دانلود مقاله موج صوتی

word قابل ویرایش
12 صفحه
9700 تومان
97,000 ریال – خرید و دانلود

موج صوتی

صوت ریشه در کلمه یونانی فون به معنی ارتعاش دارد .
تئوری و نحوه تولید :
وقتی کسی صحبت می کند هوای داخل ششها از میان دو پرده نازک در نای به تمام تارهای صوتی عبور می کند این دو پرده نازک که مرتعش شده و هوا را جبهه جبهه ( کپه کپه )‌به بیرون می فرستد. در هر ثانیه صدها و گاهی اوقات هزاران جبهه هوا ساخته می شود بطوریکه هوا بین گلو و دهان با مکانیزم لوله ها ی صوتی مرتعش می شود این ارتعش تحت تاثیر چگونگی قرار گرفتن زبان ـ دندانها ـ لب و سایر عوامل قرارمی گیرد .این هوای مرتعش باعث تغییرات جزئی در اطراف شخص صحبت کننده می شود که به آن صوت می گوییم .

آزمایش ساده :
یک پر خیلی کوچک را با نخ ابریشمی آویزان کنید و در مقابل دهان خود قراردهید دقت کنید که در موقع صحبت چگونه پر هماهنگ با کلمات مخصوصاً برای کلماتی با تغییرات آوایی بیشتر مانند ‹‹پوپک›› حرکت می کنند .
البته برای تغییرات فشاری بزرک حرکت می کند اغلب تغییرات چنان سریع و پیچیده هستند که پر نمی تواند هماهنگ با آن حرکت نماید .
تعمیم پدیده :
بهترین روش نمایش ارتعاشات با تغییرات سریع استفاده از دستگاه ‹‹ نوسان نما ›› یا اسیلوسکوپ که شبیه یک تلویزیون هست ، می باشد .
آناتومی گوش :

در داخل گوش انسان پرده گوش قراردارد که شبیه یک پوسته پهن در سطح گوش هست این پرده هماهنگ با تغییرات سریع فشار داخل هوا که صوت نام دارد نوسان می کند و یک اندام پیچیده شنوایی در پشت پرده گوشی پیام را به مغز می رساند . و در آنجا تغییر فشار به توسط پرده گوش با انتقال به مغز و تبدیل آن به پالس های الکتریکی در مغز مورد ترجمه و استفاده قرارمی گیرد .
دید کلی
آیا آزمایشهای مربوط به هوا صوت را منتقل می‌کند؟
صوت در آزمایشهای مربوط به هوا با چه سرعتی منتقل می‌شود؟
آیا صوت فقط در محیط آزمایشهای مربوط به هوا می‌تواند منتشر شود؟
از مشاهداتی که در زمانهای قدیم انجام شده و بدست ما رسیده معلوم می‌شود، این مطلب که: «صوت بوسیله هوا از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل می‌گردد»، مورد قبول عموم بوده است. در حقیقت ارسطو اصرار ورزیده است به اینکه حرکت آزمایشهای مربوط به هوا در نقل انتقال صوت مؤثر است، ولی این موضوع مانند سایر مطالبی که در فیزیک بیان نموده با ابهام توأم می‌باشد.

سیر تحولی و رشد
نظر به اینکه در موقع انتقال صوت ، آزمایشهای مربوط به هوا حرکت نمی‌کند، تعجب آور نیست اگر بگوییم که فلاسفه دیگر معاصر ارسطو این عقیده او را تکذیب نمودند و به همین طریق در دوره گالیله ـ فیلسوف فرانسوی موسوم به کاساندی (۱۶۵۵ ـ ۱۵۹۲) جریانی از اجزاء کوچک غیر مرئی بسیار ریز می‌دانست که از جسم صدا دار برخاسته و پس از عبور آزمایشهای مربوط به هوا به گوش رسیده و آنرا متأثر می‌سازد.

