صدا چگونه حرکت می کند؟
آنچه که می شنویم، صدا نام دارد. صدا نیز مانند گرما و نور، صورتی از انرژی است. آیا می دانید صدا چگونه تولید می شود و چگونه از جایی به جای دیگر می رود؟
صدا در اثر ارتعاش اجسام به وجود می آید. وقتی زنگی را به صدا در می آوریم، بدنه زنگ شروع به ارتعاش می کند. اگر زنگ را لمس کنیم این ارتعاشات را حس خواهیم کرد. وقتی صحبت می کنیم، تارهای صوتی مان شروع به ارتعاش می کنند.
ارتعاش اجسام موجب تولید امواج صوتی می شود. این امواج در هوا منتشر می شوند و به گوش ما می رسند. امواج صوتی، پرده گوش را مرتعش می کنند. در نتیجه ما آنها را می شنویم. گوش انسان نسبت به صداهایی که فرکانس آنها بین 20 تا 20 هزار هرتز است، حساس می باشد. ما اصواتی را که فرکانسی کمتر از 20 هرتز (مادون صوت یا فروصوت) و یا بیشتر از 20 هزار هرتز (ماورای صوت یا فراصوت) دارند، نمی شنویم.
در این مقاله شما می توانید به زبانی ساده با برخی از قوانین فیزیک در مورد صداها آشنا شوید.
انتشار صوت
امواج صوتی برای آنکه از جایی به جای دیگر حرکت کنند، نیاز به یک محیط واسط دارند. به عبارت دیگر امواج صوتی در خلاء منتشر نمی شوند. این موضوع را می توان با انجام یک آزمایش ساده ثابت کرد. برای انجام این آزمایش به یک بطری شیشه ای بدون ته، یک پمپ خلاء و یک زنگ الکتریکی نیاز دارید.
بطری را به پمپ خلاء وصل کنید و سر آن را توسط چوب پنبه ای بپوشانید. سپس زنگ الکتریکی را داخل بطری قرار دهید. زنگ را به باتری متصل کنید. در این حالت، صدای زنگ را بطور واضح خواهید شنید. حال شروع به تخلیه هوای درون بطری کنید. خواهید دید که صدای زنگ بتدریج ضعیف و ضعیف تر می شود و سرانجام با تخلیه کامل هوا کاملاً قطع می شود. این آزمایش نشان می دهد که وجود یک محیط واسط برای انتشار صوت ضروری است.
از آنچه گفته شد، سه نتیجه بدست می آید:
- صدا در اثر ارتعاش اجسام به وجود می آید.
- صدا به شکل موج منتشر می شود.
- صدا برای انتشار به محیطی واسط نیاز دارد.
امواج صوتی در مایعات، جامدات و گازها منتشر می شوند. همانطور که گفتیم امواج صوتی در خلاء منتشر نمی شوند؛ به همین جهت فضانوردان در فضا به کمک دستگاه های رادیویی با یکدیگر صحبت می کنند.
سرعت صوت
انتشار صوت در محیط به صورت آنی نیست و منتشر شدن آن از یک نقطه به نقطه دیگر، به زمان نیاز دارد. شما احتمالاً دیده اید که نور رعد و برق زودتر از صدای آن منتشر می شود. همچنین اگر از دور به ضربه ای که یک نفر با چکش روی آهن می زند نگاه کنید، ابتدا نواختن ضربه را می بینید و پس از مدتی صدای آن را می شنوید. به این ترتیب ویژگی های صوت را در زمینه سرعت می توان به چند مورد خلاصه کرد:
- صوت به صورت آنی در محیط منتشر نمی شود.
- سرعت صوت بسیار کمتر از نور است.
- انتشار صوت در محیط همگن یکنواخت است و دارای شکست نمی شود. این سرعت برای هر محیط همگن مقدار ثابتی است.
- سرعت صورت به زیر و بمی و شدت و ضعف آن بستگی ندارد.
سرعت صوت رابطه مستقیم با دما و جنس محیط دارد. به این ترتیب که هرچه محیط سخت تر باشد سرعت صوت بالاتر است. چنانکه سرعت صوت در مایعات بیشتر از گازها و در جامدات بیشتر از مایعات است. برای مثال اگر گوش خود را روی ریل راه آهن بگذارید، صدای نزدیک شدن قطار را زودتر از کسی می شنوید که صدای قطار از طریق هوا به گوش او می رسد.
سرعت صوت در دماهای مختلف نیز متفاوت است. هرچه دمای ماده بیشتر شود؛ سرعت صوت بیشتر می شود. به ازای هر یک درجه گرم شدن هوا، صدا 0.6 متر بر ثانیه سریع تر حرکت می کند. بر این اساس، اگر سرعت صوت در دمای صفر درجه 331 متر بر ثانیه باشد، سرعت صوت در دمای 20 درجه به 343 ((0.6 × 20) + 331) افزایش خواهد یافت.
انعکاس صوت
شاید کمتر کسی باشد که تجربه فریاد زدن در کوه و شنیدن پاسخ فریاد خود را از کوه نداشته باشد. این پدیده را انعکاس صوت گویند. پدیده انعکاس صوت از جهات بسیاری همانند انعکاس نور است.
از یک منبع ارتعاشی ثابت، امواجی در محیط به هر سو فرستاده می شود و از این جهت امواج به صورت کروی در فضا منتشر می شوند و به محض برخورد به مانعی سخت منعکس می شوند. راستای تابش صوت و راستای انعکاس آن از قوانین تابش و انعکاس نور پیروی می کند.
انعکاس صوت در شرایطی که فاصله منبع تولید صوت از مانع حداقل 17 متر باشد به صورت تکرار ظاهر می شود این تکرار صوت را پژواک (Echo) گویند. در ابتدای این بخش مثالی که در زمینه فریاد در کوهستان آمد نمونه ملموسی از پژواک است. به عبارت دیگر، از آنجا که پسماند صوت در گوش انسان پس از شنیدن تا 0.1 ثانیه باقی می ماند لازم است مدت زمان لازم برای طی مسافت منبع صوت تا مانع و بازگشت آن کمتر از 0.1 ثانیه نباشد. اگر فاصله کمتر از 17 متر باشد، اثر صوت تابش و انعکاس از یکدیگر تفکیک نمی شود و فقط صدا کشیده تر به گوش می رسد.
خصوصیت انعکاس صوت کاربرد فراوانی در طراحی جعبه صوتی سازها و همچنین سالن های اجرای موسیقی دارد. چنانچه در ساخت سالن های اجرای موسیقی از خاصیت انعکاس موازی هذلولی ها استفاده کنند، همه شنوندگان می توانند صدای خواننده یا نوازنده را بدون نیاز به تقویت کننده های الکترونیکی بشنوند.
منابع
مقاله علمی و آموزشی «صدا چگونه حرکت می کند؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا کتاب اطلاعات عمومی موسیقی، نوشته ی محمدرضا آزاده فر از نشر نی، منتشر شده در 1394 با شابک 978-964-185-378-7 به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.
