يك شنبه , 26 آذر 1396
  • :
  • :
ویژگی صوت

امتیاز شما

توضیحات دسته: مبانی بازدید: 1942

اثر دوپلر(Doppler effect) در فیزیک امواج می‌گوید که بسامد ظاهری یک موج بر اثر حرکت فرستنده یا گیرندهٔ آن تغییر می‌کند. این پدیده را کریستیان یوهان دوپلر (1803-1853 میلادی) فیزیکدان اتریشی در مقاله‌ای در سال 1842 بیان کرد. اثر دوپلر در همهٔ امواج مانند امواج صوتی و امواج الکترومغناطیسی(نور)دیده می‌شود.

 ۱- پدیده دوپلر

 ۲- دیوار صوتی و شکست آن

 ۳- جذب صدا

 ۴- لوله کنت  

 ۵- اتاق پژواک

 

۱- پدیده دوپلر

منابع صوتی تا زمانی که ساکن هستند، قانون( V = f . λ) بر روی آن صادق است. به گونه‌­ای که سرعت صوت وابسته به محیط انتشار و اندازه فرکانس نیز وابسته به منبع است. به بیان دیگر فرکانس منبع صوتی در صورت عبور از هر محیطی، ثابت است و تغییر نمی­‌کند.

اما هنگامیکه یک منبع صوتی در حال حرکت باشد، میزان فرکانس آن تغییر نموده و به صورت یک فرکانس ظاهری نمایان می‌شود. این تجربه را نخستین بار توسط دانشمند اتریشی کریستین یوهان دوپلر(1853-1803) طی مقاله­‌ای در سال 1842  بیان شد. اثر دوپلر علاوه بر امواج صوتی در حوزه­ امواج الکترومغناطیسی نیز قابل توصیف است. 

  شکل ۱:

 اصول ماهیت صوت، آنچه که در مورد منبع صوتی ساکن بحث شده بود ثابت بودن سرعت انتشار موج براساس خاصیت محیط منتشر است. به بیان دیگر، فواصل طی شده­ ضربات جبهه­ موج صوتی، در جلو و پشت ماشین با هم مساوی می­‌شوند.  

 شکل ۲:

 منبع صوتی با سرعت معین حرکت می‌­نماید، در این حالت صدایی که از منبع صوتی به ناظر می­‌رسد، متفاوت خواهد بود. در هنگام نزدیک شدن خودرو به ناظر، به دلیل تغییر مکان منبع صوتی، جبهه­ امواج صوتی، هر لحظه به لحظه ما قبل خود نزدیک‌تر شده و فاصله­ آنها از حالت ساکن بودن ماشین به هم فشرده‌­تر می‌­گردد. به نظر می­‌رسد که طول موج صوتی کوتاه‌تر و در نتیجه آن موجب افزایش فرکانس(ظاهری) شده است.

 جبهه­ امواجی که در پشت ماشین به صورت وارونه جلوی ماشین ظاهر می­‌شوند. به دلیل ایجاد جبهه­ امواج صوتی هر لحظه از لحظه قبل فاصله می­گیرند و نتیجه بدست آمده به نظر می­‌رسد که طول موج صوتی بلندتر و در نتیجه موجب کاهش فرکانس(ظاهری) می­‌شود.

 در هر دو حوزه(جلو و پشت ماشین) شخص ناظر با دو نوع صدای متفاوت برخورد خواهد نمود. این اثر هنگامی بیشترین تأثیر را بر ناظر خواهد گذاشت که ماشین از مقابل ناظر با همان سرعت عبور نماید، علاوه بر زیاد شدن شدت صوت منبع متحرک، فرکانس منبع صوتی نسبت به حالت ساکن، افزایش یافته و در لحظه عبور فرکانس به اندازه حالت ساکن کاهش می­‌یابد و پس از عبور، علاوه بر کاهش شدت صوت، فرکانس منبع متحرک، کاهش می­یابد.(پدیده دوپلر)

معمولا اثر دوپلر را کسانی بهتر احساس می­نمایند که گوش حساس به فرکانس داشته باشند. همچنین این افراد از موقعیت فرکانسی که نت‌های موسیقی را می‌­سازند به خوبی آگاهند و به راحتی می‌­توانند تغییر ربع پرده را درک نمایند.