اتوفن گریکه (۱۶۸۶ ـ ۱۶۰۲) موضوع اینکه انتقال صوت بواسطه حرکت آزمایشهای مربوط به هوا می‌باشد، با شک زیاد تلقی کرده و می‌گوید: “صدا در محیط آرام یعنی وقتی آزمایشهای مربوط به هوا بدون حرکت می‌باشد، بهتر انتقال پیدا می‌نماید.” به علاوه در اواسط قرن ۱۷ تجربه به صدا در آوردن زنگ در زیر سرپوش خالی از آزمایشهای مربوط به هوا را تکرار کرده و ادعا نمود که با وجود این صدای زنگ را می‌شنود.
دانشمندان انتشار صوت در جامدات و شاره‌ها را بررسی کرده و به نتایجی بهتر رسیده‌اند که کاربردهای آن را در علوم و فنون بیان کرده و امروزه نسبت به کشفیات خود در مورد کاربردی کردن انتشار صوت در کارهای نظامی و غیر نظامی می‌پردازند. البته این موضوع با علم جدید ژئوفیزیک (امواج زلزله Seismological wave) آشکار می‌شود.

انتشار صوت در خلا
صدا در محیط آرام یعنی وقتی محیط بدون حرکت می‌باشد، بهتر انتقال پیدا می‌کند. در سال ۱۶۶۰ رابرت بویل در انگلستان تجربه به صدا درآوردن زنگ زیر سرپوش را مجددا با احتیاط کامل و بـا تـلمبه تخلیه‌ قویتر به عمل آورد و آنچه را که امروز مسلم و معلوم است، (یعنی اینکه شدت صوت زنگ به نسبت عکس غلظت هوای درون سرپوش کم می‌شود) روشن و واضح ساخت. او بطور قطع و مسلم گفت که آزمایشهای مربوط به هوا محیطی است که صوت را انتقال می‌دهد و این خاصیت هم منحصر به آزمایشهای مربوط به هوا نمی‌باشد.

 

سرعت انتشار صوت

در سال ۱۶۳۵ گاساندی در پاریس سرعت صوت را اندازه گرفت و برای اینکار از اسلحه‌های باروتی استفاده نموده ، سرعت مسیر برق انفجار را مساوی بینهایت فرض کرد. عددی که برای سرعت صوت پیدا کرد ۱۶۷۳ فوت پاریسی در ثانیه بود. فوت پاریسی تقریبا معادل با ۳۲٫۴۸۲ سانتیمتر بوده است.
سرعت انتشار صوت در آزمایشهای مربوط به هوا
ظاهرا اولین تجربه اندازه گیری سرعت صوت در هوای آزاد که شامل دقتهای لازم علمی و جدید بود زیر نظر آکادمی علوم پاریس در سال ۱۷۳۸ انجام شده و در آن تجربه توپ بکار رفته است. از اعدادی که در این تجربه بدست آمده سرعت صوت در صفر درجه سانتیگراد برابر ۳۳۲ متر بر ثانیه می‌گردد. تجربه‌های مکرر دقیقی که در بقیه قرن هجدهم و در نیمه اول قرن نوزدهم از این اندازه‌ گیری به عمل آمد، نتایجی داد که با نتیجه فوق در حدود متر بر ثانیه اختلاف داشت. بهترین و جدیدترین عددی که برای سرعت صوت در هوای آرام و در تحت شرایط معمولی (صفر درجه سانتیگراد و فشار ۷۶ |سانتیمتر جیوه) بدست آمده ۳۳۱ + ۰٫۰۸ می‌باشد.

