ماهي وحدة قياس الصوت

ماهي وحدة قياس الصوت التي يتم استخدامها من قبل العلماء، هي أحد المسائل المهمة التي عمل على حلها العلماء الفيزيائيين في كل العصور، وذلك لأهميتها في مواقع التواجد والعيش للإنسان، مثل إدارة الضوضاء والضجيج في المدن وغيرها من المناطق الآهلة بالسكان، وفي مقالنا هذا عبر موقع المرجع، سوف نتعرف على ما الصوت ووحدات قياسه المختلفة، كما سنتعرف على خصائصه والعوامل المؤثرة في شدة الصوت ومقياس هذه الشدة وأنواع الموجات الصوتية.

الصوت

يعرّف الصوت بصيغته البسيطة، على أنه عبارة عن مجموعة الأصوات التي يقوم الكائن الحي بتلقيها عبر الأذن، وهي أحد الحواس الخمس التي نمتلكها كبشر، أو أحد الحواس الستة التي تمتلكها الحيوانات، حيث ينتج عن الصوت رد فعل يتوافق مع ما سمعه الكائن الحي، فمثلاً، عند اقتراب المفترسات من قطيع غزلان، تقوم الحيوانات التي رأت الخطر الداهم، بإصدار أصوات لتَنبيه بقية القطيع والهرب، وتسمى هذه أصوات الخطابة، والبشر يستخدمون الخطابة من خلال الكلام، وتشمل الأصوات مجموعة واسعة منها، مثل أجهزة الإنذار أو قرع الطبول والآلات الموسيقية والأجهزة والكثير غيرها، أما الصوت في علم الفيزياء، فهو الصوت الذي ينشأ عندما يهتز شيء، ما ويرسل موجات من الطاقة أو الاهتزازات إلى آذاننا، وكلما كانت الاهتزازات أقوى، كان الصوت أعلى، بينما تصبح الأصوات خافتة، كلما ابتعدنا عن مصدر الصوت.[1]

شاهد أيضًا: اي المواد ينتقل الصوت من خلالها ببطء

ماهي وحدة قياس الصوت

تعتبر وحدة قياس الصوت الرئيسية هي الديسيبل، وتُستخدم هذه الوحدة أساسًا للتعبيرعن نسبة قيمة خاصية مادية إلى أخرى، وتعرف على أنها مقياس وحدة لوغاريتمي، كما يمكن أن يتم استخدام هذه الوحدة للتعبير عن ضغوط مرجعية مختلفة أو شدة الصوت وغيرها، ومع ذلك، يجب ملاحظة أن شدة الصوت المعطاة بوحدة ديسيبل في الهواء، ستكون مختلفة عن ديسيبل في الماء، فوحدَة الديسيبل هي وحدة نسبية مرتبطة بشروط محددة، وقد اتفق العلماء على استخدام 1 ميكرو باسكال كمرجع ضغط للصَوت تحت الماء، في حين وافق العلماء في الهواء على استخدام ضغط مرجعي أعلى، يبلغ 20 ميكرو باسكال للديْسيبل الواحد، وهناك أيضاً وحدات قياس أخرى للصوت، ومن أهمها:[1]

• وحدات الديسيبل: المستخدمة لقياس شدة أو ضغط الصوت، ويتم الإشارة إلى الديسيبل بواسطة dB، وتم تسميته على شرف السير ألكسندر جراهام بيل، وهو مخترع كل من الهاتف ومقياس السمع أيضًا، وكل 1 بيل يساوي 10 ديسيبل.
• وحدات الهرتز: والتي يتم الإشارة بها إلى وحدة الصوت في النظام الدولي للوحدات، أو التردد، بدقة أكبر، ويبدأ سماع التردد من قبلنا عند 20 هيرتز، وعندما تصل فوق 20000 هيرتز، تسمى الموجات فوق الصوتية.
• وحدات الْواط: وهي وحدة مساحة يقاس بها شدة الصوت في في النظام الدولي للوحدات si، وهي واط لكل متر مربع، ويرمز لها ب w/m².
• وحدات باسكال: وهي وحدة ضغط الصوت في النظام الدولي للوحدات، وضغط الصوت، هو الفرق بين الضغط الناتج عن الموجة الصوتية والضغط المحيط للوسط الذي يمر من خلاله. 
• وحدات سون: وهي وحدة جهارة الصوت المُدركة، والتي تساوي جهارة صوت نغمة قيمتها 1000 هرتز عند 40 ديسيبل أعلى من العتبة، بدءًا من صوت واحد.
• الهاتف: وتعرف على أنها وحدة جهارة ذاتية، ويطلق عليها أيضاً اسم فون، وهي مساوية لعدد الشدة بالديسيبل لنغمة 1000 هرتز. 
• الوحدات الأخرى المرتبطة بالوحدات الأساسية: مثل الطول الموجي الذي يعبر عنه بالمتر أو الياردة وغيرها، والمدة التي يعبر عنها بوحدات الزمن مثل الثانية والدقيقة والساعة.