 تغییر فرکانس در جلو و پشت ماشین (منبع صوتی متحرک) از این رابطه بدست می­‌آیند.

در این رابطه( f) فرکانس ظاهری،(vo) سرعت ناظر (vs) سرعت منبع صوتی متحرک، (c) سرعت صوت در محیط، (fo) فرکانس منبع صوتی و برای هنگامیکه منبع متحرک به ناظر نزدیک می­‌شود، علامت مثبت در صورت و منفی در مخرج است.

هنگامیکه منبع متحرک صوتی از ناظر دور می­گردد، علامت منفی در صورت و مثبت در مخرج است.

 احساس شنوایی ناظر در هنگام عبور ماشین به این صورت است عمل می­کند. ابتدا احساس می­کند که ماشین با فرکانس (1052Hz) نزدیک می­‌شود، در لحظه رسیدن، فرکانس آن یک مرتبه کاهش یافته به میزان (1000Hz) می­‌رسد و پس از عبور و دور شدن، فرکانس آن به (953Hz) کاهش می­‌یابد.

 استفاده از این ویژگی در طراحی صدای منابع متحرک قبل از میکس بسیار اهمیت دارد، بطور مثال : 

برای طراحی صدای ماشین‌های عبوری که با سرعت تقریبی (430Km/h) در پیست مسابقات صداگذاری می­‌شوند، نیاز مبرم به خاصیت دوپلر دارد. برای این منظور می­‌توانید صدای موتور دور بالا مثلا (8000rpm) را به عنوان منبع صوتی متحرک در نظر بگیرید و در مدت زمان رسیدن ماشین به محل دوربین، صدا را  بر پایه­ ( vs =430Km/h) و بر اساس اثر دوپلر محاسبه نموده و افزایش فرکانس آنرا بر روی نرم افزار تغییر ­دهید. همین عملیات را برای کاهش فرکانس در هنگام دور شدن ماشین از نقطه دید دوربین، انجام داده و در انتها ضمن تغییر فرکانس می­‌بایستی تغییرات شدت صدا از دور به نزدیک و سپس از نزدیک به دور را انجام دهید. پایان فرآیند طراحی را با چندین بار بازرسی و با در میان گذاشتن نظر دیگران، از خاصیت دوپلر در طراحی اجسام متحرک صدادار بهره‌مند شوید. در برخی از نرم افزارها داشتن پردازش اثر دوپلر به راحتی در دسترس است. منتها با بکارگیری پارامترهای مورد نظر و درک اثر دوپلر بهتر می­‌توانید از عهده­ کار برآیید. 

 شکل ۳ نشان می­‌دهد :

فرکانس (1000Hz) این فرآیند طراحی و انجام شده است. نوار سبز رنگ بالا ابتدای حرکت متحرک را از سمت کانال چپ با افزایش شدت صدا نشان می­‌دهد. در هنگام رسیدن به محل دوربین علاوه بر تغییر فرکانس صدا، شدت دامنه­ آن نیز افزایش می­یابد. پس از لحظه­ عبور، در نوار سبز پایین انتهای مسیر را با کانال راست و تضعیف شدت صدا نشان می­‌دهد. زمان انجام این فرآیند بسته به زمان آمدن خوردو به صحنه و دور شدن از دید دوربین طراحی می­شود. با توجه به دیاگرام بالایی(نمای آبی و بنفش) پهنای باند لحظه­‌ای را نشان می­‌دهد که فرکانس آن از 740Hz (فرکانس دور شدن) الی 1500Hz (فرکاسن نزدیک شدن) را در یک گستره نشان می­‌دهد. در صورت ثابت بودن منبع متحرک تنها یک فرکانس (1000Hz) تولید می­‌نمود که در وسط گستره فرکانسی قرار می­‌گرفت.  

