در این نوشتار در مورد انرژی صوتی صحبت می‌کنیم. تصور جهانی بدون صدا تقریباً غیرممکن است. صدا اولین چیزی است که هنگام بیدار شدن از خواب تجربه می‌کنید. صدا روزهای ما را با هیجان و معنا پر می‌کند، وقتی مردم با ما صحبت می‌کنند، وقتی موسیقی گوش می‌دهیم یا وقتی برنامه‌های جالبی را از رادیو و تلویزیون می‌شنویم. صدا ممکن است آخرین چیزی باشد که در شب می‌شنوید وقتی به ضربان قلب خود گوش می‌دهید و به تدریج وارد دنیای بی‌صدای خواب می‌شوید. صدا جذاب است و در این مطلب سعی داریم حقایقی در مورد صدا و انرژی صوتی را بیان کنیم.

انرژی صوتی چیست؟

صدا یا صوت حرکت انرژی از طریق یک ماده مانند هوا یا آب و ناشی از ارتعاشات مولکول‌های ماده است. جامدات، مایعات و گازها صدا را به صورت موج منتقل می‌کنند.

انرژی صوتی چه نوعی از انرژی است؟

انرژی صوتی نوعی انرژی مکانیکی است که با لرزش ماده شروع می‌شود. به عنوان مثال صدای خواننده با ارتعاشات تارهای صوتی او که چین‌هایی از بافت در گلوی او هستند شروع می‌شود. ارتعاشات به ذرات اطراف ماده و سپس از یک ذره به ذره دیگر به صورت امواج منتقل می‌شوند. امواج صوتی می‌توانند از طریق هوا، آب و مواد دیگر عبور کنند اما در خلاء یا فضای خالی نمی‌توانند منتقل شوند.

انرژی صوتی
تصویر ۱: انرژی صوتی که در نتیجه حرکت مولکول‌های ماده ایجاد می‌شود، نوعی انرژی جنبشی است.

انرژی مکانیکی به دو نوع انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی تقسیم می‌شود. چون ارتعاش مولکول‌های ماده که در نتیجه انرژی صوتی به وجود می‌آید نوعی حرکت است، پس انرژی صوتی را نوعی انرژی جنبشی می‌نامیم.

صدا چیست؟

صدا نوعی انرژی است که اجسام هنگام لرزش تولید می‌کنند (به سرعت به جلو و عقب حرکت می‌کنند). اگر به یک طبل ضربه بزنید باعث می‌شوید که پوسته کشیده شده طبل با سرعت بالایی حرکت کند (آنقدر سریع است که معمولاً نمی‌توانید آن را ببینید) و در نتیجه هوای اطراف آن را نیز مجبور به لرزش می‌کنید.

با حرکت هوا انرژی از طبل به تمام جهات منتقل می‌شود. در نهایت حتی هوای داخل گوش‌های شما شروع به ارتعاش می‌کند و این زمانی است که شما شروع به درک درام ارتعاشی به عنوان یک صدا می‌کنید.

به طور خلاصه دو جنبه مختلف برای صدا وجود دارد: یک فرآیند فیزیکی که برای شروع انرژی صوتی تولید می‌کند و آن را از طریق مولکول‌های هوا ارسال می‌کند و یک روند روانشناختی جداگانه که در داخل گوش و مغز ما اتفاق می‌افتد و انرژی صوتی ورودی را به احساساتی که ما به عنوان صدا، گفتار و موسیقی تعبیر می‌کنیم تبدیل می‌کند. در این مطلب تنها به جنبه‌های فیزیکی صدا خواهیم پرداخت.

صدا از برخی جهات مانند نور است، از یک منبع مشخص خارج می‌شود (مانند یک ساز یا ماشین پر سر و صدا) همانطور که نور از خورشید یا لامپ خارج می‌شود. اما تفاوت‌های بسیار مهمی بین نور و صدا نیز وجود دارد. ما می‌دانیم که نور می‌تواند در خلاء نیز حرکت کند زیرا نور خورشید باید از خلاء در فضا عبور کند تا به ما بر روی زمین برسد. با این وجود صدا نمی‌تواند در خلاء حرکت کند و همواره باید وسیله‌ای برای سفر داشته باشد مانند هوا، آب، شیشه یا فلز که به عنوان یک محیط شناخته می‌شوند.

