تحلیل یک موج صدا

درک صدا، صدا چیست؟

مهندسی صدا همان فرایند تولید و ساخت موزیک یا صدا می باشد. موزیک خود یک هنر است و نیمی از معنای صدا نیز در هنر تعریف می شود. در حالی که قسمت موسیقیایی این موضوع که مربوط به موزیک می باشد جالب، خلاقانه و اشتیاق برانگیز است، بدون وجود تکنیک های صدایی ضبط و ساخت آن امکان پذیر نمی باشد. خوشبختانه علم صدا بسیار جذاب و دلنشین است و جنبه های مهم آن چندان پیچیده نیستند. در ادامه به مفاهیم اولیه و پایه ای در مورد تحلیل یک موج صدا و چگونگی عملکرد صدا می پردازیم و همچنین به اصطلاحاتی که برای فهمیدن اصل موضوع نیاز خواهید داشت، اشاره می کنیم.

صدا چیست؟

صدا تغییر فشار مولکول های هوا است. از لحاظ فنی، صدا تقریبا همه جا وجود دارد، حتی زیر آب هم صدا شنیده می شود. اما اگر ضبط صدای وال ها یا احداث رادارهای سونار را در زیر آب نادیده بگیریم، نیازی نیست که در مورد چگونگی عملکرد صدا زیر آب نگران باشیم.

برای ایجاد این تغییرات فشاری، باید چند نیروی جنبشی وجود داشته باشد: لرزش یک رشته، ارتعاش در روی یک لایه، رزونانس ایجاد شده در نتیجه انرژی دار کردن یک محیط.

به محض اینکه یک از این اتفاقات بیفتد، مولکول هایی که با رشته، لایه یا محیط در ارتباط هستند نیز دارای انرژی می شوند. این مولکول ها، مولکول های اطراف خود را نیز به ارتعاش در می آورند و این چرخه همینطور ادامه پیدا می کند تا مولکول های اطراف گوش ما نیز حرکت کنند. از این طریق، پرده گوش ما به حرکت در می آید و در نتیجه ما صدا را می شنویم.

تحلیل یک موج صدا

برای آنکه بتوان به طور پایه ای مفهوم یک موج صدا را درک کرد، ابتدا لازم است که بدانیم که فشار چیست.

زمانی که فشار تغییر می کند می توان آن را به شکل زیر در سه حالت تعریف کرد:

Compression (فشردگی)، rarefaction (انبساط)، equilibrium (توازن).

ممکن است این کلمات عجیب به نظر برسند اما در واقع برای فهمیدن بسیار ساده هستند. فشردگی زمانی است که گروهی از مولکول ها به دسته ای دیگر فشار وارد کرده و به اصطلاح آنها را هل می دهند.

میتوانیم این حالت را با عنوان “فشار مثبت” در نظر بگیریم، در حالی که دسته اولیه و فیکسی از مولکول ها در اطراف دسته ای دیگر در حال فشردگی هستند.

انبساط درست حالت متضادی از فشردگی است، یعنی حالتی که دسته های مولکولی از یکدیگر دور شده و انسجام را از دست می دهند. در این حالت “فشار منفی” در اطراف دسته های مولکولی ایجاد می شود. در واقع فشار منفی مانند کشیدن عمل می کند. بنابراین فشار مثبت حکم هل دادن را دارد در حالی که فشار منفی برعکس آن، یعنی کشیدن است.

توازن زمانی اتفاق می افتد که دو نیروی فوق، با یکدیگر برابر باشند.

حرکت مولکول های هوا در یک مسیر دایره ای اتفاق می افتد. در ابتدا مولکول (A) در حالت توازن قرار دارد. نیرویی به مولکول (A) وارد می شود که آن را به سمت مولکول کناری، یعنی مولکول (B) به حرکت در می آورد. به محض شروع این حرکات، خلائی پشت مولکول (A) ایجاد می شود.

در حین اینکه مولکول (A) به سمت مولکول همسایه اش که همان مولکول (B) است حرکت می کند، فشردگی (Compression) اتفاق می افتد و فشار مثبت ایجاد می شود. تولید این فشار ادامه پیدا می کند تا حدی که باعث شود تا مولکول (B) نیز به سمت مولکول کناری اش به حرکت درآید. این حالت که مولکول (B) دور می شود و پشت مولکول (A) خلاء به وجود می آید باعث کاهش فشار مثبت شده تا حدی که کاملا از بین می رود.

همانطور که مولکول های (A) و (B) از یکدیگر دور می شوند، بین آنها خلاء به وجود می آید. این همان حالت انبساط (rarefaction) است. هر چقدر که این خلاء بیشتر می شود، فشارمنفی بین آنها نیز بیشتر شده تا حدی که باعث می شود تا مولکول ها بار دیگر به سمت یکدیگر حرکت کنند و به نقطه شروع اولیه باز گردند.

نکته ای که لازم است به آن اشاره شود این است که حرکت مولکول (B)، مولکول (C) را نیز در همان مسیر دایره ای به حرکت در می آورد. این فرایند باعث نشر موج صدا در هوا می شود.