 

 ۲-  دیوار صوتی و شکست آن

 چنانچه می­‌دانید هر منبع متحرک در محیط آکوستیکی، تولید صدا یا انرژی مکانیکی می­‌نماید. انرژی مکانیکی تولید شده نیز با سرعت (340m/s) یا (1224Km/h) یا یک ماخ (Mach) در فضا منتشر می­‌شود. در این پدیده­ مکانیکی اثر دوپلر نیز هم‌زمان بوجود می­‌آید بطوریکه طول موج‌های انتشار یافته در دو سوی هم‌­راستای متحرک و ناهم‌راستای متحرک تغییر می­‌نماید.تغییر اندازه­ طول موج‌ها وابستگی شدید به سرعت متحرک دارد.

 شکل 4 این رویداد را نشان می­‌دهد. 

 اگر راننده­ متحرک صوتی با صدایی به فرکانس(1000Hz) به پدال گاز فشار داده و سرعت خودروی خود را به میزان نصف سرعت صوت (612Km/h) برساند، در این صورت اندازه­ طول موج‌های ایجاد شده در جلوی خودرو نصف شده(340/2=170m) و در پشت خودرو دو برابر(340×2= 720m) خواهند شد. در چنین حالتی فرکانس ظاهری ایجاد شده در جلوی خودرو نیز دو برابر ( 2000Hz) شده و در پشت خودرو به نصف (500Hz) کاهش می­‌گردد.

پرسش: در چنین آزمایشی صدایی که به گوش راننده می­‌رسد، دارای چه فرکانسی است؟

 پاسخ:منبع صوتی برای راننده همان (1000Hz) شنیده خواهد شد.

 در حالت خاص همانند شکل ۵ مشاهده می­‌کنید:

اگر راننده بتواند به سرعت صوت برسد، کلیه طول موجهای تشکیل شده در هر لحظه - درست در همان مکان خواهند بود که خودرو خود را به آنجا رسانده است. لذا کلیه جبهه­های موج در مقابل خودرو انباشته شده و همگی با سرعت صوت در حرکت خواهند بود. 

 اکنون تراکم جبهه­‌های موج در مقابل خودرو، تشکیل دیواری از انرژی صوتی خواهند داد که حتی مقابل عامل تولید کننده­ آن (خودرو) نیز ایستادگی خواهد نمود. این دیوار تنها از انرژی صوتی تشکیل شده و هنگام ایجاد در محیط مسکونی خطرناک خواهد بود.

سطح فشار صوتی که از این دیوار تشکیل می­‌گردد، قادر است در محیط باز تا سطح (140dB SPL) افزایش یابد. با ایجاد چنین دیواری توسط هواپیما در ارتفاع یکصد متری اغلب کلیه­ شیشه­­ خانه­‌ها خواهد شکست. 

 برای عبور از دیوار پر انرژی صوتی ابتدا می­‌بایست شکل خودرو کاملا آئورودینامیک باشد و در مرحل بعد توانایی موتورهای آن به قدری بالا باشد تا بتواند علاوه بر اصطحکاک جاده، سد محکم دیوار صوتی را منهدم نماید. (شاید چنین خودروی در دست ساختن باشد) اما در مورد هواپیما این اتفاق در سال 1946 توسط سازمان ناسا روی داد و با برنامه پرواز دو مرحله­‌ای توانستند پس از رسیدن به سرعت صوت و تشکیل دیوار صوتی، آن را شکسته و آز آن عبور نمایند.

 شکل ۶ نشان می­‌دهد :

 امواج صوتی به صورت کروی در پشت هواپیمای جت تشکیل می­شود. این امواج در مقابل جت فشرده شده و دیوار صوتی می­سازد. بطوریکه حتی مانع عبور جت از آن می­شود.   