كيفية إنتاج وانتقال الصوت

تبدأ عملية إنتاج الصوت عندما يهتز جسم ما، مما ينتج عنه موجة ضغط، وتتسبب موجة الضغط هذه، بحركة اهتزازية للجسيمات الموجودة في الوسط المحيط، سواء كان وسط هوائي أو مائي أو صلب، وعندما تهتز الجسيمات، تتحرك الجسيمات القريبة، وتنقل الصوت أكثر عبر الوسط، وتكتشف الأذن البشرية الموجات الصوتية، عندما تهتز جزيئات الهواء بأجزاء صغيرة داخل الأذن، ومن نواح كثيرة، تشبه الموجات الصوتية موجات الضوء، فكلاهما ينشأ من مصدر محدد، ويمكن توزيعها أو تشتيتها باستخدام وسائل مختلفة، ولكن على عكس الضوء، لا يمكن أن تنتقل الموجات الصوتية إلا عبر وسيط، مثل الهواء أو الزجاج أو المعدن أو الماء وغيرها.[2]

خصائص الصوت

الخصائص هي الميزات الفيزيائية التي يرتبط بها حدوث الصوت وانتقاله وانتشاره وحجمه وكميته في الوسط الذي ينتشر به، مثل الماء والغاز والهواء والمواد الصلبة وغيرها، ومن أهم هذه الخصائص ما يلي:[2]

• التردد: وهو المعدل الذي تكمل به الموجة الصوتية دورة كاملة، بدءاً من الذروة إلى القاع، والعودة إلى الذروة مرة أخرى، وبصيغة أخرى، يشير التردد في الموجة الصوتية، إلى معدل اهتزاز الصوت الذي ينتقل عبر الهواء.
• السعة: وهي التي تشير إلى حجم الضغط والتوسع الذي يمر به الوسط الذي تنتقل فيه الموجة الصوتية، وتعتبر هذه السعة من قبل آذاننا، هي جهارة الصوت الذي نتلقاه، فمثلاً، السعة العالية تعادل الأصوات العالية.
• السرعة: والمقصود بها هو السرعة التي ينتقل بها الصوت بالضبط، ويعتمد ذلك على عوامل مختلفة، مثل الرطوبة والكثافة ودرجة الحرارة وما إلى ذلك.
• تيمبَر أو طابع الصوت: يتم تعريف Timbre، على أنه إذا كان هناك صوتان مختلفان لهما نفس التردد والسعة، فإنهما بحكم التعريف لهما رنين مختلفين.
• الطول الموجي: الطول الموجي لموجة الصوت، يشار له عادة برسم بياني يقوم بتمثيل تغيرات ضغط الموجات الصوتية، وهو عبارة عن المسافة المادية بين قمتين متتاليتين في الموجة الصوتية.
• المدة: وهي مقدار الوقت الذي تستمر فيه النغمة، ويمكن وصفها بأنها طويلة أو قصيرة أو تستغرق بعض الوقت، وتؤثر مدة النغمة على الجرس وإيقاع الصوت. 
• انعكاس الموجات الصوتية: فعندما تواجه الموجات الصوتية سطحًا صلبًا أو خفيفًا، فإنها ترتد مرة أخرى إلى نفس الوسط، وتخضع الموجات الصوتية لقَوانين الانعكاس مثل موجات الضوء.
• انكسار الموجات الصوتية: ويحدث انكسار الصوت مع تغير كثافة الغلاف الجوي الذي يتحرك فيه، ومع زيادة درجة الحرارة، تقل كثافة الغاز.
• حيود الموجات الصوتية: الموجات الصوتية لديها القدرة على الانحناء عبر الحواجز، فالفَتحة الصغيرة نفسها ستكون بمثابة مصدر صوت محلي إذا كان هناك ثقب صغير في الباب.

أنواع الموجات الصوتية

تنقسم الموجات الصوتية إلى عدة أنواع بناءاً على العواد التي تبني الموجة، مثل حركة جزيئات الوسيط ونوع الوسيط الذي تحدث فيه الموجة وغيرها، ومن أهم هذه الأنواع:[3]

• موجات الصوت الطولية: وهي موجات تكون فيها حركة جزيئات الوسيط موازية لاتجاه نقل الطاقة، مثل الموجات الصوتية في الهواء والسوائل.
• موجات الصوت الميكانيكية: تتطلب وهي موجات تتطلب مدخلات طاقة أولية، وذلك لتنقل الطاقة عبر الوسط لتنتشر، فهي تعتمد بشكل رئيسي على تذبذبات المادة، ومن أمثلتها الكثيرة في الطبيعة، موجات الماء والموجات الزلزالية وغيرها.
• موجات ضغط الصوت: وهي موجة لها نمط منتظم لمناطق الضغط المرتفع والمنخفض، ويعتمد ذلك على انضغاطات وخلخلة الموجات الصوتية، وكمثال عليها، الموجات الصوتية التي تستقبلها الأذن البشرية.
• الموجات الصوتية المستعرضة: تتحرك الموجات المستعرضة بتذبذبات متعامدة مع اتجاه الموجة، وتنتقل بسرعات أبطأ من الموجات الطولية، ولا يمكن إنشاء الموجات الصوتية المستعرضة إلا في المواد الصلبة. 

