Uploaded by dania alrifai

INTRODUCTION-ACOUSTICS-2023--Eng.Rami Kseiry

advertisement
‫‪ACOUSTICS‬‬
‫‪Eng. Rami Kseiry‬‬
‫‪INTRODUCTION‬‬
‫‪SOUND [n] vibrations that travel through the air or another medium and can be heard when they‬‬
‫‪reach a person’s or animal’s air.‬‬
‫الصوت ‪:‬اهتزازات) ميكانيكية (تنتقل عبر الهواء أو أي وسط آخر‪ ،‬ويمكن سماعها لدى وصولها إلى أذن الكائن الحي) إنسان أو حيوان)‬
‫‪AUDIO [adj.] sound, especially when recorded, transmitted or reproduced.‬‬
‫التسجيالت الصوتية ‪:‬الصوت عندما يتم تسجيله أو إرساله أو إعادة إنتاجه‪.‬‬
‫‪ACOUSTIC [n] the properties or qualities of a room or building that determine how sound is‬‬
‫‪transmitted in it.‬‬
‫فيزياء الصوت ‪:‬الخواص الصوتية أو جودة الصوت في غرفة أو مبنى معين‪ ،‬والتي تحدد آلية انتشار الصوت في املكان املعني‪.‬‬
‫‪ACOUSTICIAN [n] an expert in the branch of physics concerned with the properties of sound.‬‬
‫مهندس الصوت ‪:‬خبير في مجال الفيزياء املتعلق بدراسة خواص الصوت‪.‬‬
‫‪VOICE [n] the sound produced in a person’s larynx and uttered through the mouth, as speech or‬‬
‫‪song.‬‬
‫الكالم‪ :‬الصوت الصادر عن حنجرة الفرد‪ ،‬وينطق من خالل الفم على شكل كالم أو أغنية‪.‬‬
‫الطيف الترددي الصوتي ‪THE SOUND FREQUENCY SPECTRUM‬‬
‫ينقسم هذا الطيف إلى ثالثة نطاقات رئيسية‪ ،‬وهي مرتبة كما يلي‪:‬‬
‫‪ -1‬الترددات الواقعة تحت مجال السمع لإلنسان) تحت ‪Inaudible (subsonic) range/ Infrasonic (16 Hz‬‬
‫يمكن توليدها من قبل الزالزل والرياح‪ ،‬وتشعر بها املواش ي والحيوانات ويمكنها أن تعطي تحذيرات مبكرة عن الكوارث الطبيعية‬
‫واالضطرابات الجوية‪ .‬مازالت الترددات الواقعة ضمن هذا النطاق قيد الدراسة والبحث‪ ،‬وهي مبهمة بالنسبة للعلماء ولم يتم التوصل‬
‫ألي آلية الستثمارها) كالتنبؤ بالزالزل(‪...‬‬
‫‪-2‬النطاق الصوتي ألذن اإلنسان‪ ،‬يتراوح بين ]‪audible (sonic) range [16Hz-20KHz‬‬
‫‪-3‬ترددات األمواج فوق الصوتية يمتد من ‪ 20KHz‬حتى أجزاء من ‪ ، Inaudible (ultrasonic) range .GHz‬ومن أهم‬
‫التطبيقات التي يمكن ذكرها حول األمواج فوق الصوتية كل مما يلي‪:‬‬
‫‪-1‬إرسال املوجة وانعكاسها عن األجسام الداخلية مثل جهاز اإليكو الذي يرسل نبضات فوق‬
‫صوتية نحو رحم املرأة للكشف عن الجنين ويتم تحميل مواصفات الجنين على هذه املوجة‬
‫وبانعكاسها عن الجسم الهدف تعود نحو الجهاز الذي يعالج ويحلل املوجة املنعكسة على شكل‬
‫صورة أو فيديو‪.‬‬
‫‪2‬السونار ‪:‬إرسال نبضات لكشف األجسام الواقعة في قاع البحار واملحيطات مايمكن من معرفة‬
‫العوائق التي تحيط بالسفن والبواخر مثال‪ ،‬ويمكن حساب املسافة بين الباخرة والعائق من خالل‬
‫جداء زمن انعكاس املوجة عن العائق بسرعة انتشار الصوت في املياه‪.‬‬
‫‪ACOUSTICS‬‬
‫‪Eng. Rami Kseiry‬‬
‫يعد التردد خاصية هامة جدا في الصوت‪ ،‬ويمكن لإلنسان االستجابة إلى ترددات معينة وفي الحالة الطبيعية تستطيع األذن الطبيعية‬
‫الكشف عن االهتزازات الواقعة بترددات بين ‪ .16-20000Hz‬ويقسم املجال الترددي املسموع بشكل صحيح من أذن اإلنسان إلى‬
‫سبعة نطاقات ترددية ولكل منها جودة صوت مختلفة‪ ،‬وهي على الترتيب كمايلي‪:‬‬
‫‪ -1‬سوية الصوت األدنى ]‪Sub-Bass [16-60 Hz‬‬
‫‪ -2‬سوية الصوت الدنيا ]‪ :Bass [60-250 Hz‬يقع صوت اإلناث والذكور ضمن هذا املجال‬
‫‪-3‬املجال املنخفض من سوية الصوت املتوسطة ]‪ : Low-Midrange [250-500Hz‬يمكن أن تكون بعض أصوات الذكور واإلناث‬
‫واقعة ضمن هذا النطاق‬
‫‪ -4‬سوية الصوت املتوسطة ]‪Midrange [500-2000Hz‬‬
‫‪-5‬املجال العالي من سوية الصوت املتوسطة ]‪Upper Midrange [2000-4000Hz‬‬
‫‪-6‬املجال املنخفض من سوية الصوت العالي ]‪Lower Treble [4000-6000Hz‬‬
‫‪-7‬سوية الصوت الفائقة ]‪Brilliance [6000-20000Hz‬‬
‫تمت اإلشارة آنفا إلى أن الكون يتكون بشكل عام من ثالثة محددات هي الزمكان‬
‫والطاقة والقوى‪ ،‬ويعتبر الصوت طاقة تنتشر عبر سطح محدد وخالل زمن معين‪،‬‬
‫وعليه يمكن تعريف شدة الصوت) الطاقة الصوتية ‪( Sound Intensity‬بالعالقة‬
‫اآلتية‪:‬‬
‫𝐲𝐠𝐫𝐞𝐧𝐞‬
‫𝐞𝐦𝐢𝐭‪⁄‬‬
‫𝐰 𝐏‬
‫= )𝐲𝐭𝐢𝐬𝐧𝐞𝐭𝐧𝐢(𝐈‬
‫=‬
‫]𝟐 ‪[ ⁄‬‬
‫𝐦‬
‫𝐚𝐞𝐫𝐚‬
‫𝟐𝐑𝛑𝟒‬
‫يالحظ من العالقة السابقة وجود عالقة عكسية ما بين شدة الصوت واملسافة عن املنبع الصوتي‪ ،‬وتشكل النقاط التي تبعد نفس‬
‫املسافة عن املنبع دائرة يعبر عنها بالفراغ بسطح كروي تحسب مساحته وفق العالقة‪ .4πR2 :‬وبالتالي كلما زادت املسافة عن املنبع‬
‫‪1‬‬
‫تقل شدة الصوت) الطاقة الصوتية (وفق‪ .I ∝ R2 :‬أي لدى ازدياد شدة املنبع الصوتي ‪ 10‬مرات فإن هذا سيؤدي إلى انخفاضها ‪100‬‬
‫مرة من أجل مسافة ‪ R‬محددة ‪.‬البد من اإلشارة إلى أن شدة الصوت تقاس ب ] ‪ .[w⁄m2‬وترمز بالرمز ‪.I‬‬
‫𝑠‪J⁄‬‬
‫‪w‬‬
‫‪I= 2= 2‬‬
‫‪m‬‬
‫‪m‬‬
‫بناء على ماسبق يمكن تعريف شدة األمواج الصوتية على أنها الطاقة املحمولة على املوجة خالل واحدة الزمن عبر وحدة املساحات‬
‫املوازية التجاه انتشار املوجة‪ ،‬وبما أن الشدة هي كمية الطاقة خالل واحدة الزمن فإنه يتم تعريف شدة الصوت ب‪ :‬القدرة التي‬
‫تنتشر عبر وحدة املساحات املوازية التجاه انتشار املوجة‬
‫استنادا إلى هذا التعريف يستنتج أن الشدة الصوتية تعتمد على العوامل اآلتية‪:‬‬
‫𝑓‪ -‬تردد املوجة الصوتية ]‪[Hz‬‬
‫‪2 2‬‬
‫‪f A Dv‬‬
‫𝐴‪-‬مطال املوجة الصوتية ]‪[dB‬‬
‫∝‪I‬‬
‫‪3‬‬
‫‪R2‬‬
‫𝐷‪-‬كثافة الجزيئات في الوسط ] ‪[m‬‬
‫𝑣‪ -‬سرعة الصوت في الوسط] ‪[m. s −1‬‬
‫𝑅‪ -‬املسافة من املنبع الصوتي نحو النقطة قيد املتابعة واالهتمام‪[m] .‬‬
‫يوجد مايسمى ضغط الصوت ‪ Sound Pressure‬الناتج عن تغير الضغط الجوي بفعل الطاقة الصوتية في الحيز املدروس‪ ،‬يقاس‬
‫ضغط الصوت بواحدة الباسكال ‪.Pa ≡ N⁄m2‬‬
‫‪ACOUSTICS‬‬
‫‪Eng. Rami Kseiry‬‬
‫تم قياس الشدة الصوتية وضغط الصوت للعديد من القيم املعيارية‪ ،‬سيتم تنظيمها وفق الجدول اآلتي‪:‬‬
‫الشدة الصوتية ‪w⁄‬‬
‫الضغط الصوتي ‪N⁄‬‬
‫املثال‪/‬األثر‬
‫‪m2‬‬
‫‪m2‬‬
‫‪−12‬‬
‫‪−5‬‬
‫عتبة السمع عند ‪1KHz‬‬
‫‪10‬‬
‫‪2 × 10‬‬
‫حفيف أوراق الشجر‬
‫‪63 × 10−6‬‬
‫‪10−11‬‬
‫‪−4‬‬
‫‪−10‬‬
‫الهمس على مسافة ‪1m‬‬
‫‪2 × 10‬‬
‫‪10‬‬
‫‪−9‬‬
‫‪−5‬‬
‫منازل هادئة‬
‫‪10‬‬
‫‪63 × 10‬‬
‫منازل بضجيج متوسط‬
‫‪2 × 10−3‬‬
‫‪10−8‬‬
‫موسيقا ناعمة‪ /‬مكاتب بضجيج متوسط‬
‫‪63 × 10−4‬‬
‫‪10−7‬‬
‫‪−2‬‬
‫‪−6‬‬
‫محادثة طبيعية‬
‫‪2 × 10‬‬
‫‪10‬‬
‫زحمة سير خانقة ‪/‬مكاتب بضجة صاخبة‬
‫‪63 × 10−3‬‬
‫‪10−5‬‬
‫‪−4‬‬
‫‪−1‬‬
‫غرف إلقاء محاضرات ‪/‬أجهزة راديو بصوت عالي‬
‫‪10‬‬
‫‪2 × 10‬‬
‫‪−2‬‬
‫‪−3‬‬
‫سيارات ومركبات ثقيلة ‪ /‬أذى لدى التعرض املستمر‬
‫‪63 × 10‬‬
‫‪10‬‬
‫ضجة مصانع ومعامل ‪ /‬أذى لدى التعرض لفترة‪8h/day‬‬
‫‪2 × 10−1‬‬
‫‪10−2‬‬
‫‪−1‬‬
‫أذى لدى التعرض لبعض املنابع الصوتية ملدة‪0.5h/day‬‬
‫‪6.3‬‬
‫‪10‬‬
‫سماع آالت حفر الصخور على بعد ‪ / 2m‬تشكل عتبة األلم عند اإلنسان‬
‫‪20‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫الطيارات النفاثة على مسافة ‪ / 30m‬ألم شديد وأذى خالل ثواني‬
‫‪200‬‬
‫‪10‬‬
‫ثقب طبلة األذن‬
‫‪4‬‬
‫‪I‬‬
‫وضع الكسندر ابراهام بيل تعريف لسوية شدة الصوت املتمثلة بشدة الصوت الحقيقية ‪ I‬منسوبة إلى قيمتها املرجعية ‪ Io‬وفق ‪،I‬‬
‫‪I‬‬
‫‪O‬‬
‫ومن أجل تسهيل إجراء الحسابات أخذت هذه النسبة وفق مقياس لغاريتمي فتصبح العالقة لبيل على الشكل اآلتي‪ .log I :‬لكن‬
‫‪O‬‬
‫عادة ما يتم إجراء القياسات بواحدة الديسيبل وفق العالقة اآلتية‪:‬‬
‫‪I‬‬
‫في هذه املعادلة يتم تعويض الشدة الصوتية) 𝟐𝒎‪𝑰(𝒘⁄‬‬
‫‪dB = 10. log‬‬
‫‪IO‬‬
‫من أجل معرفة مجال شدة الصوت بالديسيبل لتحسس أذن اإلنسان تؤخذ بالحسبان شدة الصوت لكل من عتبة السمع الطبيعي‬
‫املقابلة ل ‪ ،10−12 w⁄m2‬وعتبة األلم املحددة ب ‪ .1 w⁄m2‬ويتم تعويضها في املعادلة السابقة عندها يتم الحصول على‬
‫املجال الذي يراوح ما بين ]‪ .[0 − 120dB‬يالحظ من املعادلة السابقة أنه لدى تضاعف شدة الصوت بمقدار مرتين فإن هذا‬
‫سيؤدي إلى ازدياد الديسيبل بمقدار ‪ . 3dB‬تجدر اإلشارة إلى أن غالبية األصوات البشرية تحدث عند ‪ ،60dB‬كما أن التعرض‬
‫لألصوات األعلى من ‪ 85dB‬يعتبر قاسيا ويؤثر على الصحة السمعية لإلنسان‪.‬‬
‫‪ACOUSTICS‬‬
‫‪Eng. Rami Kseiry‬‬
‫من أجل الحصول على الديسيبل من الضغط الصوتي ‪ ،N⁄m2‬يمكن التعويض في املعادلة التالية‪:‬‬
‫𝑃‬
‫) ‪dB = 20. log ; (𝑃𝑂 = 2 × 10−5 N⁄m2‬‬
‫𝑂𝑃‬
‫في حال كان هنالك أكثر من منبع صوتي جميعها تمتلك نفس الشدة الصوتية فمحصلة الشدة الصوتية لهذه املنابع مع بعضها تكون‬
‫وفق الجدول اآلتي (ويمكن حسابها من عالقة الديسيبل اآلنفة الذكر )‪ .‬بافتراض أن الشدة الصوتية ألحد املنابع هي 𝑩𝒅𝟐𝟔‬
‫عدد املنابع‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪3‬‬
‫‪4‬‬
‫‪5‬‬
‫‪10‬‬
‫‪15‬‬
‫‪20‬‬
‫‪50‬‬
‫‪100‬‬
‫محصلةالشدة الصوتية ‪( Total Intensity‬الديسيبل)‬
‫𝐵𝑑‪62‬‬
‫𝐵𝑑‪62 + 3 = 65‬‬
‫𝐵𝑑‪62 + 5 = 67‬‬
‫𝐵𝑑‪62 + 6 = 68‬‬
‫𝐵𝑑‪62 + 7 = 69‬‬
‫𝐵𝑑‪62 + 10 = 72‬‬
‫𝐵𝑑‪62 + 12 = 74‬‬
‫𝐵𝑑‪62 + 13 = 75‬‬
‫𝐵𝑑‪62 + 17 = 79‬‬
‫𝐵𝑑‪62 + 20 = 82‬‬
‫في حاالت عدم تطابق الشدة الصوتية ملنبعين صوتيين عندها تحسب املحصلة بإضافة قيمة معينة ألكبر شدة صوتية بينهما‪ ،‬وتحدد‬
‫القيمة املضافة من حاصل طرح شدتي الصوت للمنبعين كما هو محدد وفق الجدول اآلتي‪:‬‬
‫الفرق بين شدتي صوت املنبعين 𝑓𝑓𝑖𝐷‬
‫‪0÷1‬‬
‫‪2÷3‬‬
‫‪4÷9‬‬
‫أكبر من‪10‬‬
‫𝐵𝑑‪3‬‬
‫𝐵𝑑‪2‬‬
‫𝐵𝑑‪1‬‬
‫𝐵𝑑‪0‬‬
‫توجد قيم معيارية عاملية ينصح العمل وفقها عند تصميم نظام صوت لكل من الغرف واملنشآت اآلتية‪:‬‬
‫‪ -1‬غرف املؤتمرات ‪[30 ÷ 35 𝑑𝐵] Conference Room‬‬
‫‪ -2‬غرف مكتبية ‪[30 ÷ 40 𝑑𝐵] Office Room‬‬
‫‪ -3‬غرف مكتبية مفتوحة ‪[35 ÷ 45 𝑑𝐵] Open Plan Office‬‬
‫‪ -4‬منشآت صناعية ‪[65 ÷ 70 𝑑𝐵] Industrial Workplace‬‬
‫‪.............................................................................‬‬
Download