 در مقابل مسافران سوپرسونیک کنکورد نمایشگری وجود دارد که به حسب ماخ، سرعت هواپیما را نشان می­‌دهد. لحظه­‌ای که جت به سرعت صوت می­‌رسد عدد ماخ (یک) را نشان می­‌دهد. در لحظه­ عبور از دیوار صوتی یا شکستن دیوار صوتی، چنان التهابی و تکا‌نه­ای شدید به بدنه­ وارد می‌­شود که حتی مسافران جت کنکورد در این هنگام، خود را  به صندلی محکم می‌نمایند. عبور از دیوار صوتی تولید دو صدای نزدیک به هم می­‌کند. نخست عبور نوک و سپس دم جت که دو صدای انفجار پی در پی به دنبال هم خواهد بود. صدای دیوار صوتی به همراه شکست آن، در فضا منتشر می­‌شود که بسیار سهمناک خواهد بود. بعد از عبور از دیوار صوتی همه چیز آرام خواهد شد. پس از مدتی عدد نمایشگر (2/4) ماخ را نشان خواهد داد. در هنگام رسیدن به مقصد عدد ماخ بر روی نمایشگر کاسته شده و به (یک) می­‌رسد. مجدداً مسافران کار خود را رها نموده و منتظر رسیدن دیوار صوتی از پشت هواپیمای می‌­شوند. پس از برخورد دیوار صوتی به هواپیما لرزش مختصری وارد شده و اکنون که عدد ماخ (0/9) را نشان می­‌دهد مجددا شرایط آرام تا قبل از فرود بوجود می­‌آید.

شکل ۷:

 جت مافوق صوت با سرعت دو ماخ، دیوار صوتی خود را پشت سر گذاشته و با آرامش به راه خود ادامه می­‌دهد. اگر جت در فاصله ۱۰۰۰ متری از زمین عبور نماید، ناظر اول پس از سه ثانیه صدای مهیبی که خود دیوار صوتی باشد، خواهد شنید. هنگامی که به بالای سر خود نگاه می­‌کند هیچ اثری از جت در بالای سر خود نمی­‌بیند. در این لحظه جت ۲۰۰۰ متر از محل ناظر اول دور شده است و ناظر دوم اگر جت را در بالای سر خود ببیند، صدای آن را شش ثانیه بعد خواهد شنید. به همین منوال اگر ادامه یابد پس از گذشت یک دقیقه، ناظر سوم در مکان سوم هواپیمای جت را بالای سر خود خواهد دید، اما صدای آن را پس از سی ثانیه خواهد شنید. 

 پاسخ:

باید متوجه باشید که تنها یک عامل می‌­بایستی با سرعت صوت حرکت کند تا دیوار صوتی قابل شکستن باشد و این کار توسط پر شال دستمال ابریشمی قابل اجراست. با حرکت لحظه­‌ای دستمال یا شلاق که در دست رام کننده در سیرک استفاده می­‌شود، می­‌توان به شرایط فوق رسید. 

چنانچه در شکل مشاهده می­‌کنید، برای شکستن دیوار صوتی تنها چند پر شال دستمال کافی است که بتواند ابتدا به سرعت صوت(1226Km/h) برسد و سپس با یک حرکت رو به پایین، دیوار صوتی را شکسته تا صدای(شَرَق) شنیده شود! اکنون تصور نمایید اگر به جای این چند پر شال یک هواپیمای جت بخواهد این فرآیند را انجام دهد! آنگاه چه صدایی در نقطه­ وقوع حادثه ایجاد خواهد شد؟

 

 ۳- جذب صدا 

 انرژی صوتی در محیط مادی تبدیل به انرژی حرارتی شده و رفته رفته از میزان انرژی آن کاسته می­شود. محیطی که انرژی صوتی را دریافت می­کنند محیط جذاب خواهد بود. درصد جذب صدا به میزان انرژی بازتاب آن بستگی دارد. هر چه انرژی صوتی بازتاب کمتر باشد، محیط جذابتر خواهد بود

در فضای باز انرژی صوتی به صورت کروی منتشر می­‌شود و به میزان کاهش می­‌یابد. محاسبه افت صدا نیز از رابطه لگاریتمی بدست می‌­آید. 