سرعت انتشار صوت در جامدات
درسال ۱۸۰۸ فیزیکدان فرانسوی بیو اولین تجربیات را برای اندازه‌ گیری سرعت صوت در جامدات به عمل آورد و برای اینکار از یک لوله طویل آهن به‌ طول تقریبا یکهزار متر که برای لوله‌کشی نصب کرده بودند، استفاده نمود. با مقایسه دو صدایی که از هر طریق ، هوای درون لوله و خود لوله آهنی می‌رسد، معلوم شد که سرعت انتشار موج متراکم درون آهن به مراتب بیشتر از سرعت صوت درون هواست.
سرعت انتشار صوت در مایعات
در سال ۱۸۲۶ میلادی کلادن و شتورن ریاضیدان ، انتقال صوت را در آب دریاچه ژنو واقع در سوئیس مطالعه نمودند و با استفاده از برق انفجار و صدایی که در زیر آب روانه می‌ساختند، عدد ۱۴۳۵ را برای سرعت انتشار صوت در آب در ۸ درجه سانتیگراد بدست آوردند.
انتشار امواج صوتی

اگر بطور همزمان در نقطه‌ای از محیط ، ارتعاشی ایجاد شود آن ارتعاش تدریجا با سرعت ثابت به‌ تمام اطراف آن نقطه انتقال پیدا می‌کند. در این حالت می‌گویند ارتعاش در محیط مذکور انتشار پیدا کرده است. اگر مسیر ارتعاش بر راستای انتشار عمود باشد، در این صورت موج را موج عرضی می‌گویند. اما اگر راستای انتشار و ارتعاش باهم موازی باشند، در این صورت موج را موج طولی می‌گویند. اما امواج صوتی جزء امواج طولی هستند.

 

پراش صوتی
بازتابش ، شکست و پراش فیزیک امواج صوتی عینا مانند بازتاب ، شکست و پراش نور صورت میگیرد. زیرا آثار امواج نوری از بسیاری جهات شباهت به آثار امواج صوتی دارند و تنها فرق موجود این است که طول موج فیزیک امواج نورانی نسبت به طول موج فیزیک امواج صوتی بسیار کوچک میباشد. ولی قوانین هندسی آنها کاملا با هم شباهت دارد.

وقتی که بین منبع صوت و گوش مانعی قرار دهیم بر حسب بزرگی و کوچکی مانع نسبت به طول موج ، ممکن است آثار مختلف پیدا شود. اگر فیزیک امواج صوتی به جدار محکمی که در آن سوراخی تعبیه شده است برخورد کنند، قسمتی از فیزیک امواج که به سطح دیواره برخورد میکنند منعکس میگردند و قسمت دیگر که به لبه جداره و یا به لبه سوراخ برخورد میکنند ممکن است پراشیده شوند.

مشاهده پدیده تفرق در زندگی روزمره

پدیده تفرق فیزیک امواج صوتی در مشاهدات روزانه ما زیاد است. مثلا وقتی اشخاص در مقابل دهنه بوقی شکل بلندگو واقع میشوند، آنهایی که در وسط و در نزدیکی محور قرار دارند، تمام صداها را میشنوند، ولی آنهایی که در اطراف محور و خارج از میدان بوق شده‌اند فقط آن کلمات و با قسمتی از موزیک را میشنوند که با صدای بم ادا نشده باشد. همچنین وقتی دو نفر در اطاقی مکالمه میکنند اگر در دیوار مشترک با اطاق مجاور ، سوراخ کوچکی باشد ممکن است صدای آنها را در اتاق مجاور تشخیص داد. در صورتیکه اگر درب همان دو اطاق باز باشد آنکه در همسایگی واقع است ممکن است درست صدای مکالمه در همان اطاق مجاور را بخوبی و مانند سابق نشنود. همینطور وقتی که در سینما یا تئاتر پشت سر شخص چاق یا قد بلندی بنشینم ، به گونه‌ای که مشاهده صحنه برای ما مقدور نباشد باز صدای آرتیستها را میشنویم. فیزیک امواج صوتی که به بدن آن شخص میرسند قسمتی جذب شده و قسمتی منعکس میگردند و قسمتی که به حدود اطراف بدن او برخورد میکنند، به واسطه پدیده پراش در پشت سر او در هر نقطه که گوش ما قرار گیرد قابل شنیدن میباشند.

