمة في صمامات الآلة، وبذلك ينخفض مستوى الضوضاء الصادرة عنها.
لأن الأسطح الملساء والمسطحة تصدر ضوضاء عالية، بينما تتجنب المواد الناعمة المسامية صدى الصوت، مما يُقلل مستوى الصوت. لهذا السبب، تستخدم المواد المسامية في صناعات التحكم في الضوضاء.
شروط الصوتيات الجيدة
شروط الصوتيات الجيدة هي:
- المقطع الصوتي – يجب أن يكون المقطع الصوتي عاليًا.
- الفاصل الزمني بين مقطعين صوتيين – يجب أن يكون الأقل. أي أن يكون انعكاس المقطع السابق في أدنى حده بحيث يكون المقطع التالي مسموعًا.
- الصدى – يجب أن يكون ضبط الصدى في أدنى حده حتى لا يتأثر استمرارية الأصوات.
- القاعة – يجب أن تكون نوافذ المبنى مفتوحة وأن تحتوي على أسطح ماصة لتجنب انعكاس الصوت لفترة طويلة.
- انعكاس الصوت– يجب ألا يكون انعكاس الصوت صغيرًا، لأنه إذا خمد قبل وصوله إلى الأذنين، فسيتأثر استمرارية الأصوات. يُطلق على هذا النوع من الحالات التي يتلاشى فيها انعكاس الصوت اسم “تأثير القاعة الميتة”.
أنواع الصوتيات
أنواع الصوتيات مع شرحها هي كما يلي:
الاهتزازات والديناميكيات
شهدنا في مدن كبيرة مثل مومباي مباني متعددة الطوابق. صممت هذه المباني بطريقة تمتص الزلازل. والسبب هو تركيب أجهزة تحكم في الاهتزازات لحمايتها من هذه الصدمات. تستخدم هذه الأجهزة لتأريض الاهتزازات في السكك الحديدية.
الصوتيات البيئية
كما تساعد هذه الصوتيات على تقليل الضوضاء الناتجة عن وسائل النقل المختلفة في البيئة.
الموجات تحت الصوتية
تردد الموجات تحت الصوتية أقل من 20 هرتز، وهي غير مسموعة للأذن البشرية. تستخدم الموجات تحت الصوتية في المجالات التالية:
1. الكشف عن احتمالية وقوع الزلازل.
2. ملاحظة تكوّن النفط في منطقة معينة.
الموجات فوق الصوتية
تردد الموجات فوق الصوتية أعلى من الحد المسموح به للسمع البشري. مجالات استخدامنا للموجات فوق الصوتية هي كما يلي:
1. في التصوير بالموجات فوق الصوتية في الفيزياء
2. الكشف عن الأجسام
3. قياس المسافة
الصوتيات الموسيقية
ندرس الصوتيات الموسيقية لفهم كيفية استخدام الأصوات في إنتاج أي موسيقى. تشمل مجالات استخدامنا للصوتيات الموسيقية المجالات التالية:
1. الآلات الموسيقية
2. العلاج بالموسيقى
3. الصوت البشري
تطبيقات علم الصوتيات
يقصد بالصوتيات النقل السليم للصوت. في البداية، استُخدمت الصوتيات كجهاز للتحكم في الضوضاء في الصناعات فقط. أما الآن، فتُستخدم في العديد من المجالات؛ منها:
- الصناعات المعمارية
- الطب
- الحرب
الطاقة الصوتية
الطاقة الصوتية هي اضطراب الطاقة التي تمر عبر مادة ما على شكل موجات. ومن أمثلة الطاقة الصوتية طاقة الصوت. عندما ينتقل
الصوت عبر أي وسط، فإنه ينتج اهتزازات على شكل موجات.
بمعنى آخر، يمكن تعريف الطاقة الصوتية بأنها الطاقة المُتعلقة بالاهتزازات الميكانيكية الصادرة عن مكوناتها.