مثال: آیا صدایی با سطح فشار صوتی ( 90dB) از فاصله ۱۰۰ متری به گوش شنیده می­‌شود.

براساس رابطه بالا میزان افت صدا پس از طی مسافت ۱۰۰ متر (40dB-) کاهش می‌­یابد. لذا منبع صوتی با سطح فشار صوتی (90dB) هنگام رسیدن به مقصد (40dB) افت می­‌کند و به میزان (50dB) کاهش می­‌یابد.

اگر فضای رسیدن صدا به مقصد دارای نویز آکوستیکی کمتر از (40dB) باشد، صدا شنیده می­‌شود، اما در صورت سطح نویز (70dB) باشد، این صدا با اختلاف بیش از (20dB)، شنیده نخواهد شد. 

در محیط بسته مانند سالن نمایش، فیلم یا موسیقی به دلیل اینکه میزان جذب صدا اندک است سعی می­‌نمایند که در طراحی و ساخت آن حداکثر پسماند صدا را به میزان یک ثانیه برسانند. چنانچه در شکل ۸ مشاهده می­‌کنید به دلیل منابع صوتی در سالن موسیقی اغلب سطح فشار صوتی تا میزان (110dB) افزایش می­‌یابد. این حجم صدا تا کاهش مناسب در دیوارهای سالن، اغلب بین ۴ الی ۶ ثانیه به درازا می‌­کشد. در چنین شرایطی صدای پسماند با صدای جدید تداخل نموده و از میزان تفکیک صدای جدید می­‌کاهد. 

همچنین در شکل می­‌توانید زمان پسماندی را مشاهده نمایید که پس از به اشباع رسیدن انرژی صوتی توسط منابع صوتی و توقف آن، رفته رفته انرژی موجود در سالن رو به کاهش می­‌رود.اساس کاهش انرژی صوتی همانند رابطه کاهش و افت عمل نموده و با شیب یکنواخت کاهش می‌یابد. در این قسمت بر اساس ساختار چیدمان و نصب جذب‌کننده­‌ها می­‌توان از شیب تندتر استفاده نمود تا اثر پسماند در محیط کاهش بیابد.

در فضاهای کوچک آزمایشگاهی همانند آزمایشگاه آکوستیک قسمت شیب کاهش بسیار سریع صورت می­‌گیرد.که نام دیگر آن اتاق مرگ (DadeRoom) است.

معمولابا ایجاد صدای بِشکن، منبع صوتی مناسبی برای تشخیص زمان پسماند محیط، بدست می‌آید(در ساده‌ترین حالت). در صورت نیاز به صفحات جذِاب صدا و یا نصبِ موکت، پتو، شانه تخم‌مرغ می‌توان اثر پسماند را در حد امکان کاهش داد. محل نصب مواد جذب کننده­ صدا معمولا سطوح بزرگ، سقف، گنج و زوایای دیوارها می‌باشد.

البته با استفاده از میکروفن‌های ویژه حساسیت کم و دریافت نزدیک، اغلب می­‌توانند نیاز به استفاده از این موارد را کاهش دهند. 

میزان جذب صدا (Sound Observer) توسط مواد از روی نسبت شدت صدای بازتاب به شدت صدای تابشی انداز‌‌ه‌­گیری می‌شود. هر اندازه ضریب جذب کمتر باشد ماده مزبور جذِاب تر و کاربرد بیشتری برای نصب در محیط‌های بازتابی مانند استودیوها سالن‌های موسیقی و سینما دارد.

منبع صوتی با سطح فشار صوتی (85dB SPL) در فضای اتاق منتشر می­‌شود، بر اساس مواد جذاب انرژی صوتی مشاهده می­‌شود که سطح فشار صوتی بازتابی به میزان (55dB SPL) کاهش می‌­یابد و این در صورتی است که انرژی منتقل شده تا میزان (15dB SPL) به طرف مقابل است و باقیمانده آن یعنی (20dB SPL) جذب دیوار شده است.(شکل ۹)

کلیه این نتایج برخی بیانی هستند و در صورت عملیاتی شده می­توانیم مسیرهای دیگری را برای جذب و انتقال پیدا نماییم.

