خصائص الموجات الصوتية

الموجات الصوتية هي اهتزازات ميكانيكية تحث على التخلخل البديل وضغط أي وسيط مادي تنتقل من خلاله الموجة الصوتية ، لا تستطيع الموجات الصوتية الانتقال من خلال فراغ ،  تنتقل الموجة الصوتية في خط مستقيم وتتحرك جزيئات الوسط ذهابًا وإيابًا أو طوليًا ، لذلك فإن الموجات الصوتية هي موجات طولية ، تسمى الموجات التي تجعل الوسط يتحرك بشكل متعامد مع الموجة موجات عرضية.

خصائص الموجات الصوتية 

السعة

هي ذروة الموجة الصوتية ويتم قياسها بديسيبل ، مع زيادة الموجة الصوتية في اتساعها ، سيتمدد الوسط ،على العكس من ذلك عندما تنخفض الموجة الصوتية في السعة يضغط الوسط.

عندما يتم ضغط الوسط بواسطة موجة صوتية ، يتم إنتاج ضغط صوتي ، ينتج عن الصوت المرتفع ضغط صوتي أعلى من صوت أنعم ،  الديسيبل هو سجل نسبة الضغط الصوتي (V) والقيمة المرجعية (R) مضروبة في 20. R عادة ما تكون 1 (واحد) ، تظهر صيغة الديسيبل في الشكل 1.2. في الجدول 1.1 ، يتم عرض بعض الأمثلة الشائعة للأصوات ومستوى الديسيبل المعتاد هو

ديسيبل = 20 * تسجيل (V / R).

الطول الموجي

الطول الموجي هو طول دورة موجة واحدة  أي من الذروة إلى الذروة التي تضم والفراغ واحدة وضغط واحد ويقاس في ملليمتر (مم) ، سرعة الانتشار هي سرعة الموجة من خلال وسط ، تعتمد سرعة الانتشار على خصائص الوسيط أي الكثافة ودرجة الحرارة.

التردد

و تردد موجة الصوت هو عدد دورات موجة الصوت في الثانية أو هيرتز ، ويمكن حساب التردد بقسمة الطول الموجي على الوقت ، ينتج عن الطول الموجي الصغير ترددًا أعلى ، بينما ينتج الطول الموجي الأكبر ترددًا أصغر ،  نطاق السمع البشري هو 20-20000 هرتز ، الموجات فوق الصوتية أكبر من 20،000 هرتز ، عادة ما تكون الموجات فوق الصوتية الطبية 1-20 ميجاهرتز ، أو ميجاهيرتز ، واحد ميغا هرتز (MHz) يساوي مليون هرتز.

 الفترة الزمنية

يسمى الوقت المطلوب لإنتاج موجة أو دورة أو دورة كاملة بفترة زمنية للموجة ، الآن يتم إنتاج موجة واحدة كاملة عن طريق اهتزاز كامل للجسم المهتز ، لذلك يمكننا القول أن الوقت المستغرق لإكمال اهتزاز واحد يعرف باسم الفترة الزمنية ، يشار إليه بالحرف T ، وحدة قياس الفترة الزمنية هي ثانية (ثوان).

التردد 

يسمى عدد الموجات الكاملة أو الدورات المنتجة في ثانية واحدة تردد الموجة ، نظرًا لأن الموجة الكاملة تنتج عن اهتزاز كامل للجسم المهتز ، لذلك يمكننا القول أن عدد الاهتزازات في الثانية يسمى التردد ، على سبيل المثال: إذا تم إنتاج 10 موجات أو اهتزازات كاملة في ثانية واحدة ، فإن تردد الموجات سيكون 10 هرتز أو 10 دورات في الثانية.

وحدة التردد SI هي هرتز ، ويقال أن الجسم الاهتزازي الذي ينبعث منه موجة واحدة في الثانية له تردد 1 هيرتز ، أي 1 هرتز يساوي 1 اهتزاز في الثانية.

في بعض الأحيان تُعرف وحدة تردد أكبر باسم كيلو هرتز أي 1 كيلو هرتز = 1000 هرتز ، يُشار إلى تردد الموجة بالحرف f.

تردد الموجة هو نفس تردد الجسم الاهتزازي الذي ينتج الموجة.

سرعة الموجة

المسافة التي تقطعها الموجة في ثانية واحدة تسمى سرعة الموجة أو سرعة الموجة ، يتم تمثيله بالحرف v ، وحدة SI لقياس السرعة هي متر في الثانية (m / s أو ms-1).