 

یک آزمایش ساده

قطعه‌ای از نمد را که تقریبا به مساحت یک متر مربع باشد اختیار کنید و در وسط آن سوراخی به قطر ۱۵ سانتی متر ایجاد نمائید. اگر یک فرفره آلمانی (نوعی فرفره است که در جدار آن چند سوراخ وجود دارد، وقتی که میچرخد، تولید صدا میکند) را در فاصله ۳۰ سانتی متری از سوراخ بچرخانیم در هر جایی که در پشت نمد قرار گیریم صدای آن به آهستگی و به طور یکنواخت شنیده میشود. و اگر خود را در مقابل سوراخ طوری قرار دهیم که فرفره را با چشم خود ببینیم، صدای آن از وقتی که خود را در جای دیگر قرار دهیم بلندتر شنیده نمیشود. تنها وقتی در ناحیه پشت قطعه نمد صدای قویتر شنیده میشود که نمد را از میان برداریم و این مطلب برای این است که در صورت اخیر انرژی صوتی بیشتری در گوش ما داخل میشود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

اگر بجای فرفره ، یک ساعت جیبی قرار دهیم (طول موج امواجی که ساعتها تولید میکنند از یک الی هشت سانتی متر تغییر میکند) در این حالت برای اینکه صدای تیک تیک آن را در پشت قطعه نمد بشنویم باید خود را در روی محور قرار دهیم، به گونه‌ای که ساعت از پشت نمد قابل رویت باشد. وقتی که این شرط حاصل شد‌، صدای آن عینا مانند وقتی شنیده میشود که نمد وجود نداشته باشد و چون در خارج محور واقع باشیم صدای ساعت تقریبا دیگر شنیده نمیشود.
شرایط پراش
– فرض کنید فیزیک امواج صوتی به سطح دیواری که سوراخی در آن تعبیه شده است، برخورد میکنند. امواج صوتی را با طول موج معینی در نظر میگیریم. هرگاه طول موج نسبت به قطر سوراخ بزرگ باشد، چون طبقه متراکم (موج) به دیوار برسد، قسمت کوچکی از آن که از سوراخ عبور میکند خود مانند مرکز صوت شد. و با آن طرف جدار طبقات کروی متراکم و منبسط ، پشت سر هم بمرکز سوراخ درست میشوند. نتیجه اینکه در پشت مانع در همه جا صدا وجود خواهد داشت. – برعکس اگر طول موج نسبت به قطر سوراخ کوچک باشد ، فیزیک امواج در حین عبور از سوراخ عینا به همان حالت باقی میمانند. بدیهی است که در این حالت قسمتی از موج تابشی که با دیوار برخورد میکند، خود به خود حذف میگردد، و فقط قسمت مواجه با سوراخ از آن عبور می کند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– بنابراین در حالت اول ، در هر نقطه از پشت جدار که واقع باشیم، صدای منبع آهسته‌تر ولی به یک اندازه شنیده میشود، در صورتی که در حالت دوم ، فقط اگر در ناحیه مقابل سوراخ باشیم صدای منبع را به خوبی میشنویم و در خارج آن صدای منبع مسموع نیست. علت اینکه در حالت اول صدا آهسته‌تر شنیده میشود، آنست که انرژی صوتی که از سوراخ عبور میکند روی سطح کروی توزیع شده و ضعیف میگردد، در صورتی که در حالت دوم تمام مقدار انرژی صوتی که از سوراخ عبور میکند روی فیزیک امواج با سطوح کوچک در پشت مانع متمرکز میباشند.

ساز و کار صوت
برای تولید و انتشار امواج آکوستیکی ، ارتعاشهای مختلفی وجود دارند. ارتعاشهایی را که سبب تولید و انتقال موجهای صوتی می‌شوند، بر حسب حدود فرکانس‌شان طبقه بندی می‌کنند. ارتعاشهای صوتی که در ایجاد صدا موثرند، و با گوش شنیده می‌شوند، دارای فرکانسی بین ۲۰ تا ۲۰۰۰۰ هرتز است.