به فرض اگر در بالای دیوار محفظه­‌ای باز نمایید تمامی این مقادیر فرق خواهد نمود.

شکل ۱۰:

نمای این تغییرات را نشان می­‌دهد بطوریکه تنها با افزایش ناگهانی امواج عبوری به میران (65dB SPL) و افزایش بازتاب به میزان (65dB SPL) اثر بسزای دیوار بسته را مشاهده می‌­نمایید. 

 

 ۴-  لوله کنت

برای اینکه ضریب جذب آکوستیکی مواد را بدست بیاورند از لوله کنت در فضای کوچک استفاده می­‌نمایند.

نمای کلی افزار لوله کنت را مشاهده می­‌نماید. این لوله از یک بلندگو در ابتدای کانال که توسط سیگنال ژنراتور سینوسی و تقویت کننده دامنه تحریک می‌­شود. در انتهای لوله یک صفحه سخت قرار دارد که موجب بازتاب شده و در مسیر لوله میکروفنی متحرک نصب شده که خروجی آن توسط دستگاه اندازه‌­گیری می­‌گردد.

شرایط کار این دستگاه در ابتدا برای اندازه­‌گیری سرعت صوت است. در نما نشان می­‌دهد که با توجه به اندازه­ طول لوله کنت می­‌توان بر اساس قانون لوله باز(بدون بازتاب‌دهنده) عمل نموده و با تحریک بلندگو با فرکانس معین و اندازه­‌گیری طول موج، به محاسبه­ سرعت صوت اقدام نمایید. 

در اینجا طول لوله کنت ۱۰۰ سانتیمتر است و برای تشکیل طول موج ۵۷/۱ سانتی­متری ابتدا فرکانس سیگنالی که از طریق دستگاه مولد موج سینوسی تولید می‌­شود؛ افزایش داده تا به طول موج مورد نظر برسید. در سر راه این سیگنال یک تقویت‌کننده قرار دارد که توان مورد دلخواه را برای بلندگو فراهم می­‌نماید. امواج آکوستیکی ساکن که در طول لوله تشکیل می­‌گردد، نتیجه آزمایش را تعیین می­‌کند.

با خواندن اندازه­ فرکانس از روی دستگاه مولد و معلوم بودن اندازه طول موج، می­‌توانید مطابق فرمول که در بخش(ماهیت صوت) توضیح داده شد، اندازه­ سرعت صوت را محاسبه نمایید.

نتیجه­ آزمایش و محاسبه آن در روی شکل نشان داده شده است.

همچنین برای آزمایش و تحقیق سرعت صوت در دمای و گازهای متفاوت می­‌توان از لوله کنت استفاده نمود. لازم است برای انجام آزمایش داخل لوله را گرم و یا گازهای متعارف مانند گاز گربنیک، نیتروژن و … به درون لوله انتقال داد. 

اگر به درون لوله کنت در آزمایش قبل خاک اره بریزید و آزمایش را ادامه دهید آنگاه خواهید دید که در مکان‌های معین توده خاک اره تجمع می‌­نماید. این مکان همان محل گره است که از انرژی صوتی اثر کمتری وجود دارد و موجب انبار شدن خاک اره می‌گردد. فاصله هر توده خاک اره به اندازه­ی (۲/λ) است. این فواصل را می­‌توان توسط خط کش مدرج شده بروی لوله کنت اندازه‌­گیری نمود.

مطابق آزمایش قبلی این فواصل به اندازه(28/5cm) است.

ارزش مهم لوله کنت در خصوص بدست آوردن ضریب جذب انرژی صوتی در مواد نرم و سخت است. بطوریکه با نصب یک میکروفن متحرک در درون لوله کنت و همچنین استقرار مواد ویژه در سر دیگر لوله کنت، اقدام به یک سری آزمایش‌ها می‌نمایند.