در حقیقت باید گفت نور برای انتقال به محیط مادی نیاز ندارد اما صدا برای انتقال و حرکت نیاز به یک محیط مادی دارد.

آزمایش کلاسیک رابرت بویل برای حرکت امواج صوتی

اولین کسی که فهمید صدا برای انتشار به یک واسط یا محیط احتیاج دارد دانشمند انگلیسی معروف رابرت بویل (1691-1627)، بود. او یک آزمایش کلاسیک انجام داد که احتمالاً شما هم آن را در مدرسه انجام داده‌اید. او در این آزمایش یک ساعت را که در حال زنگ زدن بود درون یک شیشه در بسته قرار داد و در آن را محکم بست به گونه‌ای که هوایی به داخل آن نفوذ نکند. سپس به وسیله یک دستگاه مکش هوای داخل ظرف را تخلیه کرد و متوجه شد با خروج بیشتر هوا صدای ساعت ضعیف و ضعیف‌تر شد.

آزمایش بویل
تصویر ۲: آزمایش بویل
  1. یک زنگ ساعت زنگ دار را درون یک ظرف شیشه‌ای بزرگ قرار دهید که دریچه آن در بالای ظرف قرار دارد، دریچه را ببندید تا هیچ هوایی وارد آن نشود.
  2. در این مرحله به راحتی می‌توانید صدای زنگ ساعت را بشنوید زیرا صدا قبل از اینکه به گوش شما برسد به راحتی از طریق هوا در داخل ظرف و شیشه حرکت می‌کند.
  3. پمپ خلاء را روشن کرده و هوا را از ظرف خارج کنید. با خالی شدن محفظه شیشه‌ای صدای زنگ ساعت ضعیف و ضعیف‌تر می‌شود تا جایی که شما به سختی می‌توانید آن را بشنوید. با وجود هوای کم یا بی هوایی در محفظه، چیزی برای انتقال صدا به گوش شما وجود ندارد.
  4. در حالی که ساعت هنوز در حال زنگ زدن است پمپ را خاموش کنید و دریچه بالای محفظه را باز کنید. همزمان با هجوم هوا به داخل ظرف یکبار دیگر صدای زنگ ساعت را خواهید شنید. چرا؟ زیرا با وجود مولکول‌های هوا در داخل محفظه واسطه‌ای برای انتقال امواج صوتی از ساعت به گوش شما وجود دارد.

انرژی صوتی چگونه حرکت می‌کند؟

انرژی صوتی به شکل موج منتقل می‌شود. وقتی صدای زنگ ساعت را می‌شنوید در حقیقت در حال گوش دادن به انرژی هستید که در حال حرکت است. این انرژی از جایی در داخل ساعت شروع به حرکت می‌کند، از طریق هوا حرکت خود را ادامه می‌دهد و مدتی بعد به گوش شما می‌رسد. این موضوع کمی شبیه امواجی است که در دریا حرکت می‌کنند آن‌ها نیز از جایی شروع می‌شوند که باد بر روی آب می‌وزد (منبع اصلی انرژی مانند زنگ ساعت زنگ دار). بدین ترتیب باد از سطح اقیانوس عبور می‌کند (این واسطه‌ای است که به امواج اجازه می‌دهد تا حرکت کنند) و در نهایت در ساحل امواج و حرکت آن‌ها را می‌بینید (شبیه صداهایی که به گوش شما می‌رسند).

یک تفاوت بسیار مهم بین امواج ناصافی که روی دریا هستند و امواج صوتی که به گوش ما می‌رسند وجود دارد. امواج دریا به صورت ارتعاشات به سمت بالا و پایین حرکت می‌کنند، یعنی هنگامی که انرژی در موج به جلو حرکت می‌کند آب به سمت بالا و پایین حرکت می‌کند (بدون اینکه واقعاً به جایی منتقل شود). به امواجی از این دست امواج عرضی گفته می‌شود. این اصطلاح تنها به معنای ارتعاش آب در زاویه قائم نسبت به جهت حرکت موج است.

مقایسه امواج صوتی و امواج آب
تصویر ۳: مقایسه حرکت امواج صوتی و امواج آب

امواج صوتی کاملاً متفاوت عمل می‌کنند. وقتی موج صوتی به سمت جلو حرکت می‌کند باعث می‌شود که مولکول‌های هوا در بعضی نقاط به هم فشرده و در جاهایی دیگر از هم دور شوند. این ویژگی یک الگوی متناوب از امواجی که در هم فشرده می‌شوند (معروف به فشرده سازی) و نواحی کشیده (که به عنوان نواحی جدا شناخته می‌شود) ایجاد می‌کند.