دگر آهنگش (Modulated)
انرژی آکوستیکی که همراه گفتار است از ماهیچه‌های سینه نشات می‌گیرد. این ماهیچه‌ها هنگام انقباض هوا را از ششها به سوی اجزای مختلفی که ساز و کار صوتی ا تشکیل می‌دهند، روانه می‌سازد. این جریان دائم هوا را می‌توان حامل انرژی دانست که باید از حیث سرعت و فشار برای تولید صوت دگر آهنگیده شود. این تغییر لازم به یکی از دو طریق اساسی که به تولید صوتهای با صدا و بی‌صدا منجر می‌شود، انجام می‌گیرد.
صوت با صدا
صوت با صدا ، شامل حرکات حروف مصوت گفتار معمولی و همچنین آهنگهای مخصوص صداهای آوازه خوانی است. عامل اصلی دگر آهنگش صوتهای صدادار نای است که تارهای صوتی در عرض آن کشیده شده‌اند.
ساختمان تارهای صوتی
تارهای صوتی تشکیل از دو نوار پرده مانند که دیافراگمی شکاف دار را درست می‌کنند، تشکیل یافته است، و به واسطه باز و بسته شدن این شکاف در اثر ارتعاش جریان هوا دگر آهنگیده می‌شوند. طول سوراخ وسط دیافراگم که هنگام عمل به شکاف تبدیل می‌گردد، در مردان ۲٫۵ سانتیمتر و در زنان ۱٫۵ سانتیمتر است و کششی که تارهای صوتی با آن کشیده می‌شوند، فرکانس اصلی دگر آهنکش را معین می‌کنند.
وظیفه تارهای صوتی
عمل تارهای صوتی این است که تغییرات سرعت و فشار جریان دگر آهنگیده را به شکل منحنی دندانه اره‌ای در می‌آورد. وقتی منحنی دندانه اره‌ای را به کمک سری فوریه (Fourier) تجزیه کنیم دیده می‌شود که تعداد زیادی هارمونیکهایی که از حیث فرکانس با هم ارتباط دارند، در آن منحنی قرار گرفته‌اند.
شبکه آکوستیکی
حفره‌های متعددی که در حکم تشدید کننده هستند و همچنین سوراخهای بینی و حفره‌های گلو و دهان بر روی هم یک شبکه آکوستیکی را تشکیل می‌دهند که موجهای فشار را دوباره دگر آهنگیده می‌کنند. بسیاری از این پارامترها را می‌توانیم به میل خود کنترل کنیم، یعنی با تغییر دادن وضعیت زبان یا تغییر شکل لبها می‌توان تعداد زیادی صوت با صدا تولید کرد.
صوتهای تنفسی
همچنین ساز و کار صوتی می‌تواند صدا را بدون استفاده از تارهای صوتی تولید کند. اینگونه صوتها را صوتهای تنفسی می‌نامند. مثلا اگر هوا را بطور دائم با فشار توام با تنفس از ششها خارج می‌سازیم، صدایی مانند هیس تولید می‌شود که شبیه به صدای فرار بخار است. ظاهرا این صدا به واسطه اغتشاشی است که در جریان هوا هنگام عبور از مسیر نامنظم دستگاه صوتی پیدا می شود.
صوت بی صدا
اینگونه صوتها شامل صامت‌های بی صدای مالشی (frictive) مانند f و s و همچنین صامت‌های بی صدای ایستی (stop) مانند p و t و k هستند. در اینجا ارتعاش اساسی اینگونه تولید می‌شود که لبها ، دندانها و زبان ، جریان هوا را دگر آهنگیده می‌کنند. تجزیه انواع صوتهای بی صدا وجود نواری از فرکانسهای پیاپی را بیشتر در قسمت بالای فرکانسهای قابل شنیدن قرار دارند، آشکار می‌سازد.
سایه صوت (OMBRE ACOUSTIQUE)
آیا سایه صوت قابل مشاهده است؟

سایه صوت چه شکلی تشکیل می‌شود ؟
آیا سایه صوت را می‌توان همانند سایه نور تشخیص داد؟
چرا هنگام مکالمه با تلفن هر چند بلند حرف بزنیم باز صدای رسیده به طرف مقابل چندان تغییر نمی‌کند؟

