امواج صوتی (Sound Waves)، در فیزیک (Physics)
انواع امواج (Wave)، در فیزیک (Physics) را در آموزش زیر شرح دادیم :
امواج صوتی (Sound Waves) :
امواج صوتی ارتعاشات مکانیکی ای هستند که در محیط های مادی (جامد، مایع، گاز) منتشر می شوند و توسط گوش انسان یا حیوانات قابل تشخیص هستند. این امواج به صورت طولی منتشر می شوند و با فرکانس (زیر و بمی صدا)، دامنه (بلندی صدا) و تُن (کیفیت صدا) مشخص می شوند. فرکانس بر حسب هرتز (تعداد نوسان در ثانیه) اندازه گیری می شود. هر چه فرکانس بالاتر باشد، صدا زیرتر و هر چه فرکانس پایین تر باشد، صدا بم تر است. دامنه موج نشان دهنده انرژی و در نتیجه بلندی صدا است.
منابع صوت: هر جسم مرتعشی می تواند منبع صوت باشد. تارهای صوتی انسان، سیم های گیتار، دیافراگم بلندگو، و حتی برخورد دو جسم همگی با ایجاد ارتعاش، امواج صوتی تولید می کنند. ارتعاش منبع، مولکول های هوای اطراف را به نوسان وامی دارد و این نوسان به صورت موج فشاری (تراکم و انبساط) در هوا منتشر می شود. شدت صوت (بلندی) با مجذور دامنه فشار متناسب است و با واحد دسی بل (dB) اندازه گیری می شود. آستانه شنوایی انسان حدود ۰ dB و آستانه درد حدود ۱۲۰ dB است.
سرعت صوت: سرعت انتشار صوت به محیط و شرایط آن بستگی دارد. در هوا در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد و فشار یک اتمسفر، سرعت صوت حدود ۳۴۳ متر بر ثانیه است. این سرعت با افزایش دما افزایش می یابد (حدود ۰.۶ متر بر ثانیه به ازای هر درجه سانتی گراد). در آب، سرعت صوت حدود ۱۴۸۰ متر بر ثانیه (چهار برابر سریع تر از هوا) و در فولاد حدود ۵۹۰۰ متر بر ثانیه است. سرعت صوت در گازها از رابطه
\[ v = \sqrt{\frac{\gamma R T}{M}} \]و در مایعات از
\[ v = \sqrt{\frac{K}{\rho}} \]و در جامدات از
\[ v = \sqrt{\frac{Y}{\rho}} \](برای امواج طولی در میله) به دست می آید.
بازه شنوایی انسان: انسان قادر به شنیدن صداهای با فرکانس ۲۰ تا ۲۰۰۰۰ هرتز (۲۰ کیلوهرتز) است. این محدوده با افزایش سن کاهش می یابد (پیری گوش). صداهای با فرکانس کمتر از ۲۰ هرتز را فروصوت (Infrasound) و صداهای با فرکانس بالاتر از ۲۰ کیلوهرتز را فراصوت (Ultrasound) می نامند. حیوانات مختلف شنوایی متفاوتی دارند؛ سگ ها تا ۴۰ کیلوهرتز، خفاش ها تا ۱۰۰ کیلوهرتز، و فیل ها قادر به شنیدن فروصوت هستند.
پدیده های صوتی: امواج صوتی مانند همه امواج، پدیده های بازتاب، شکست، تداخل و پراش را نشان می دهند. پژواک (Echo) نتیجه بازتاب صوت از یک مانع دور است. طنین (Reverberation) نتیجه بازتاب های متعدد از سطوح مختلف در یک محیط بسته است. تداخل امواج صوتی می تواند باعث ایجاد نقاطی با صداهای بلندتر (تداخل سازنده) یا سکوت (تداخل ویرانگر) شود. پراش صوت به ما اجازه می دهد صدای کسی را که پشت دیوار است بشنویم، زیرا امواج صوتی با طول موج بلند از گوشه ها خم می شوند.
کاربردهای صوت: صوت کاربردهای بی شماری دارد. ارتباطات کلامی پایه ترین کاربرد است. موسیقی هنر سازماندهی صداها است. در پزشکی، سونوگرافی از امواج فراصوت برای تصویربرداری از جنین و اندام های داخلی استفاده می کند. در صنعت، آزمایش های غیرمخرب اولتراسونیک برای یافتن ترک های پنهان در قطعات به کار می رود. سونار برای شناسایی زیردریایی ها و ماهی ها از صوت زیر آب استفاده می کند. در معماری، آکوستیک علم طراحی فضاهایی با کیفیت صوتی مطلوب (مثل سالن کنسرت) است.