به عبارت دیگر صدا هوا را هل می‌دهد و به جلو و عقب می‌کشد در حالی که آب آن را بالا و پایین می‌کند. امواج آب انرژی را روی سطح آب دریا تکان می‌دهد، در حالی که امواج صوتی انرژی را از هوا به بدن می‌ریزند.

امواج صوتی امواج فشرده‌ای هستند و به آن‌ها امواج طولی نیز گفته می‌شود زیرا هوا در همان جهتی که موج حرکت می‌کند ارتعاش دارد.

برای اینکه تفاوت بین امواج عرضی و طولی را به خوبی درک کنید، دو تصویر زیر را نگاه کنید. در تصویر اول امواج عرضی را می‌بینید که نحوه حرکت امواج نور و آب است و در تصویر دوم امواج طولی را می‌بینید که نحوه حرکت صوت است.

نحوه انتشار امواج آب و نور
تصویر ۴: نحوه انتشار امواج آب و نور یا امواج عرضی
نحوه انتشار امواج صوتی
تصویر ۵: نحوه انتشار امواج صوتی یا امواج طولی

برای آشنایی بیشتر با مفهوم امواج در فیزیک، می‌توانید فیلم آموزش فیزیک پایه ۳ را که توسط فرادرس ارائه شده است مشاهده کنید. لینک این آموزش در ادامه آورده شده است.

انرژی صوتی چگونه تولید می‌شود؟

انرژی صوتی هنگامی تولید می‌شود که نیرویی باعث لرزش جسم یا ماده شود. سپس انرژی از طریق ماده در امواج منتقل می‌شود که امواج صوتی نامیده می‌شود.

انرژی صوتی و علم امواج صوتی

اگر تا به حال تصمیم گرفته باشید مدت زمانی را در ساحل سپری کنید و حرکت امواج را نگاه کنید قطعاً متوجه رفتارهای متفاوت این امواج شده‌اید. متوجه شده‌اید که امواج در حال حرکت روی آب می‌توانند کارهای متفاوتی انجام دهند به عنوان مثال با یک دیوار برخورد کنند و با شدتی کمتر یا بیشتر در جهت مخالف ادامه مسیر دهند. آن‌ها همچنین می‌توانند با ارتفاع و بلندی‌های متفاوت به سمت ساحل بیایند و در نهایت در آنجا آرام بگیرند.

آنچه در اینجا و در حرکت امواج آب اتفاق می‌افتد در واقع هیچ ارتباطی با آب ندارد. این صرفاً نحوه رفتار انرژی هنگام حمل توسط امواج است. موارد مشابه با انواع دیگر امواج که حاوی نور و صدا هستند نیز رخ می‌دهد.

شما می‌توانید موج صوتی را به همان روشی که نور از آینه منعکس می‌شود یا امواج آب با برخورد به دیواره سد معکوس شده و دوباره به جریان آب بر می‌گردند، معکوس کنید.

برای این کار از فاصله کمی از یک دیوار مسطح بایستید و کف دستان خود را به هم بزنید تقریباً بلافاصله یا با فاصله‌ای اندک تکراری شبیه به صدای دست زدن خود را خواهید شنید.

چیزی که می‌شنوید انعکاس صدای دست زدن شما است که به عنوان پژواک شناخته می‌شود. در حقیقت در طول این فرآیند انرژی صوتی از کف دست شما به سمت دیوار حرکت می‌کند با دیوار برخورد کرده و به عقب باز می‌گردد و در نهایت وارد گوش می‌شود.

همچنین تاخیری بین صدا و اکو وجود دارد زیرا طول می‌کشد تا صدا به دیواره برخورد کند و به عقب بازگردد. هرچه فاصله شما با دیوار بیشتر باشد تأخیر نیز بیشتر خواهد بود.

انعکاس صدا ویژگی است که در «سونار» (Sonar) از آن استفاده می‌شود. سونار تکنیکی برای تشخیص و تعیین فاصله و جهت اجسام زیر آب با استفاده از امواج صوتی است. امواج صوتی ساطع شده یا منعکس شده از جسم توسط دستگاه سونار شناسایی شده و اطلاعات موجود در آن‌ها تجزیه و تحلیل می‌شوند.

