صدا و فرآیند تولید صدا ممکن است بلند یا آهسته باشد. وقتی چیزی می شنویم، ارتعاشات موجود در هوا را حس می کنیم. این ارتعاشات وارد گوش خارجی شده و باعث ارتعاش یا (نوسان) پرده گوش ما می شود. در پرده گوش سه استخوان ریز وجود دارد که می لرزند: چکش، سندان و رکاب. این استخوان ها ارتعاشات بزرگ تری در گوش داخلی ایجاد می کنند و اساساً ارتعاشات ورودی را قبل از اینکه توسط عصب شنوایی گرفته شوند، تقویت می کنند.

در فیزیولوژی، صدا زمانی تولید می شود که ارتعاشات یک جسم از طریق یک محیط حرکت کند تا زمانی که وارد پرده گوش انسان شود. در فیزیک، صدا به شکل موج فشار تولید می شود. هنگامی که یک جسم ارتعاش می کند، مولکول های هوای اطراف را به ارتعاش در می آورد و یک واکنش زنجیره ای از ارتعاشات امواج صوتی در سراسر محیط را آغاز می کند.

خواص موج صوتی هنگامی که از طریق رسانه های مختلف حرکت می کند تغییر می کند: گاز به عنوان مثال از هوا، مایع مانند آب، جامد مانند استخوان. وقتی موجی از یک محیط چگال تر می گذرد، سریع تر از یک محیط کم چگال می رود. این بدین معنی است که صدا از طریق آب سریعتر از هوا و سریعتر از استخوان حرکت می کند.

هنگامی که مولکول ها در یک محیط مرتعش می شوند، می توانند به جلو و عقب یا بالا و پایین حرکت کنند. انرژی صوت باعث می شود که مولکول ها در همان جهتی که صدا در حال حرکت است به جلو و عقب حرکت کنند. این به عنوان یک موج طولی شناخته می شود. اما امواج عرضی زمانی رخ می دهند که مولکول ها به سمت بالا و پایین ارتعاش می کنند، یعنی عمود بر جهتی که موج می رود.

صحبت کردن و همچنین شنیدن شامل ارتعاشات می شود. برای صحبت کردن، هوا را از کنار تارهای صوتی خود عبور می دهیم که باعث ارتعاش آنها می شود. ما صداهایی را که تولید می کنیم با کشش آنها تارهای صوتی را تغییر می دهیم. وقتی تارهای صوتی کشیده می شوند صداهای بلند و زمانی که شل هستند صداهای کمتری تولید می کنیم. این به عنوان زیر و بم صدا شناخته می شود.

صداهایی را که هر روز می شنویم در واقع مجموعه ای از صداهای ساده تر هستند. صدای موسیقی را تن می گویند. اگر به یک چنگال ضربه بزنیم، صدای خالصی از خود می دهد که همان صدای یک فرکانس است. اما اگر بخواهیم با ترومپت یا ویولن نت بنوازیم، نتیجه ترکیبی از یک فرکانس اصلی با صداهای دیگر می شود که این خود به هر ساز موسیقی صدای خاص خود را می دهد.

فرآیند تولید صدا چگونه است؟

صدا نوعی انرژی است که توسط ارتعاشات ایجاد می شود. هنگامی که یک جسم می لرزد، باعث حرکت در مولکول های هوای اطراف می شود. این مولکول ها به مولکول های نزدیک به خود برخورد می کنند و باعث ارتعاش آنها نیز می شوند. همین دلیل باعث می شود که آنها به مولکول های هوای نزدیک بیشتری برخورد کنند. این حرکت واکنش زنجیره ای که امواج صوتی نامیده می شود، ادامه می یابد تا زمانی که انرژی مولکول ها تمام شود. در نتیجه، با عبور موج صوتی از هوا، مجموعه ای از برخورد های مولکولی رخ می دهد، اما مولکول های هوا خود با موج حرکت نمی کنند. با اختلال، هر مولکول فقط از یک نقطه استراحت دور می شود اما در نهایت به آن باز می گردد.

اگر گوش شما در نزدیکی چنین ارتعاشاتی که گفته شد باشد، صدا را می شنوید. با این حال، ارتعاشات باید با سرعت خاصی باشند تا بتوانیم آنها را بشنویم. به عنوان مثال، ما نمی توانیم ارتعاشات آهسته ای را که با تکان دادن دست هایمان در هوا ایجاد می شود، بشنویم. کندترین ارتعاشی که گوش انسان می تواند بشنود ۲۰ ارتعاش در ثانیه است که این یک صدای بسیار کم خواهد بود. سریع ترین ارتعاشی که ما می توانیم بشنویم ۲۰۰۰۰ ارتعاش در ثانیه است که صدایی بسیار بلند خواهد بود. برای مثال گرازهای دریایی می توانند سریع ترین ارتعاشات را بشنوند ( تا ۱۵۰۰۰۰ بار در ثانیه). تعداد ارتعاشات در ثانیه به عنوان فرکانس یک جسم نامیده می شود که بر حسب هرتز اندازه گیری می شود.

