ماهیت امواج صوتی

آموزش 1

صدا یا صوت از انواع انرژی است که از تحرک ذرات به‌ وجود می‌آید.
صدا یک نوع انرژی ارتعاشی‌ست که توسط حس شنوایی انسان درک می‌شود. ما معمولاً اصواتی را که در هوا حرکت می‌کنند می‌شنویم، ولی صدا می‌تواند در گاز، مایع، و حتی جامدات نیز حرکت کند.

سرعت صوت در جامدات، به دلیل تراکم زیادِ مولکول‌ها، بیشتر از مایعات، و در مایعات نیز بیشتر از گازها است. صوت، بر خلاف امواج دیگر مانند نور و گرما، فقط در محیطی نشر می‌یابد که ماده وجود داشته باشد، و این بدین معناست که اگر بر سطح ماه که خلاء است و ماده ای وجود ندارد انفجاری رخ دهد، صدای آن شنیده نخواهد شد.

واحد اندازه گیری شدت صوت دسی بل است.

محدودهٔ شنوایی انسان بین ۲۰ هرتز (20hz) تا ۲۰٬۰۰۰ هرتز (20khz) است.
که حساس ترین محدوده این بازه از ۲۰۰۰ هرتز تا ۵۰۰۰ هرتز است.

از لحاظ فیزیکی، صدا ارتعاش مکانیکی یک محیط گازی، مایع یا جامد است.

انتشار صوت در هوا زمانی اتفاق می‌افتد که یک منبع صدا، تحت تأثیر ارتعاشی مکانیکی باعث می‌شود مولکول‌های هوای چسبیده به سطح آن در اطراف موقعیت خود نوسان کنند.

در یک موج صوت در هوا ذرات در همان جهت انتشار جبهه موج نوسان خواهند داشت زیرا امواج طولی است.

موج طولی : ارتعاش ذرات با جهت حرکت موج هم راستا است.

صوت در جامدات به صورت موج عرضی جا به جا می شود.

امواج عرضی : راستای ارتعاش ذرات بر جهت حرکت موج عمود است.

توجه داشته باشید که ذرات محیط با موج صوتی حرکت نمی‌کنند و فقط در محل خود نوسان می‌نمایند.
این امر به وضوح برای جامدات دیده می‌شود پس از انتقال صوت ماده جامد حرکتی نکرده است و همین مسئله برای مایعات و گازها نیز صادق است.

ویژگی های اثر گذار محیط بر صوت :

رابطه بین چگالی و فشار. این رابطه، سرعت صدا را تحت تأثیر دما در محیط تعیین می‌کند.

حرکت خود محیط، مانند باد. مستقل از حرکت صدا از طریق محیط، اگر محیط به نوبهٔ خود در حال حرکت است، صدا بیشتر منتقل می‌گردد.

این دو ویژگی ارتباط مستقیم با صدا در هیأت و دسته دارد زیرا در محیط هیأت تغییر دما (تغییر چگالی همچنین تغییر سرعت) وجود دارد و در دسته که در محیط باز است باد وجود دارد که اگر هم راستا با جهت انتشار باشد کمک به انتقال بهتر صوت می کند اما اگر در خلاف جهت باشد مانع انتشار صحیح صوت می شود

هنگامی که صدا در یک محیطی که خواص فیزیکی ثابت ندارد حرکت می‌کند، ممکن است شکسته شود (پراکنده یا متمرکز شود).

علمی : بسامد تعداد دور تناوبی که موج صوت در واحد زمان یعنی ثانیه طی می کند است و واحد آن هرتز می باشد.

دوره تناوب : امواج چرخه های متوالی تکرار شونده هستند که به هر کدام آنها یک دور تناوب می گویند.

به بیان دیگر زمانی که مس گویند فرکانس ۲۰۰۰ هرتز به موجی از امواج صدا اشاره می کنند که در هر ثانیه ۲۰۰۰ بار دور تناوب خود را طی می کند و منتشر می شود.

سرعت انتشار صوت بستگی به نوع، دما و فشار محیطی که صوت در آن منتشر می‌شود دارد. در شرایط طبیعی از آنجایی که هوا تقریباً به صورت یک گاز کامل رفتار می‌کند سرعت صوت وابسته به فشار هوا نخواهد بود.

در هوای خشک در دمای ۲۰ درجهٔ سانتیگراد سرعت صوت حدوداً ۳۴۳ متر در ثانیه یعنی حدوداً یک متر در هر ۳ هزارم ثانیه است.

همان طور که شاهد هستید دما و رطوبت و جنس گاز محیط در سرعت صوت تاثیر دارد

تصویر بالا موج عرضی :
جهت نوسان بر جهت انتشار عمود است