سونار
تصویر ۶: انرژی صوتی و استفاده از صدای منعکس شده برای دیدن زیر آب که در آن نور واقعاً حرکت نمی‌کند بسیار مفید است. این ایده اصلی سونار است، در اینجا یک تصویر سونار اسکن جانبی (صدای منعکس شده) از یک قایق جنگ جهانی دوم که در بستر دریا خراب شده است وجود دارد.

امواج صوتی هنگام حرکت انرژی خود را از دست می‌دهند. به همین دلیل است که ما صداها را تا یک فاصله معین می‌شنویم و یا اینکه در روزهای طوفانی وقتی باد خلاف جهت حرکت امواج صوتی می‌وزد صدای کمتری به گوش ما می‌رسد. در اقیانوس‌ها نیز همین اتفاق می‌افتد امواج آب گاهی اوقات می‌توانند مسافت زیادی را در اطراف اقیانوس طی کنند اما جهت وزش باد در خلاف جهت حرکت امواج می‌تواند سبب شود تا این امواج مسافت بسیار کوتاهی را طی کنند.

امواج صوتی از جهات دیگر نیز مانند امواج نور و آب هستند. هنگامی که امواج آب در مسافت‌های طولانی از یک طرف تا طرف دیگر انتشار می‌یابند به صورت امواج دایره‌ای منتشر می‌شوند. امواج صوتی نیز دقیقاً به همین روال رفتار می‌کنند و به همین دلیل است که می‌توانیم در گوشه‌ها نیز صدا را بشنویم.

تصور کنید که در یک اتاق در یک راهرو نشسته‌اید و خیلی بالاتر از راهرو یک اتاق وجود دارد که در آن شخصی در حال تمرین شیپور است. امواج صوتی از شیپور خارج می‌شوند و در فضا پخش می‌شوند. این امواج در دالان و راهرو منتشر می‌شوند و از یکدیگر پیشی می‌گیرند، از درگاه اتاق شما رد می‌شوند و در نهایت به گوش شما می‌رسند.

خم شدن و تمایل امواج صوتی به حرکت و انتشار در رسیدن به گوش شما را پراش امواج صوتی می‌نامند.

اندازه‌گیری امواج صوتی

تمام امواج صوتی یکسان هستند آن‌ها با ایجاد لرزش به جلو و عقب در اتم‌ها یا مولکول‌ها از یک محیط عبور می‌کنند. اما همه امواج صوتی متفاوت نیز هستند. صداهای بلند و صداهای آرام، صداهایی با گام بلند و صداهایی با گام کوتاه و حتی دو ساز که دقیقاً یک نت موسیقی را می‌نوازند امواج صوتی کاملاً متفاوتی تولید می‌کنند. اما سوال این است که چه فرآیندی در حال رخ دادن است؟

انرژی چیزی که هنگام لرزش ایجاد می‌شود امواج صوتی تولید می‌کند که الگوی مشخصی دارند. هر موج می‌تواند بزرگ یا کوچک باشد، امواج صوتی بزرگ دارای مشخصه‌ای هستند که دامنه یا شدت نامیده می‌شود و ما آن‌ها را به صورت صداهای بلندتر می‌شنویم. صداهای بلند معادل امواج بزرگتر است که بر فراز دریا حرکت می‌کنند با این تفاوت که هوا به عقب و جلو حرکت می‌کند و مانند آب به بالا و پایین نمی‌رود.

جدا از دامنه نکته دیگری که در مورد امواج صوتی باید به آن توجه داشت گام امواج است که فرکانس موج نیز نامیده می‌شود. خوانندگان سوپرانو امواج صوتی با شدت بالا تولید می‌کنند در حالی که خوانندگان باس امواج صوتی با شدت بسیار پایین را ایجاد می‌کنند.

به سادگی می‌توان گفت فرکانس تعداد امواجی است که در یک ثانیه تولید می‌شود. بنابراین یک خواننده سوپرانو در یک ثانیه نسبت به یک خواننده باس انرژی بیشتری تولید می‌کند و ویولن بیش از یک کنترباس امواج انرژی تولید می‌کند.