صدا برای اینکه بتواند بین دو نقطه حرکت کند احتیاج دارد که داخل محیطی از جنس گاز، مایع یا جامد قرار بگیرد به این دلیل که در فضا هیچ صدایی به گوش نمی رسد، چون هیچ ذره ای در آنجا وجود ندارد. در فضا اتم ها بسیار کوچک و با فاصله زیاد از هم قرار دارند به همین دلیل صدا نمی تواند از اتمی به اتم دیگر منتقل شود بنابراین صدا در فضا شنیده نمی شود، مگر اینکه در جو سیاره قرار داشته باشیم.

گام و فرکانس

به تعداد ارتعاشاتی که در زمان مشخص به گوش ما می رسد، فرکانس گفته می شود. گام صدا به ما کمک می کند تا صداهای بلند و آهسته را از یکدیگر تشخیص دهیم. فرکانس معیار علمی گام است. یعنی در حالی که فرکانس عینی است، گام کاملاً ذهنی است. امواج صوتی خود زیرو بمی ندارند. ارتعاشات آنها را می توان برای به دست آوردن یک فرکانس اندازه گیری کرد.

زیرو بم صدا تا حد زیادی توسط جرم (وزن) جسم در حال ارتعاش تعیین می شود. به طور کلی، هر چه جرم بیشتر باشد، آهسته تر ارتعاش می کند و گام پایین تر است. با این باید این را هم در نظر گرفت که گام را می توان با تغییر کشش یا سفتی جسم تغییر داد.

تقریباً تمام اجسام، هنگام ضربه زدن، کندن لرزش خواهند داشت. هنگامی که این اجسام ارتعاش می کنند. تمایل به ارتعاش در یک فرکانس یا مجموعه ای از فرکانس های خاص دارند. که این خود به عنوان فرکانس طبیعی جسم شناخته می شود. به عنوان مثال، اگر یک لیوان را با انگشت خود پینگ کنید، شیشه صدایی تولید می کند که فرکانس طبیعی آن است و هر بار هم همین صدا را می دهد. اما اگر تغییر جرم ارتعاشی شیشه را تغییر دهید یعنی با اضافه کردن آب باعث سنگین تر شدن لیوان شوید در نتیجه حرکت سخت تر می شود، بنابراین تمایل به ارتعاش آهسته تر و در گام پایین تری دارد.

حرکت صدا

قبل از اینکه در مورد نحوه حرکت صدا صحبت کنیم، مهم است که بدانیم رسانه چیست و چگونه بر صدا تاثیر می گذارد. می دانیم که صوت می تواند از طریق گازها، مایعات و جامدات عبور کند. اما اینها چگونه بر حرکت تأثیر می گذارد؟ صوت سریع ترین حرکت را در میان جامدات دارد، زیرا مولکول های آن به طور متراکم در کنار هم قرار دارند، و این امواج صوتی را قادر می سازد تا به سرعت ارتعاشات را از یک مولکول به مولکول دیگر منتقل کنند. صدا به طور مشابه در آب حرکت می کند، اما سرعت آن چهار برابر بیشتر از سرعت آن در هوا است. سرعت حرکت امواج صوتی در هوا را می توان با سرعت بالای باد که انرژی موج صوتی را از بین می برد، کاهش داد.

سرعت صوت بستگی به محیطی دارد که امواج صوتی از آن عبور می کنند.در هوای خشک با دمای ۲۰ درجه سانتی گراد سرعت صوت ۳۴۳ متر بر ثانیه است. در دمای اب دریا، امواج صوتی با سرعتی در حدود ۱۵۳۱ متر بر ثانیه حرکت می کنند.

انواع صداها

صداها انواع مختلفی دارند برخی از صداها ناخوشایند، نامفهوم و برخی صداها دلپذیر، ملایم، شنیدنی و دارای نویز موسیقی هستند. احتمالاً صدایی که فرآیند تولید صدای آن توسط یک نوازنده پیانو انجام می شود، نرم و شنیدنی است و برای ما خوشایند است اما صدایی که در اوایل صبح برای جاده سازی به گوش ما می رسد قطعا ًبرای ما خوشایند و ملایم نیست. برخی صداها توسط انسان شنیده نمی شوند چون انسان می تواند تنها محدوده مشخصی از صداها را بشنود، مانند سوت سگ، برای گوش انسان قابل شنیدن نیست. به این دلیل که سوت سگ امواج صوتی تولید می کند که کمتر از محدوده ی شنوایی انسان که از ۲۰هرتز تا ۲۰۰۰۰ هرتز است. امواج زیر ۲۰ هرتز امواج مادون صوت نامیده می شوند، در حالی که فرکانس های بالای ۲۰۰۰۰ هرتز به عنوان امواج مافوق صوت شناخته می شوند.

امواج مادون صوت دارای فرکانس زیر ۲۰ هرتز هستند که باعث می شودکه از گوش انسان قابل شنیدن نباشد. دانشمندان از امواج فروصوت برای شناسایی زمین لرزه ها و فوران های آتشفشانی، نقشه برداری سنگ و سازندهای نفتی در زیر زمین استفاده می کنند. علی رغم ناتوانی ما در شنیدن صدای مادون صوت، بسیاری از حیوانات از امواج فرو صوت برای برقراری در طبیعت استفاده می کنند. نهنگ ها، اسب های آبی، کرگدن ها، زرافه ها، فیل ها، تمساح ها همگی از امواج فروصوت برای برقراری ارتباط در فواصل چشمگیرگاهی حتی ها تا صدها مایل استفاده می کنند.  

چه چیزی صدا را موسیقی یا نویز می کند؟

آکوستیک ها یا دانشمندانی که آکوستیک صدا را مطالعه می کنند، چگونگی تأثیر انواع مختلف صدا، در درجه اول نویز و موسیقی را بر انسان بررسی کرده اند. امواج صوتی تصادفی و ناخوشایند اغلب به عنوان نویز شناخته می شوند. روش دیگر، الگوهای ساخته شده از امواج صوتی است که به عنوان موسیقی شناخته می شود. مطالعات نشان داده اند که بدن انسان به موسیقی و سرو صدا واکنش متفاوتی نشان می دهد.

آکوستیک

آکوستیک یک علم میان رشته ای است که امواج مکانیکی را که شامل ارتعاش، صدا، مادون صوت و فراصوت می شود را در محیط های مختلف مانند جامدات، مایعات و گازها مطالعه می کند. متخصصان آکوستیک متغیر هستند برخی از آنها کاربردهای جدید صدا در فناوری را بررسی می کنند، و برخی بر ضبط و دستکاری صدا تمرکز می کنند.

واحدهای صدا

وقتی صدا را اندازه گیری می کنیم، چهار واحد اندازه گیری مختلف در دسترس ما است. واحد اول دسی بل نامیده می شود. دسی بل یک نسبت لگاریتمی فشار صوت در مقایسه با فشار مرجع است. واحد بعدی که بیشترین استفاده را دارد هرتز است. هرتز اندازه گیری فرکانس صدا است. هرتز و دسی بل به طور گسترده برای توصیف و اندازه گیری صداها استفاده می شوند.

میزان صدا

سطح صدا بر حسب دسی بل اندازه گیری می شود و دسی بل های بالاتر با سطوح صدای بالاتر ارتباط دارند. برخی از ابزارهای صوتی سطح صدا را بر حسب dBc اندازه گیری می کنند که نسبت توان (دسی بل) یک سیگنال به سیگنال حامل آن است. سایر ابزارهای صوتی بلندی نسبی صداها را که توسط گوش انسان درک می شود با استفاده از دسی بل های وزن دار a، معروف به dBa اندازه گیری می کنند. هنگامی که dBa استفاده می شود، صداها در فرکانس های پایین مقادیر دسی بل خود را کاهش می دهند و در مقایسه با دسی بل های بدون وزن قرار می گیرند.

شدت صدا

شدت صدا، توانی است که در واحد سطح توسط یک موج صوتی منتقل می شود. هرچه شدت صدا بیشتر باشد، نوسات دامنه بزرگتر خواهد بود. با افزایش شدت صدا، فشار اعمال شده توسط امواج صوتی بر اجسام مجاور نیز افزایش می یابد. دسی بل برای اندازه گیری نسبت یک شدت معین (I) به آستانه شدت شنوایی استفاده می شود که معمولاً مقدار ۱۰۰۰ هرتز برای گوش انسان دارد.

جمع بندی

ما در این مطلب به این نتیجه رسیدیم که صدا زمانی تولید می شود که جسمی ارتعاش می کند و موج فشار ایجاد می کند. این موج فشار باعث می شود که ذرات در محیط اطراف (هوا، آب یا جامد) حرکت ارتعاشی داشته باشند و با ارتعاشات ذرات، ذرات مجاور را حرکت می دهند و صدا را بیشتر از طریق محیط منتقل می کنند.

گوش ما نیز زمانی امواج صوتی را تشخیص می دهد که ذرات هوا در حال ارتعاشات در قسمت های کوچک داخل گوش هستند. بنابراین شما با خواندن این مطلب متوجه می شوید نقش ارتعاش در تولید و انتشار صدا چیست و امواج چگونه به خلق موسیقی کمک می کنند.