العلاقة بين السرعة والتردد وطول الموجة للموجة

السرعة = المسافة المقطوعة / الوقت المستغرق

v = λ / T

حيث T = الوقت الذي تستغرقه موجة واحدة.

v = f X λ

تُعرف هذه الصيغة بمعادلة الموجة.

حيث v = سرعة الموجة

f = التردد

λ = الطول الموجي

سرعة الموجة = التردد X الطول الموجي

وهذا ينطبق على جميع الموجات مثل الموجات المستعرضة مثل موجات الماء ، والموجات الطولية مثل الموجات الصوتية والموجات الكهرومغناطيسية مثل الموجات الضوئية والموجات الراديوية.

مميزات الموجات الصوتية 

الصوت هو موجة ميكانيكية  ، تساعد فيزياء الموجات على تفسير العملية التي يتم من خلالها إنتاج الصوت ، والانتقال ، والاستقبال ، الصوت هو موجة تنتجها أجسام تهتز ، ينتقل من خلال وسيط من نقطة ، أ ، إلى نقطة أخرى ، ب.

كما هو الحال مع جميع أنواع الموجات ، تنطبق سلوكيات وخصائص وخصائص محددة على الموجات الصوتية.

على غرار الموجة المنحدرة الموصوفة في الفصل السابق ، تحمل الموجة الصوتية اضطرابًا (اهتزازًا) من موقع (نقطة) إلى آخر بالنسبة للجزء الأكبر ، فإن الوسيط الذي ينتقل من خلاله هو الهواء ، على الرغم من أن الموجات الصوتية يمكن أن تنتقل بسهولة عبر الماء أو المواد المعدنية.

يجب أن يكون هناك مصدر للموجة ، نوع من الأجسام الاهتزازية قادرة على تحريك سلسلة الأحداث بأكملها للاضطراب  ، بالنسبة للموجات الصوتية إلى الموجات الصوتية ، قد يكون المصدر الأساسي زوجًا من الحبال الصوتية ، أو سماعة استريو.

طرق قياس الموجات الصوتية 

يمكن قياس الموجات بطرق مختلفة من خلال اتساعها وطولها الموجي وترددها وسرعتها وأحيانًا طورها.

السعة هي طريقة قياس مرتبطة بالسمع ، يتم تجميعها عادة مع الشدة والجهارة أو الحجم.

إن الطول الموجي سهل بما يكفي للكشف ببساطة ، خلال دورة موجة كاملة ، المسافة التي ينتقلها الاضطراب عبر الوسط في دورة موجة كاملة.

بمجرد كل دورة موجة ، ستكرر الموجة نمطها ، لهذا السبب يشار أحيانًا إلى الطول الموجي على أنه طول نمط التكرار أو طول دورة كاملة واحدة.

في حالة الموجات المستعرضة ، يقاس هذا الطول عادة من قمة الموجة إلى قمة الموجة المجاورة التالية ، أو من حوض الموجة إلى حوض الموجة المجاور التالي ، ومع ذلك نظرًا لأن الموجات الطولية لا تحتوي على قمم أو أحواض ، يجب قياس أطوالها الموجية بطريقة مختلفة.

وبالتالي ، نظرًا لأن الموجات الطولية تتكون من أنماط متكررة من الانضغاطات والتأثيرات النادرة ، يمكن قياس أطوال موجاتها بشكل شائع كمسافة من ضغط واحد إلى الضغط التالي ، أو المسافة من ندرة واحدة إلى الندرة التالية.

يشار أحيانًا إلى موجات الضغط ، تشمل الموجات الصوتية أنماطًا متكررة لمناطق الضغط المرتفع والمنخفض بالتناوب التي تتحرك عبر وسيط ، عادة في موجة الصوت أو الضغط ، تحدث هذه التقلبات المتناوبة في الضغط في أوقات منتظمة ومحددة.

إذا تم رسم كل تذبذب على شبكة مع الضغط واستمرارية الوقت ، فإن العلامات النهائية تشير إلى منحنى الجيب ، والذي يتم تعريفه كنقاط عشوائية × مدعومة بواسطة اتساق علامات y.

وأخيرًا تعتمد سرعة الصوت على نوع الوسيط وحالته ، يتأثر بشكل عام بأمرين هم

• المرونة (سهولة تحرك الجزيئات ، أو درجة انتقال الجزيئات بعيدًا عن وضعها المحايد عند الانزعاج)
• والقصور الذاتي (كلما كان الهواء أو الوسط أكثر كثافة ، كانت القصور الذاتي أكبر من الموجة الصوتية).