الصوت وخصائصه

بحسب الموسوعة البريطانية الصوت هو اضطراب ميكانيكي عن حالة توازن, تنتشر وسط مادة مرنة (1). فالصوت حركة اهتزازية، تولدها مادة مهتزة بتواتر محصور بين حدين. هذه الحركة الاهتزازية تتخذ شكل موجات في الهواء.

عندما يهتز شيء ما والذي يدعى مصدر الصوت, فإنه يضغط طبقات الهواء القريبة منه ومن ثم ينتقل الضغط إلى الطبقات المجاورة، ويتحرك الاضطراب كأمواج عبرالهواء حتى يصل إلى الأذن. تلتقط الأذن هذه الاهتزازات, وفي الأذن الوسطى يتم تحويل الاهتزازات إلى موجات ضغط. يتم تمرير هذه الموجات (الذبذبات ) إلى الجزء الذي يدعى القوقعة (هوالجزء الحلزوني داخل الأذن الداخلية) عبر السائل الموجود داخلها مما يتسبب في إحداث موجات أشبه بموجات البحر. تلتقط الخلايا الشعرية (الموجودة داخل القوقعة) هذه الذبذبات وتتحول الذبذبات إلى إشارات كهربائية عصبية يمكن لأدمغتنا تفسيرها والتي تنتقل عبر العصب السمعي إلى المخ الذي يقوم بترجمتها إلى أصوات مفهومة يسهل التعرف عليها. (4)

ولأن الصوت ينتقل كموجة فنستطيع قياس طول الموجة, والارتفاع, والسرعة. كما يمكننا قياس الدور(الطور) والتردد. لنأخذ المثال التالي: لنربط أحد نهايتي حبل بجدار ونمسك بالطرف الآخر للحبل. نهز للحبل للأعلى والأسفل. فتتشكل موجة.

يكون التردد هوعدد الموجات في فترة محددة. حوالي الثانية الواحدة يمكنك بالحبل من صنع موجتين. لذا فالتردد الذي تصنعه هو موجتين في الثانية الواحدة. 

أما الدور فيقصد به الزمن الذي تستغرقه لصنع موجة واحدة. فإذا عدنا لمثالنا, بما أنك تستطيع أن تصنع موجتين في الثانية الواحدة, لذا أنت تستطيع في نصف ثانية أن تصنع موجة واحدة, وهذا ما ندعوه الدور. فالدور في هذا المثال هو الزمن الذي تستغرقه لصنع موجة واحدة وهو نصف ثانية.

لنكتب ذلك في قانون رياضي: التردد= عدد الموجات في فترة محددة/ الزمن الذي تستغرقه الموجة الواحدة في تلك الفترة

لنطبق على مثالنا: التردد = 2/1=2 موجة في الثانية والمعرف أنه تردد الموجة الصوتية ويسمى تقليدياً بالهرتز ويتم تمثيله ب f . وهناك علاقة بين تردد الموجة وزمنها

بالمقارنة تبدو الموجات في الصورة الأولى قريبة أكثر من الخط الأحمر الذي يعبرها في الوسط. وهذا الخط هو خط السكون. بينما تبدو الموجات في الصورة الثانية مرتفعة أكثر عنه. وهي تمثل أحد خصائص الصوت وهي الشدة. فكلما زادت شدة الموجات صار الصوت أكثر قوة, على الرغم أن كلى الموجتين على تردد واحد.

وتبدو الموجات في الصورة الثانية متمددة لو قارناها مع موجات الصورة الثالثة. أي كل موجة في الصورة الثانية تماثل موجتين من الصورة الثالثة. وهذه تمثل خاصة أخرى من خصائص الصوت تمثل حدة الصوت. فكلما كانت الموجة أطول فترددها أقل وتعني أنها تمثل صوتاً أغلظ.

نستنتج أن الترددات العالية تعني موجات قصيرة, وموجات كثيرة في وحدة الزمن وتمثل صوتاً حاداً. بينما الترددات الصغيرة تعني موجات طويلة وموجات قليلة وتمثل صوتاً غليظاً.

تمثل الصورة التالية موجة صوتية لصوت قطار.

بالمقارنة مع الموجات السابقة نجد أن الموجة غير منتظمة وليس لها تماثل في الحجم والمسافة بين الأمواج. وهذا ما يميز الصوت الموسيقي من الأصوات الأخرى. 

فكل الأصوات التي نسمعها هي عبارة عن أمواج تنتقل في الهواء، لكن الاختلاف الذي يجعل الأصوات تكون موسيقية هو تنظيم وترتيب موجات الصوت, فكل نغمة نسمعها هي نوع معين من الصوت, وتكون الاهتزازات التي تنتج منها منظمة، ولها الحجم والمسافة نفسها. (2)

ولكن هناك خاصة أخرى للصوت وهي طابع الصوت. فحتى لو كانت هناك آلتان موسيقيتان تعزفان ذات النغمة سيكون هناك اختلاف في شكل الموجة. لنقارن بين موجتين لعلامتين موسيقيتين من ذات السلم الموسيقي وعلى ذات التردد ولكن من آلتين مختلفتين. 

هذا ما نستطيع أن ندعوه طابع الصوت، الذي يميز بين حتى بين صوتين متماثلين في الشدة والمدة والارتفاع.
وهذا ما يجعلنا نفهم كيف نستطيع تمييز أصوات الآلات المختلفة حتى لو كانت تعزف اللحن ذاته. وهذا الاختلاف لا شك له علاقة بالمادة التي تصنع منها الآلة، وطريقة إصدار الصوت، وطريقة العزف، والمسافة التي ينتشر بها الصوت.(3)

ومن الجدير بالذكر هنا أنه من غير الدقيق تضييق مفهوم الصوت وحصره بما تسمعه الأذن. فهناك أصوات لا تسمعها الأذن البشرية، مثل تلك التي تنتجها صفارات الكلاب أو أجهزة السونار(1) فنطاق تردد السمع "الطبيعي" للمرء السليم يتراوح ما بين 20 إلى 20000 هرتز. ومع تقدمنا في العمر، قد لا نسمع الترددات العالية، ويمكننا أن نتوقع سماع ما يصل إلى حوالي 14000 هرتز فقط في منتصف العمر. يتطور فقدان السمع المرتبط بالعمر (أو الصمم) بشكل طبيعي مع تقدمنا في العمر. كما يمكن أن يبدأ سمعنا في التدهور نتيجة عوامل خارجية ، أو في حالات مرضية (1).

المراجع

• https://www.britannica.com/science/sound-physics/The-ear-as-spectrum-analyzer
• Musikens Grunder, önskeboken för alla musikintresserade, Hans Renner, Bokförlaget Prisma Magnum, Stockholm, printed i Finland by Warner Söderström Oy 1988.
• 4كتاب النظريات الموسيقية و الهارموني تأليف شادي كرم- نزار قرفول- ديسم جلو -عمر جمول و إشراف و تقديم فيكتور بابينكو من صفحة ١١ لصفحة ١٧
   
• How the ear works? University of Maryland Medical Center. https://www.umms.org/ummc/health-services/hearing-balance/patient-information/how-ear-works