درک دامنه و فرکانس

شکل زیر چهار موج را نشان می‌دهد که به نظر متفاوت هستند. موج بالایی که با شماره (۱) نمایش داده شده است نشان دهنده یک موج صوتی معمولی است که در دامنه (ارتفاع) و فرکانس مشخصی در حال نوسان است (تعداد قله‌ها و فرورفتگی‌ها در یک زمان مشخص). صدای این موج را می‌توانید در ادامه گوش دهید:

چهار موج با دامنه و فرکانس متفاوت
تصویر ۷: انرژی صوتی و چهار موج با دامنه و فرکانس متفاوت

موج دوم که در شکل با شماره (۲) نمایش داده شده است دارای همان فرکانس موج اول است (همان تعداد قله و فرورفتگی) اما دامنه دو برابر شده است. موج صوتی در این حالت صدای بلندتری از موج اول دارد اما صدای بم آن همانند موج اول است.

موج سوم که در شکل با شماره (۳) نمایش داده شده است نیمی از فرکانس موج دوم را دارد (نیمی از تعداد قله‌ها و فرورفتگی‌ها) اما دامنه این دو موج یکسان است (ارتفاع آن‌ها دقیقاً یکسان است). موج صوتی به این شکل نسبت به موج دوم عمیق‌تر (صدای زیرتر یا با بم کمتر) است. از لحاظ بلندی، صدا مانند موج دوم است و بلندتر از موج اول به نظر می‌رسد.

فرکانس موج چهارم که در شکل با شماره (۴) نمایش داده شده است دو برابر فرکانس امواج 1 و 2 و چهار برابر فرکانس موج 3 است، بنابراین به نظر می‌رسد در تعداد گام بسیار بالاتر از موج‌های دیگر باشد. دامنه این موج همانند امواج 2 و 3 است بنابراین صدای این موج به همان اندازه امواج ۲ و ۳ بلند است.

به یاد داشته باشید که امواج صوتی هنگام حرکت به این شکل نیستند. این الگوهای بالا و پایین همان چیزی است که در صورت مطالعه سیگنال‌های موج صدا با اسیلوسکوپ مشاهده خواهید کرد. امواج صوتی به صورت فشرده‌سازی یا دور کردن مولکول‌های هوا در مسیر حرکت می‌کنند. آن‌ها فقط روی ردیاب‌های اسیلوسکوپ به این شکل هستند.

چرا صدای سازها متفاوت به نظر می‌رسند؟

یک سوال در اینجا به صورت یک معما باقی مانده است که اگر ویولن و پیانو امواج صوتی را با دامنه و فرکانس یکسانی ایجاد می‌کنند پس چگونه صدای آن‌ها بسیار متفاوت است؟ اگر امواج یکسان هستند چرا صدای دو ساز دقیقاً یکسان نیست؟

پاسخ این است که امواج یکسان نیستند! یک ساز یا یک صدای انسان همزمان مخلوطی از امواج مختلف را تولید می‌کند. در حقیقت یک موج اساسی با دامنه و گام مشخص وجود دارد که بنیادین نامیده می‌شود و علاوه بر این امواج زیادی با صدای بم به نام هارمونیک یا نت هم‌ساز وجود دارند.

هر هارمونیک دارای یک فرکانس است که دقیقاً دو، سه، چهار یا هر چند برابر بیشتر از موج بنیادین است. هر دستگاه ساز الگویی منحصر به فرد از یک فرکانس اساسی و هارمونیک‌ها به نام تیمبر (طنین یا کیفیت صدا) تولید می‌کند.

همه این امواج با هم جمع می‌شوند تا شکلی منحصر به فرد به موج صوتی تولید شده توسط سازهای مختلف بدهند و این یکی از دلایل متفاوت بودن صدای این دستگاه‌ها است.

دلیل دیگر تفاوت این است که دامنه امواج ساخته شده توسط یک ابزار خاص به طور منحصر به فرد و با گذر زمان تغییر می‌کند. صداهای مربوط به فلوت ناگهانی هستند و به سرعت می‌میرند، در حالی که صدا در پیانو بیشتر طول می‌کشد تا ساخته شود و همچنین با سرعت کمتری از بین می‌رود.

