شدة الصوت

فيزياء الصوت و الحركة الموجية

المرحلة الثانية علوم عامة – فيزياء د- محمد هادي ألشمري
Uالمحاضرة الثانية عشر :-
شدة الصوت
هي كمية الطاقة الصوتية المارة خلال وحدة المسافة في الثانية الواحدة و يجب أن تكون المساحة عمودية على خط انتشار الموجة و تقاس بوحدات ألواط / م2

عتبة السمع
هي اقل شدة للصوت المسموع و التي تقدر شدتها ب 10-12 W / m2

العوامل المؤثرة على شدة الصوت في وسط معين

1- بعد النقطة عن المصدر ( عكسيا ).
2- سعة الاهتزاز ( طردي مع مربع سعة الاهتزاز ).
3- المساحة السطحية ( تزداد شدة الصوت بزيادة المساحة السطحية ).


درجة الصوت
هي حدة نغمة الصوت أو خاصية الصوت التي تعتمد كليا على التردد و لا تعتمد على علو الصوت أو نوعه . فصوت النساء و الأطفال ذو درجة عالية لان تردده عالي أما صوت الرجال فذو درجة واطئه لان تردده واطئ و كذلك الوتر المشدود من طرفين و بحالة أرخاء سوف يعطي عند ضربة صوت ذو درجة واطئة لأنة يهتز بتردد قليل أما في حالة زيادة الشدة سوف نحصل على صوت ذو درجة عالية لاهتزاز في هذه الحالة بتردد عالي.


درجة الصوت
هي الخاصية التي تمكننا من التمييز بين صوتين لهما نفس العلو و درجة الصوت و لأكنهما صادرين من مصدرين مختلفين.


العلو
يتوقف العلو على شدة الصوت . و هو الإحساس الذي يتوقف على شدة الصوت المسموع حيث يعتبر العلو حالة فسلجية و ليس فيزيائية و يتوقف على السامع نفسه. و يتعذر قياسه بدقة بأي جهاز.
أن علو الصوت يعتمد على شدة الصوت و حساسية الأذن بينما شدة الصوت تعتمد على عدة عوامل أهمها:-
1- سعة الاهتزاز :- حيث ان شدة الصوت الناتج من مصدر صوتي تتناسب طرديا مع مربع سعة الاهتزاز.
2- المساحة السطحية للسطح المهتز:- حيث أن شدة الصوت الناتج من مصدر مهتز تتناسب طرديا مع مساحة السطح المهتز.
3- المسافة بين المصدر و المستلم :- حيث أن شدة الصوت تتناسب عكسيا مع مربع المسافة الفاصلة بين المصدر و نقطة الاستلام.




ظاهرة دوبلر
هي ظاهرة اختلاف تردد الصوت المسموع عن تردد المصدر بين تغير أو حركته نسبتا إلى كل من ( مصدر الموجة الصوتية و الوسط الناقل للموجة و المستقبل الذي يستلم الموجة )
و سنحاول أيجاد الصيغة العامة التي تحدد مقدار هذا التأثير في الصوت

1- أذا كان المصدر و الوسط و السامع في حالة سكون و نفرض أن المصدر صغير جدا و يهتز بتردد ثابت و يبعث موجات كروية كما في الشكل أدناه شكل 1











لما كان الوسط الناقل للموجة الصوتية ( الهواء عادة ) متجانس و ساكن فان الموجات المنبعثة من المصدر تنتقل بسرعة واحدة في جميع الاتجاهات ففي كل حالة تتولد موجة ذات جبهة كروية يطابق مركزها موضع المصدر ذاته و بتكرار الاهتزاز تتولد موجات كروية متتالية تفصلها مسافات متساوية و ذات مركز مشترك و في هذه الحالة فان السامع A يستلم موجات صوتية بتردد يساوي التردد الحقيقي للمصدر S و كذلك السامع B يستلم موجات صوتية بتردد يساوي التردد الحقيقي للمصدر S . أي باختصار أن تردد الصوت المسموع يساوي التردد الحقيقي للمصدر و بالتالي لا يوجد لتأثير دوبلر في هذه الحالة.


2- أذا كان المصدر و الوسط و السامع في حالة سكون و نفرض أن المصدر يتحرك بسرعة منتظمة Vs كما في الشكل أدناه شكل 2





يمكن تفسير الشكل 2 على النحو التالي , عندما يكون المصدر في لحظة ما في الموقع 1 فأنة يبث موجة ذات جبهة كروية هي الجبهة 1 و في اللحظة التالية بعد أن يتحرك المصدر إلى الموضع الجديد 2 فأنة يبث موجة هي الجبهة 2 و هكذا تتولد جبهات كروية متعاقبة و كل جبهة موجة هي عبارة عن كره مركزها موضع المصدر الصوتي في لحظة انبعاث الموجة.
و لما كان المصدر يتحرك نحو اليمين كذلك تتحرك مراكز الجبهات الكروية المتتالية التي يولدها المصدر, و هكذا يظهران جبهات موجية المتحركة نحو اليمين تتقارب من بعضها بينما جبهات الموجة المتقدمة نحو اليسار تتباعد عن بعضها و بذلك فان السامع A الذي يقترب منة المصدر S يستلم موجات بتردد أعلى من التردد الحقيقي للمصدر بينما السامع B الذي يبتعد عن المصدر S يستلم موجات بتردد اقل من التردد الحقيقي للمصدر.
و لإيجاد العلاقة الكمية لتأثير دوبلر يجب أن نأخذ بالاعتبار جميع الحركات حركة المصدر و حركة الوسط و حركة المستقبل, و لسهولة الاشتقاق فقط سنفرض أن جميع هذه الحركات منتظمة و في اتجاه واحد و تقع على امتداد خط مشترك موازيا للمحور السيني كما في الشكل 3