صدا چیست و چگونه تولید میشود؟

صدا چیست و چگونه تولید میشود؟

صدا به انگلیسی sound در علم فیزیک انرژی ارتعاشی است که با لرزش مولکول‌های مختلف هوا، جامد و مایع منتقل میشود و به گوش ما میرسد، از طریق مغز پردازش و قابل درک میشود. صدا انواع، خصوصیات، طول موج و فرکانس‌های مختلفی دارد. جالب است بدانید! انسان فرکانس بین ۲۰ تا ۲۰.۰۰۰ هرتز را میتواند بشنود و از این جا می‌توان نتیجه گرفت که صداهای زیادی در طبیعت هستند که ما نمی‌شنویم. مانند: مورچه که بلند‌ترین صدای جهان را دارد، فرکانس صدای مورچه جز صداهای فراصوت محسوب میشود.

ما به سادگی صداها را می‌شنویم و از کنارش رد می‌شویم، اما اهمیت صدا در زندگی انسان بسیار زیاد است. آشنایی با مطالب مختلف باعث می‌شود دانش فرد بیشتر شود و بهتر اتفاقاتی که در محیط اطراف رخ می‌دهد را درک کند. در صورتی که شما هم سیستم صوتی خانگی یا سیستم صوتی خودرو دارید یا کنجکاو هستید که بدانید برقراری ارتباط از طریق دکل های مخابرتی و BTS در شرایط مختلف چگونه امکان‌پذیر است، در این مقاله همراه ما باشید.

صدا چیست؟

صدا در واقع انعکاسی از یک واکنش فیزیکی است. که این واکنش با انتقال انرژی ارتعاشی به مولکول‌ها انجام میشود. فرقی نمیکند مولکول‌های مجاور این انرژی ارتعاشی گاز باشد یا جامد و مایع یا حتی ترکیبی از همه‌ی این‌ها، در هر صورت باعث ایجاد صدا میشوند و مسیری را طی میکنند تا به گوش ما برسند با توجه به تعریف صدا میتوان گفت در فضایی مانند خلا که هوایی نیست و هیچ واسطه‌ای برای عبور دادن موج‌های صدا وجود ندارد، هر چقدر یک زنگوله را تکان دهیم، صدایی از آن به گوش نمی‌رسد.

شنیدن یکی از حواس پنجگانه ما به شمار می‌رود. بخش عمده‌ای از برقراری ارتباط با دیگران به کمک گوش و شنیدن صدا انجام می‌شود. صدا در انواع مختلفی وجود دارد. همچنین ویژگی‌ها و خصوصیات منحصر به فردی را داراست. سرعت صدا را هم می‌توان با واحد‌های خاصی اندازه گیری کرد. هر صدا فاکتور‌های ویژه‌ای دارد که با آن شناسایی می‌شود. اما مهم‌ترین و آخرین موضوع راجع به صدا این است که از طریق یک منبع تولید شده و به گوش ما می‌رسد.

خصوصیات صدا

صدا ویژگی‌های متنوعی دارد که با تغییر هر یک می‌توان صدای منحصر به فردی را شنید. تار‌های صوتی انسان را میتوان به سیم‌های یک گیتار تشبیه کرد که هر یک از سیم‌ها صدای متفاوتی دارد. البته سیستم صوتی انسان چیزی فراتر از یک گیتار است زیرا با تنفس‌های دیافراگمی و حرفه‌ای مانند بیت باکسر ها می‌توان صدایی در حد یک موزیک استودیویی تولید کرد. در ادامه به بررسی هر یک از ویژگی‌های صدا میپردازیم.

انواع صدا

صدا به انواع مختلف قابل شنیدن، غیر قابل شنیدن، دلنشین، آزار دهنده و… تقسیم میشود. مثلا صدای پیانو دلنشین و قابل شنیدن است. در حالی که صدای ساخت و ساز ساختمان ها، قابل شنیدن و آزار دهنده است و صداهایی که خارج از فرکانس صدایی انسان هستند، برای او قابل شنیدن نیست.

سرعت صدا

به فاصله‌ی طی شده یک موج صوتی بر واحد زمان، سرعت صوت می‌گویند. سرعت صدا در یک محیط به تراکم مولکول‌ها (چگالی محیط) و دمای آن محیط وابسته است. هرچه چگالی محیط بیشتر باشد، سرعت انتقال امواج صوتی نیز بیشتر است. به طور مثال: سرعت انتقال صوت در جامدات، به دلیل تراکم بالای مولکول‌ها بیشتر از مایعات و مایعات بیشتر از گاز هاست. طبق اندازه گیری‌ها و بررسی‌های انجام شده سرعت صدا در هوای خشک و در دمای ۲۰ درجه‌ی سانتی‌گراد، سرعت صوت ۳۴۳ متر بر ثانیه است.

فشار یا شدت صدا

برای اندازه‌گیری نسبت تغییرات انرژی یک موج صدایی در واحد زمان در یک سطح، فشار یا شدت صدا می‌گویند. یکای اندازه گیری فشار یا شدت صدا، دسی‌بل است. دسی‌بل، واحد اندازه گیری بر اساس لگاریتم است.
توجه داشته باشید! که اضافه کردن ۶ دسی‌بل فشار صدا را دو برابر می‌کند و کم کردن ۶ دسی‌بل فشار هوا را نصف می‌کند.

موج صوتی چیست؟

قبل از اینکه بدانید صدا چیست و چگونه تولید میشود؟ باید بدانید که موج صدا مهمترین فاکتور در تولید صدا است. موج صوتی چیست؟ هر چیزی مثل ضربه، فشار و… مولکول‌های هوا، آب یا هر چیز دیگر را به حرکت در می‌آورد. مولکول‌های هوا عقب و جلو می‌روند و این حرکت را به سایر مولکول‌های مجاور منتقل می‌کنند و یک واکنش زنجیره‌ای را به راه می‌اندازند.

انرژیی که از یک ذره به ذره‌ی دیگر منتقل می‌شود، موج صوتی را ایجاد می‌کند. پس مولکول‌های هوا به طور مستقل پرده گوش شما را نمی‌لرزانند، در واقع موج‌های صوتی هستند که از طریق این مولکول‌ها باعث لرزش پرده گوش میشوند.

خصوصیات امواج صوتی

حال که دانستید موج‌های صوتی مهم‌ترین فاکتور در تولید صدا هستند و همچنین متوجه شدید صدا چیست و چگونه تولید میشود؟ خوب است در مورد خصوصیات آن نیز اطلاع داشته باشید. در ادامه هر کدام از خصوصیات امواج صوتی را به تفصیل بیان می‌کنیم.

فاز های امواج صوتی

از مهم‌ترین ویژگی‌های امواج صوتی، فاز‌های آن است. تا به اینجا با روند کلی تولید امواج صوتی و صدا آشنا شده اید. موج‌های صوتی دارای فازهای مختلفی هستند که بر اساس درجه، اندازه گیری می‌شوند. برای بیان فاز‌های موج صوتی لازم است به مثال زیر توجه و دقت داشته باشید.

فرض کنید سنگ ریزه‌ای درون برکه انداخته می‌شود. آب ابتدا به سمت پایین و سپس به سمت بالا حرکت می‌کند. پایین و بالا رفتن آب در نقطه‌ی برخورد سنگ ریزه، دایره‌های هم مرکزی را ایجاد می‌کند که به مرور از نقطه‌ی مرکزی دور می‌شوند.

بالا و پایین رفتن آب، امواج صوتی را ایجاد می‌کند که به مرور زمان از شدت این موج‌ها کاسته می‌شود و در نهایت ارتعاش‌شان با تمام شدن انرژی، به پایان می‌رسد. به این نکته توجه داشته باشید! مهم نیست که موج‌های صوتی در واسطه آب ایجاد شوند یا هوا، در هر صورت همین اتفاق رخ می‌دهد.

برای مثال طبلی را در نظر بگیرید که ضربه‌ای به آن زده می‌شود. سطح طبل ابتدا پایین رفته و سپس به سمت بالا می‌رود. زمانی که سطح طبل بالا می‌آید، مولکول‌های هوا را به یکدیگر می‌فشارد و موج‌های صوتی را ایجاد می‌کند.
خوب است بدانید! موج‌های صوتی از دو فاز پایه تشکیل شده اند: فشرده شدن و رقیق شدن.

در مثال طبل، زمانی که سطح طبل به سمت پایین می‌رود، ذرات هوای پیرامون سطح طبل که حالا یک فضای خالی را زیر خود یافته اند، به سرعت به آنجا می‌شتابند تا بدین ترتیب یک فضای فشار منفی به دلیل پخش شدن ذرات هوا ایجاد شود. این اتفاق «رقیق شدن» نام دارد. در واقع رقیق شدگی زمانی اتفاق می‌افتد که فشار نسبی هوا کاهش پیدا کند.

اما زمانی که سطح طبل به سمت بالا بر می‌گردد، مولکول‌های هوا فشرده می‌شوند. این اتفاق «فشرده شدن» نام دارد. زمانی که فشار نسبی هوا افزایش پیدا کند، فشردگی یا فشرده شدن اتفاق می‌افتد.

انواع امواج صوتی

از دیگر خصوصیات موج‌های صوتی می‌توان به این مورد اشاره کرد که در انواع مختلفی وجود دارند که در ادامه آن‌ها را معرفی می‌کنیم.

• امواج صوتی طولی: در امواج صوتی طولی، حرکت ذرات محیط با جهت انتشار موج، موازی است. اصواتی که در طول روز می‌شنویم و از طریق هوا انتقال می‌یابند، از این نوع هستند.
• امواج صوتی عرضی: در امواج صوتی عرضی، حرکت ذرات محیط عمود بر راستای انتشار موج است. صدای موج‌های دریا نمونه‌ای از یک موج عرضی است.
• امواج صوتی مکانیکی: همان طور که متوجه شدید ذرات هوا جا به جا می‌شوند و واکنش زنجیره‌ای را ایجاد می‌کنند. اگر یک ذره از حالت تعادل خود خارج و جابه جا شود، مولکول‌های مجاور را فشار داده یا می‌کشد و باعث می‌شود که آن‌ها دچار لرزش و ارتعاش شوند. این فشار و کشش، امواج صوتی مکانیکی نامیده می‌شوند.
• امواج صوتی فشار: متوجه شدید که موج‌های صوتی، دو فاز فشرده شدن و رقیق شدن دارند. همان طور که موج‌ها فشرده یا رقیق می‌شوند، مناطق آن‌ها هم بین الگو‌های فشار کم و فشار بالا در نوسان است. به این الگو‌ها امواج صوتی فشار یا فشار آکوستیک می‌گویند. معمولا برای اندازه‌گیری فشار صوت در هوا از میکروفون و برای اندازه گیری فشار صدا در آب، از هیدروفون استفاده می‌کنند.

فرکانس یا بسامد امواج صوتی

پس از اینکه متوجه شدید صدا چیست و چگونه تولید میشود؟ باید بدانید نقش فرکانس در تولید صدا چیست؟
موج‌های صوتی به صورت حرکات دایره‌ای و بسیار سریع می‌چرخند؛ به طوری که در هر ثانیه سیکل‌های متعدد فشار مثبت و منفی را طی می‌کنند. به یک دور ۳۶۰ درجه، سیکل می‌گویند. به عبارتی بسامد یا فرکانس، تعداد نوسانات یک موج بر واحد زمان است که در موسیقی کاربرد بسیاری دارد.

فرکانس نشان دهنده تعداد سیکل‌های یک موج صوتی در ثانیه است. واحد اندازه گیری فرکانس، هرتز است که به طور مخفف به صورت Hz نشان داده می‌شود. در واقع هرتز واحد اندازه گیری است که نسبت سیکل بر ثانیه را نشان می‌دهد. جالب است بدانید؛ ما انسان‌ها قادر به شنیدن موج‌های صوتی ۲۰ الی ۲۰ هزار هرتز در ثانیه هستیم. بر این اساس، امواج، به دو دسته امواج اینفراسونیک (امواج فروصوت) و امواج اولتراسونیک (امواج فراصوت) تقسیم می‌شوند.

• امواج اینفراسونیک یا فرو صوت: این امواج صوتی فرکانسی زیر ۲۰ هرتز دارند. با اینکه برای گوش انسان قابل شنیدن نیستند. حیواناتی مانند: نهنگ ها، اسب‌های آبی، کرگدن ها، فیل‌ها و تمساح‌ها به راحتی با این امواج با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. دانشمندان از این دسته امواج برای پیش بینی فوران آتش فشان یا زلزله، بررسی فعالیت قلب یا تهیه‌ی نقشه‌ی شکل گیری نفت زیر زمین استفاده می‌کنند.
• امواج اولتراسونیک یا فراصوت: این امواج صوتی فرکانسی بالای ۲۰ هرتز دارند و برای گوش انسان قابل شنیدن نیستند. با این حال از این امواج در پزشکی و بررسی اندام‌های داخلی استفاده می‌شود. خفاش‌ها برای یافتن موانع و جای طعمه، از امواج اولتراسونیک استفاده می‌کنند.

حتما در مورد زیر و بم بودن صدا شنیده اید. مقیاس اندازه گیری زیر و بم بودن صدا، فرکانس است. به گونه‌ای که هرچه فرکانس بالاتر باشد، صدا زیر‌تر می‌شود. در واقع با دو برابر کردن فرکانس صدا، صدا یک اکتاو زیر‌تر می‌شود. اگر فرکانس صدا نصف گردد، صدا یک اکتاو بم‌تر می‌شود.

دوره تناوب امواج صوتی

به مدت زمانی که یک موج، سیکل ۳۰ درجه‌ای خود را کامل می‌کند، دوره تناوب می‌گویند. واحد اندازه گیری دوره‌ی تناوب، زمان است که معمولا با ثانیه یا میلی ثانیه بیان می‌شود. فرکانس‌های بالاتر، دارای دوره تناوب کمتر هستند، در حالی که فرکانس‌های پایین‌تر دارای دوره تناوب بیشتر هستند.

طول امواج صوتی

به مسافتی که یک موج با کامل کردن سیکل خود می‌پیماید، طول موج می‌گویند. در واقع به فاصله‌ی بین دو فرو رفتگی و یا قله موج در یک چرخه‌ی نوسانی، طول موج گفته می‌شود. فرکانس‌های بالاتر، دارای طول موج کوتاه هستند، در حالی که فرکانس‌های پایین‌تر دارای طول موج‌های بلند‌تر هستند.

دامنه امواج صوتی

به میزان تغییرات فشار، محدوده و شدت نیروی ایجاد شده توسط یک موج صوتی، دامنه صوت می گویند. موج هایی که دامنه بالا دارند، میزان فشردگی و رقیق ‌شدگی آن ها هم بالا است. در حالی که موج هایی که میزان فشردگی و رقیق ‌شدگی آن ها پایین است، دامنه پایینی دارند. هرچه دامنه بیشتر باشد، صدا بلند تر است و هرچه دامنه کمتر باشد، صدا نیز کمتر خواهد بود.

صدا چگونه تولید میشود؟

یکی از مهم‌ترین سوالات کاربران این است که صدا چیست و چگونه تولید میشود؟ در ادامه به طور کلی این موضوع را بررسی می‌کنیم.

صدا را می‌توان نتیجه ارتعاش اجسام دانست. در واقع ارتعاش باعث ایجاد انرژی و درنتیجه همان صدا، می‌شود. این ارتعاش می‌تواند از آب، هوا یا جامدات عبور کند. در بیشتر مواقع صدایی که ما می‌شنویم، حاصل ارتعاش مولکول‌های هوا است. یعنی واسطه مورد نظر ما هوا است. البته صدا از ارتعاشات مولکول‌های انواع ماده به یکدیگر تولید می‌شود. در منابع و سایت‌های مختلف به جای عبارت ماده، از هوا استفاده شده است. زیرا در حالت استاندارد، اصواتی که در طول روز می‌شنویم در اثر برخورد مولکول‌های هوا به یکدیگر تولید می‌شوند و این موج‌های صوتی به گوش می‌رسند.

البته همیشه هم اینطور نیست. برای مثال: موج صوتی حاصل از افتادن یک ماگ سرامیکی بر روی زمین از مولکول‌های جامد عبور میکند، به مولکول‌های گاز منتقل میشوند و سپس به گوش ما میرسد. یا صدای شیرجه زدن در استخر نیز مولکول‌های مایع و گاز را مرتعش میکند.

اگر دقیق‌تر و علمی‌تر بخواهیم بگوییم، با تغییر فشار هوای مثبت و منفی، امواج، صدا تولید می‌شوند. انرژی که در این حالت برای تولید صدا صرف می‌شود، انرژی آکوستیکی نام دارد. در واقع بدین گونه است که ارتعاش اولیه، مولکول‌های هوای مجاور را تکان می‌دهد و آن‌ها نیز به نوبه‌ی خود، دیگر مولکول‌های هوای مجاور را تکان می‌دهند. این موضوع باعث ایجاد یک زنجیره می‌شود. موج‌های حاصل از این ارتعاش به گوش شنونده می‌رسد و شنونده می‌تواند صدا را بشنود. تولید موج تا زمانی که فشار هوا به تعادل برسد ادامه می‌یابد.

برای مثال: زمانی که زنگوله‌ای تکان می‌خورد، فلز آن مرتعش می‌شود. منظور از مرتعش شدن این است که با سرعتی معین، بالا و پایین یا عقب و جلو می‌رود. صدا به صورت امواج در هوا حرکت می‌کند.

نحوه شنیدن صوت به این گونه است که لاله‌ی گوش صدا را جمع کرده و به مجرای گوش می‌برد، صدا پس از وارد شدن به گوش، از طریق استخوان‌های کوچک گوش به ترتیب از بیرون به داخل: استخوان چکشی، سندانی، رکابی منتقل و از دریچه بیضی عبور میکند و در نهایت به پرده‌ی گوش برخورد می‌کند و آن را می‌لرزد. در نتیجه گیرنده‌ها تحریک شده و پیام عصبی ایجاد می‌شود. مغز پیام عصبی را دریافت کرده و ما گوش صدا را می‌شنویم.

منبع صدا

شاید برایتان سوال شده باشد! که چه چیزی می‌تواند عامل به وجود آورنده صدا یا منبع صوت باشد؟ پاسخ این سوال خیلی ساده است؛ هر چیزی که صدا تولید کند. مانند: حنجره، اسپیکر، سیستم صوتی خودرو، سیستم صوتی خانگی، صدای برخورد درب به هنگام بسته شدن و غیره. بسیاری از منابع صدا به صورت مصنوعی با تکنولوژی روز دنیا به دست بشر ساخته شده اند. ابزاری مانند: انواع بلندگو ها، ساز‌های موسیقی و… . انواع صدا‌ها به روش‌های گوناگون به گوش ما می‌رسند؛ مثلا برای گوش کردن موسیقی در خودرو، استفاده از دستگاهی مانند کامپوننت لازم است.

انتقال صدا از طریق دکل‌های مخابراتی

برقراری ارتباط از راه دور با دیگران یکی از نیاز‌های مهم و حیاتی بشر به شمار میرود. از زمان هخامنشی که افراد با چاپار و ارسال نامه با یکدیگر ارتباط می‌گرفتند تا الان که با نصب دکل‌های مخابراتی و آنتن‌های مخابراتی یا دکل اینترنت BTS به سرعت نور میتوان با دورترین نقطه ارتباط برقرار کرد. هرروزه صدا و امواج صوتی دائما در حال انتقال و حرکت هستند.

انتقال صدا از طریق دکل به این صورت است که: آنتن‌های موجود در دکل به سیگنال‌های بی‌سیم از دستگاه‌های تلفن همراه در محدوده اطراف خود گوش می‌دهند و آن را دریافت می‌کنند. سپس سیگنال را به تراشه‌های توان منتقل کرده و به تجهیزات مدیریت فرکانس ارسال می‌کنند. که برای اطلاعات بیشتر میتوانید مقاله دکل مخابراتی چیست؟ را مطالعه کنید.

جمع بندی آنچه مطالعه کردید.

باملو مگ در این مقاله با زبانی ساده و در عین حال تخصصی درباره چیستی صدا و انواع آن، موج صوتی، چگونگی تولید صدا، نقش دکل‌های مخابراتی در انتقال صدا و … توضیح داده تا نقاط مبهم ذهنتان را روشن کند. امیدواریم در این مقاله به بخش وسیعی از سوالات شما در این زمینه پاسخ داده باشیم تا بتوانید با آشنایی در مورد اصول و نحوه کار در زمینه‌ی سیستم‌های صوتی خانگی و خودرو مانند کامپوننت و دکل‌ها و آنتن‌های مخابراتی و BTS خریدی هوشندانه داشته باشید.