سرعت صدا یا سرعت صوت

وقتی از سرعت صدا یا صوت صحبت می‌کنیم منظور دقیقاً چیست؟ در حال حاضر می‌دانیم که صدا انرژی را به صورت الگویی از امواج حمل می‌کند. بدین ترتیب سرعت صدا به معنای سرعت حرکت امواج یعنی سرعت حرکت انرژی بین دو مکان است. برای مثال وقتی می‌گوییم که یک هواپیمای جت از مانع صوتی عبور کرده است، منظور ما این است که آن قدر سریع شتاب می‌گیرد که از امواج صوتی فوق العاده با شدت بالا و پر سر و صدا که موتورهایش ایجاد می‌کنند پیشی می‌گیرد و صدای مهیبی به نام انفجار صوتی را در روند خود ایجاد می‌کند.

به همین دلیل است که شما هواپیمای جت را یک یا دو ثانیه زودتر از اینکه صدای موتورهایش را بشنوید می‌بینید. در حقیقت این جت، مافوق سرعت صوت حرکت می‌کند.

سرعت صدا در هوا (در سطح دریا) حدود 1220 کیلومتر در ساعت (760 مایل در ساعت یا 340 متر در ثانیه) است. در مقایسه با امواج نوری امواج صوتی با سرعت یک حلزون حرکت می‌کنند و حدود یک میلیون برابر کندتر هستند. رعد و برق را خیلی زودتر از شنیدن صدای آن می‌بینید زیرا امواج نوری بلافاصله به شما می‌رسند در حالی که امواج صوتی برای طی هر 1٫6 کیلومتر (1 مایل) حدود 5 ثانیه زمان نیاز دارند.

سرعت صوت در محیط‌های مختلف چگونه است؟

سرعت صدا یا صوت به محیطی که در آن انتشار می‌یابد بستگی دارد و این سرعت به بلندی یا کوتاه بودن صدا یا زیر و بم بودن آن بستگی ندارد. همچنین باید گفت سرعت صوت در محیط‌های یکسان ثابت است. با تغییر مدیوم یا محیط انتشار صوت، سرعت آن نیز تغییر می‌کند.

صوت در هوا با سرعت کمتری منتقل می‌شود. در حالی که این سرعت در آب بیشتر است و در جامدات بسیار سریعتر منتقل می‌شود.

سرعت صوت در مواد مختلف
تصویر ۸: انرژی صوتی و مقایسه سرعت صوت در محیط‌های مختلف

روابط ریاضی انرژی صوتی

شدت صوت برابر با توان در واحد سطح است که توسط یک موج حمل می‌شود. توان در حقیقت سرعت انتقال انرژی توسط موج است و داریم:

$$\large I=\frac{P}{A}$$

واحد شدت صدا برابر با وات بر متر مربع است. برای اندازه‌گیری سطح شدت صدا، باید مقدار شدت صدای داده شده را با مقدار شدت استاندارد مقایسه کنید. رابطه مرتبه شدت صدا توسط رابطه زیر داده می‌شود:

$$\large I_{L} = 10 log_{10}\frac{I}{I_{0}}$$

که در رابطه بالا $$I$$ شدت صدا و $$I_{0}$$ شدت صدای مرجع یا آستانه شنوایی انسان و برابر با $$1\times 10^{-12}$$ دسی بل است. واحد شدت صدا یا صوت بر حسب دسی بل (dB) معرفی می‌شود. در لیست زیر چند نقطه مختلف برای مرتبه شدت صدا آورده شده است:

شدت صدا بر حسب دسی بل شدت صدا بر حسب ($$\frac{W}{m^2}$$) تجربه روزمره
۰ $$1\times 10^{-12}$$ آستانه شنوایی انسان
10 $$1\times 10^{-11}$$ صدای خش خش برگ‌ها
60 $$1\times 10^{-6}$$ مکالمه عادی
100 $$1\times 10^{-2}$$ صدای آژیر بلند
160 $$1\times 10^{4}$$ پرده‌های گوش شما از بین رفته است.

تبدیل واحد دسی بل به وات بر مترمربع

فرض کنید شدت صوت داده شده به شما برابر با $$2.4 \times 10^{-7}$$ وات بر مترمربع است و می‌خواهید بدانید این صوت چند برابر شدت صوت آستانه و چند دسی بل است. بدین منظور با استفاده از رابطه مرتبه شدت صوت داریم:

$$\large I_{L} = 10 log_{10}\frac{I}{I_{0}}$$

$$\large I_{L} = 10 log_{10}\frac{2.4\times10^{-7}\frac{W}{m^2}}{1\times10^{-12}\frac{W}{m^2}}=10\times \log{240000}=10\times5.38=53.8\ dB$$