چرا صوت موسیقی که ما در خارج از تالار می‌شنویم، به اندازه صدای داخل تالار برای ما جذاب نیست؟
بین صوت و نور ظاهرا جزئی اختلاف مشاهده می‌شود که لازم است راجع به آن توضیح دهیم. می‌دانیم که صوت و نور هر دو ماهیت موجی دارند و اکثر آنچه را که در مورد امواج نوری مشاهده می‌کنیم ، در مورد فیزیک امواج صوتی نیز قابل مشاهده است.
علل تشکیل سایه صوت

از جمله چیزهایی که وجودش در مورد فیزیک امواج نوری بخوبی قابل روئیت و مشاهده است سایه نور است. در صورتی که در فیزیک امواج صوتی معمولا سایه واضح مشاهده نمی‌شود. علت حقیقی این امر این نیست که امواج صوتی در برخورد با مانع ، تولید سایه نمی‌کنند. زیرا در عمل مانعی که ابعادش به اندازه طول موج صوت بزرگ باشد، در دسترس ما نیست.
پراش نور

بزرگی طول موج نور در حدود اعشار میکرونی می‌باشد. بنابرین ، هر گونه مانعی ولو کوچک هم که باشد ابعادش نسبت به طول موج نور بی‌نهایت بزرگ است. مثلا ابعاد در ، دیوار ، پرده و دسته صندلی ، برگ درختان و غیره هر کدام میلیونها دفعه و بیشتر بزرگتر از طول موج نور می‌باشند و البته وقتی مانع خیلی کوچک و یا باریک شود ، مثلا به کوچکی سوزن و یا به باریکی رشته مویی باشد. دیگر نمی‌تواند برای نور ، سایه خوبی درست کند. و در این حالت پدیده دیفراکسیون حادث می‌گردد و در پشت مانع بطریق خاصی نور مشاهده می‌شود.

دیفراکسیون صوت
طول موج صداهای انسانی در حدود متر است (برای حرف زدن معمولی مردان طول موج از ۲٫۵ -۳ متر و برای حرف زدن معمولی زنها طول موج از ۱٫۲ متر تا ۱٫۵ متر تغییر می‌کند) بنابرین مثلا دیواری که دارای ده متر باشد. نسبت به طول موج چندان بزرگ نیست و نمی‌تواند برای آن حائل خوبی باشد و از این جهت در اثر دیفراکسیون صوت صدای صحبت کننده از پشت آن شنیده می شود.

نمایش سایه صوت
اگر نت صوت خیلی زیر باشد مشاهده سایه آن آسانتر است. و می‌توان در آزمایشگاه با آنها سایه صوت را درست کرد. مثلا ممکن است با سوت گالتن (سوتی است که طول موج آن در حدود دسیمتر و اعشار آن می‌باشد) با بکار بردن مقوایی به ابعاد متر تا اندازه سایه صوت را قابل مشاهده نمود.
می‌دانیم که هر نوع صوتی با مشخصات سه گانه خود یعنی شدت ، ارتفاع ، طنین مشخص می‌گردد. و چون هر گونه صدایی مخلوط از صدای اصلی و هارمونیکهای آن و در نتیجه مخلوطی از صداهایی با ارتفاع مختلف می‌باشد. و لذا وقتی مانع در جلو فیزیک امواج صوتی قرار می‌گیرد ممکن

است بعضی از آن صداها زیرترند بکلی متوقف گردند و برای آنها تولید سایه شود و یا بطور ناقص به پشت مانع برسند. بنابراین عمل مانع نسبت به صداهای زیر و بم یکسان نمی‌باشد. نتیجه اینکه ممکن است در خلا ، دیوار مشخصات صوتی که در جلوی آن درست شده است موجود نباشد. و بطور خلاصه صدا در رسیدن به پشت مانع تغییر نماید.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 9700 تومان در 12 صفحه
97,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد