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 .............................................................................