العوامل المؤثرة في شدة الصوت 

تعرف شدة الصوت بشكل بسيط، على أنها الإدراك الذاتي لضغط الصوت، وهذا الضغط يتأثر بعدة عوامل مختلفة بحيث يكون الصوت منخفض أو مرتفع أو صاخب للغاية وهكذا، ومن أهم هذه العوامل وهي:[3]

• ماهية الوسيط: فالصوت يمكن أن ينتقل عبر الغازات والسوائل والمواد الصلبة، فمثلاً، يتحرك الصوت بسرعة أكبر عبر المواد الصلبة، وذلك لأن جزيئاته متراصة بكثافة معًا، وهذا يتيح للموجات الصوتية نقل الاهتزازات بسرعة من جزيء إلى آخر. 
• الضغط والتخلخل: عندما ينتقل الصوت عبر وسيط، تتسبب طاقته في تحريك الجزيئات، مما يؤدي إلى إنشاء نمط انضغاطي وخلخل متناوب، وهذا يؤثر بشكل مباشر على شدة الصوت.
• الضغط والكثافة: حيث أن تردد الحركة التوافقية البسيطة، يتناسب طرديا مع صلابة وضغط الجسم المتذبذب، وكلما زادت كثافة الوسيط، كانت سرعة الصوت أبطأ، وهذا يؤثر على شدة الصوت وسرعته.
• الضغط والسعة: يتناسب تباين الضغط مع سعة التذبذب، وتتوافق هذه العلاقة مع حقيقة أن الموجة الصوتية تنتج عن بعض الاهتزازات، وكلما زادت سعة ضغطه، زاد ضغط الهواء في الصوت الذي يصدره.
• الانتشار: عندما يهتز جسم ما، فإنه ينتج طاقة حركية تنتقل بواسطة الجزيئات في الوسط على شكل حلقات، تنتشر وتكبر كلما سافرت في الهواء، حيث تمرر طاقتها الحركية إلى الجزيئات القريبة، والقدرة على الانتشار هو ما يؤثر على شدة الصوت.

قانون حساب شدة الصوت

تُعرف كمية الطاقة التي يتم نقلها عبر منطقة معينة من الوسيط لكل وحدة زمنية باسم شدة الموجة الصوتية، وكلما زاد اتساع اهتزازات جسيمات الوسط، زاد معدل نقل الطاقة من خلاله، وزادت حدة الموجة الصوتية، ولذلك، فإن الشدة تساوي الطاقة مقسومة على الوقت والمنطقة أو المساحة، وبما أن نسبة الطاقة مقسومة على الوقت، تعادل كمية الطاقة، فإن الشدة هي ببساطة الطاقة مقسومة على المنطقة أو المساحة، لتصبح المعادلة على الشكل التالي:[4]

• شدة الموجة الصوتية= الطاقة ÷ المساحة

والوحدات النموذجية للتعبير عن شدة الموجة الصوتية هي واط / متر 2، ومع ذلك، يتم تحديد مستويات شدة الصوت بالديسيبل في كثير من الأحيان، أكثر من شدة الصوت بالواط لكل متر مربع، وترتبط أسباب هذا الاختيار للوحدات بكيفية إدراكنا للأصوات، حيث يمكن وصف الطريقة التي تدرك بها آذاننا الصوت، بشكل أكثر دقة من خلال لوغاريتم الشدة الديسبل، بدلاً من الشدة مباشرة التي حددها السير ألكسندر جراهام بيل.

شاهد أيضًا: انعكاس الموجات الصوتية في اتجاه المتكلم يسمى

جهاز مقياس شدة الصوت واستخداماته

هو عبارة عن جهاز يتكون من الميكروفون والمضخم ومستشعر معالجة الإشارات وأداة العرض أو الشاشة، وفي آلية العمل، يقوم الميكروفون بتحويل الإشارة الصوتية إلى إشارة كهربائية مكافئة، وتكون الإشارة الكهربائية الصادرة عن الميكروفون عند مستوى منخفض جدًا، لذلك يتم تقويتها بواسطة المضخم قبل معالجتها بواسطة المعالج الرئيسي، وتتضمن معالجة الإشارات، تطبيق أوزان التردد والوقت على الإشارة على النحو المحدد في المعايير الدولية والتي تتوافق معها عدادات مستوى الصوت، وتُستخدم عدادات مستوى الصوت عادةً، لقياس وإدارة الضوضاء من مجموعة متنوعة من المصادر، بما في ذلك المنشآت الصناعية وحركة الطرق والسكك الحديدية وأعمال البناء، أو المواقف الحضرية النموذجية، مثل الحفلات الموسيقية والأنشطة الترفيهية وما إلى ذلك.[4]

وبهذا القدر نصل إلى نهاية مقالنا الذي كان بعنوان ماهي وحدة قياس الصوت، والذي تعرفنا من خلاله على ما الصوت وأنواع الموجات الصوتية ووحدات قياسها المختلفة، كما تعرفنا على خصائصه والعوامل المؤثرة في شدة الصوت، وما هو قانون قياس الشدة وجهاز مقياسها.