به صورت عکس فرض کنید که مرتبه شدت صدای داده شده به ما 87 دسی بل است و می‌خواهیم بدانیم که شدت این صوت چند وات بر مترمربع است. بدین منظور به صورت زیر عمل می‌کنیم:

$$\large I_{L} = 10 log_{10}\frac{I}{I_{0}}$$

$$\large 87 = 10\ log_{10}\frac{I}{1\times10^{-12}\frac{W}{m^2}}$$
$$\Rightarrow 8.7=log \frac{I}{I_0}\rightarrow 10^{8.7}=10^{log\frac{I}{I_0}}\rightarrow10^{8.7}=\frac{I}{I_0}$$
$$\rightarrow I=10^{8.7} \times 1\times10^{-12}=5.01 \times 10^{-4}\ \frac{W}{m^2}$$

چه وسیله‌ای انرژی صوتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند؟

مبدل الکترومکانیکی هر دستگاه یا ابزاری است که انرژی الکتریکی را به انرژی صوتی (مانند بلندگو) یا انرژی صوتی را به انرژی الکتریکی (مانند میکروفن) تبدیل می‌کند. بسیاری از مبدل‌های مورد استفاده در زندگی روزمره در هر دو جهت کار می‌کنند مانند اسپیکرهای تلفن‌ها که هم صدا را برای شما پخش می‌کنند و هم انرژی صوتی شما را مخابره می‌کنند.

تبدیل انرژی جنبشی به انرژی صوتی یا بالعکس

اگر دستان خودتان را زمانی که در حال حرف زدن هستید روی گلوی خود قرار دهید می‌توانید حرکت اجزای گلوی خود را لمس کنید یا اگر دستان خود را در مقابل بلندگویی که در حال پخش موسیقی با صدی بلند است قرار دهید احساس قلقلک یا لرزش را در کف دستان خود لمس می‌کنید.

به صورت عکس وقتی انگشتان دست‌تان را روی پیانو با هر سطحی از مهارت حرکت دهید، با فشردن کلید‌های پیانو تولید صوت یا صدا می‌کنید. پای خود را محکم رو زمین بزنید یا دستان خود را بهم بزنید، نتیجه این فعالیت تبدیل انرژی جنبشی به انرژی صوتی است.

فیلم آموزش فیزیک پایه ۳

آموزش فیزیک پایه ۳

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش فیزیک پایه ۳ کرده است. این مجموعه آموزشی مباحث فیزیک پایه ۳ را پوشش می‌دهد.

در این مجموعه ابتدا به آموزش امواج پرداخته می‌شود که شامل معرفی انواع امواج، موج‌های عرضی و طولی، معادله موج، اموج صوتی و اثر دوپلر است. در درس دوم این مجموعه دما، گرما و قانون اول ترمودینامیک آموزش داده می‌شود. درس سوم این مجموعه به مبحث نظریه جنبشی گازها اختصاص دارد. درس چهارم این مجموعه آموزشی به آشنایی با آنتروپی و قانون دوم ترمودینامیک اختصاص داده شده است. در درس پنجم در مورد تصاویر و آینه‌ها خواهید آموخت. در درس ششم تداخل و مباحث مرتبط با آن بررسی می‌شود و در درس هفتم و آخر این مجموعه در مورد پراش بحث خواهیم کرد.

این آموزش مناسب برای دانشجویان رشته فیزیک است. پیش نیاز این مجموعه آموزش فیزیک پایه ۱، آموزش فیزیک الکتریسیته، آمار و احتمالات و آموزش ریاضیات عمومی ۱ است.

جمع بندی

در این مطلب انرژی صوتی و نحوه انتقال این انرژی را توضیح دادیم. همچنین نشان دادیم انرژی صوتی توسط امواج صوتی منتقل می‌شوند. در ادامه امواج صوتی و ویژگی‌های آن را بیان کردیم و پارامترهای مهم امواج صوتی را معرفی کردیم. همچنین روابط حاکم بر امواج صوتی را معرفی کرده و مورد بررسی قرار دادیم.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

«سارا داستان»، دکتری فیزیک نظری از دانشگاه گیلان دارد. او به فیزیک بسیار علاقه‌مند است و در زمینه‌ متون فیزیک در مجله فرادرس می‌نویسد.

بر اساس رای 1 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

یک نظر ثبت شده در “انرژی صوتی چیست ؟ — به زبان ساده

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *