رابعاً: العمل في مجال الصوت

1. قياس الصوت

يستخدم العلماء وحدة، تسمى الديسيبل، في قياس مستوى شدة الصوت. والنبرة البالغ ترددها 3 آلاف هرتز، ومستوى شدتها صفر ديسيبل، هي فاصل عتبة السمع، أي ضعف صوت، تستطيع الأُذن البشرية الطبيعية أن تسمعه. ومستوى شدة الصوت، البالغ 140 ديسيبلاً، هو مؤشر عتبة الألم. ولا تُحدث الأصوات ذات 140 ديسيبلاً، أو أكثر، إحساساً بالسمع في الأذن، وإنما تُحدث إحساساً بالألم. ويبلغ الهمس نحو 20 ديسيبلاً، والمحادثة العادية نحو 60 ديسيبلاً. أما موسيقى الرقص الصاخبة، فقد تعطي نحو 120 ديسيبلاً (أُنظر شكل مستويات شدة بعض الأصوات ).

وهنالك وحدة، تسمى الفون، كثيراً ما تستخدم في قياس مستوى ارتفاع النبرات. ويساوي مستوى الارتفاع بوحدة الفون، لأي نبرة، مستوى الشدة بالديسيبل لنبرة ذات تردد ألف هرتز، تبدو في مثل ارتفاعها. فارتفاع النبرة، التي شدتها ديسيبلين، وترددها ألف هرتز، على سبيل المثال، هو 20 فوناً. وأي نبرة أخرى، تبدو بالارتفاع نفسه، بغض النظر عن ترددها وشدتها، ستعطي مستوى الارتفاع 20 فوناً. فالنبرة التي شدتها 80 ديسيبلاً، وترددها 20 هرتز، مثلاً، سيكون ارتفاعها 20 فوناً، إذا بدت في مثل ارتفاع النبرة، التي شدتها ديسيبلين، وترددها ألف هرتز.

2. التحكم في الصوت

    يُعنَى علم الصوتيات بالصوت وتأثيراته في الناس. وعلم الصوتيات البيئي أحد فروع علم الصوتيات، الذي يهتم بالتحكم في التلوث الضجيجي، والتخفيف من آثاره.

    ومصادر الضجيج عديدة، مثل: الطائرات ومواقع البناء والصناعات والسيارات والأجهزة المنزلية. والأفراد الذين يتعرضون للضجيج المرتفع، لفترات طويلة، قد يعانون فقدان السمع، المؤقت أو الدائم. كما أن الأصوات المرتفعة قصيرة المدى، مثل صوت طلقة البندقية، أو فرقعة الألعاب النارية، يمكن أن تضر بالأُذن. والضجيج المتواصل، حتى لو لم يكن صاخباً، يمكن أن يسبب الإرهاق والصداع، وفقدان السمع، والتوتر والغثيان.

    ويمكن التحكم في تلوث الضجيج بعدة طرق. فقد طوَّر مهندسو الصوتيات وسائل لتقليل الضجيج، الصادر عن كثير من الأجهزة. فكاتم الصوت، على سبيل المثال، يجعل محركات السيارات أهدأ. وفي المباني، يمكن استخدام الجدران السميكة الثقيلة، والأبواب والنوافذ، التي يمكن إحكام إغلاقها، وطرق مختلفة أخرى، لمنع تسرب الضجيج إلى الداخل. أما عمال المصانع والأفراد الآخرون، الذين يتعرضون لضجيج مكثف، فيجب أن يضعوا على آذانهم أجهزة حماية الأذُن لحماية أنفسهم من فقدان السمع.

    ويُعنَى علم الصوتيات، كذلك، بتهيئة ظروف جيدة، لإنتاج الحديث والموسيقى وسماعهما، في قاعات الاجتماعات وصالات الموسيقى وما شابهها. فعلى سبيل المثال، يسعى مهندسو الصوتيات للتحكم في ارتداد الصدى، وهو انعكاسات الصوت، إلى الخلف وإلى الأمام، من السقف والجدران والأرضية والسطوح الأخرى، في المجالس. وارتداد بعض الصدى ضروري لإنتاج أصوات سارة، ولكن كثرته يمكن أن تشوش الحديث أو الموسيقى. ويستخدم المهندسون الأشياء الماصة للصوت، مثل البلاط الخاص بالصوتيات والسجاد والستائر، والأثاث الداخلي المبطن، من أجل التحكم في ارتداد الصدى.

3. استخدام الصوت

    للصوت استخدامات كثيرة، في العلم، وفي الصناعة. فكثيراً ما يستخدم الجيوفيزيائيون الصوت، في التنقيب عن المعادن والنفط. ومن ذلك أنهم يجرون تفجيراً صغيراً، على سطح الأرض، أو تحت سطحها بقليل، فترتدّ موجات الصوت، الناتجة من طبقات الصخور تحت الأرض. وتدلُّ طبيعة الصدى، والفترة الزمنية، التي تستغرقها الموجات لبلوغ السطح، على نوع الطبقة الصخرية الموجودة وسمكها. وبهذه الكيفية، يستطيع الجيوفيزيائيون تحديد موقع التشكيلات الصخرية، التي يحتمل أن تكون غنية بالمعادن أو النفط. وهناك جهاز، اسمه السونار (اُنظر ملحق السونار) يستخدم موجات الصوت، في الكشف عن الأجسام الموجودة تحت الماء. وتستطيع السفن الحربية، باستخدامه، تحديد مواقع غواصات العدو. كما تستخدمه قوارب الصيد، في الكشف عن تجمعات الأسماك.

    يسمى الصوت، الذي يكون تردده أعلى من مدى السمع البشري، الموجات فوق الصوتية. وهي تُستخدم في تنظيف الساعات والأجهزة الدقيقة الأخرى، وفي اختبار المعادن واللدائن ومواد أخرى، في المصانع، وفي تشخيص أورام الدماغ وأمراض الكبد، والكشف عن الحصى في الحويصلة الصفراوية والكُلى، وأمراض أخرى. كما تهيئ الموجات فوق الصوتية، وسيلة مأمونة، نسبياً، للوقوف على نمو الجنين.

    وقد طوَّر العلماء والمهندسون عدة أجهزة، لتسجيل الصوت وإعادة إنتاجه. وتشمل هذه الأجهزة الميكروفون والسماعة (مكبر الصوت) والمضخِّم. ويحوّل الميكروفون موجات الصوت إلى إشارات كهربائية، تقابل نمط هذه الموجات. وتحوّل السماعة الإشارات الكهربائية، مثل تلك التي ينتجها الميكروفون، مرة أخرى، إلى صوت. أما المضخِّم، فيستخدم في معظم نُظُم إعادة إنتاج الصوت، لتقوية الإشارة الكهربائية، وتمكينها من تشغيل السماعة. ونحتوي كل نُظُم الخطاب العام والمذياع والفونوغراف والمسجل الصوتي والتليفزيوني، على الأقل، على مضخم واحد.

    وعند تسجيل الموسيقى، يعمد المهندسون، أحياناً، إلى إعداد تسجيلَين أو أكثر، من مكبرات صوت موضوعة في عدة أماكن، حول المصدر. فإذا شُغِّلت هذه التسجيلات معاً بطريقة صحيحة، لإعادة إنتاج الصوت، فإنها تعطي صوتاً مجسَّماً. وللصوت المجسَّم خصائص العمق والاتجاه، التي يتمتع بها الأصل. ولإعادة إصدار الصوت المجسم، عند الاستماع، يلزم أن يكون للجهاز مضخم وسمّاعة، لكل تسجيل على حِدة.