در نمای بالا می­‌توان نحوه اندازه‌­گیری ضریب جذب مواد سخت را مشاهده نمود. این آزمایش به گونه­ای عمل می­‌کند که در سر انتهایی دیگر لوله کنت یک جسم سخت مانند(مرمر) تحت آزمون، نصب می­‌شود. با عبور میله که در نوک آن میکروفن حساس قرار دارد که قادر است نقاط شدت و ضعف صدا را اندازه­‌گیری نماید. این نقاط همان مکان‌هایی است که در اثر تابش صدا از سوی بلندگو و ایجاد بازتاب آن از سوی جسم سخت، در داخل لوله کنت تداخل نموده و امواج ساکن ایجاد می­‌کنند که موجب بوجود آمدن نقاط گره و شکم می­‌شود.

معمولا جدول ضریب جذب برای فرکانس‌ها معین تعریف می‌­شود. هنگامی که سیگنال صوتی برای فرکانس معین تنظیم می‌شود، خروجی آن را به تقویت‌کننده اعمال می­‌نمایند. سیگنال صوتی تقویت شده از بلندگو پخش می‌­شود. امواج صوتی در لوله کنت منتشر شده و پس از برخورد با جسم ساخت(مرمر) بازتاب می‌­گردد. امواج بازتابی(Ir =Reflex Intensity) با امواج تابشی( Ii =Incident Intensity) در داخل لوله کنت با هم تداخل نموده و تشکیل گره و شکم می‌­دهند. برای تعیین شدت تابش ( Ii) و شدت بازتاب ( Ir) از نمونه ولتاژی که میکروفن دریافت می­‌کند می­توان نقاط گره و شکم را ارزیابی نمود. در این بررسی­‌ها علاوه بر بدست آوردن مکان و محاسبه­ (2/λ) می­‌توان شدت انرژی صوتی را بر حسب ولتاژ خروجی میکروفن، مدرج نموده و مقادیر آن را ثبت نمود.

نمونه ولتاژ خروجی توسط دستگاه دقیق اسیلوسکوپ و یا سایر ابزاری عقربه‌­ای که حساسیت کمتری نسبت به فرکانس و دارای تقویت‌کننده داخلی باشند، امکان پذیر است. اکنون توسط دستگاه دو ولتاژ متفاوت خوانده می­‌شود که البته در این دستگاه دامنه­ تغییرات را می­‌توان بدقت مشاهده و اندازه­‌گیری نمود.

دو نمونه ولتاژ عبارتند از: نقاط گره که ولتاژ آن بسیار کم است و نقاط شکم که بیشترین ولتاژ را خواهند داشت. همچنین چگونگی شکل تغییرات ولتاژ میکروفن نسبت به جابجایی میکروفن قابل ثبت بر روی دستگاه است. 

در اینجا ولتاژ خروجی متناسب با فشار صوتی است (Mic Vout (mV) ~ Sound Pressure (Pascal) است. لذا بیشترین ولتاژ را (Pmax) و کمترین ولتاژ را( Pmin) نام گذاری می­‌نماییم. برای بدست آوردن ضریب جذب چنین اقدام می­‌کنید. 

مثال: در آزمایش برای محاسبه ضریب جذب مرمر با جابجایی میکروفن دو ولتاژ بر روی دستگاه خوانده شده است: 

(Vmax=10 mV ) و ( Vmin=.05 mV) که با قرار دادن در رابطه خواهیم داشت:  

 این (0.01= α) بدین مفهوم است که کمترین انرژی صوتی جذب شده که موجب بازتاب تمامی آن گردیده است.

اگر انتهای لوله باز باشد و هیچ ماده جذب‌کننده‌­ای قرار ندهید، اندازه دو ولتاژ با هم مساوی شده که بدین مفهوم می‌­باشد که انرژی صوتی در تمام لوله یکسان است که در نتیجه آن مقدار (1= n) می­‌گردد. با قرار دادن مقدار (n) در رابطه و محاسبه آن چنین نتیجه خواهد داد که مقدار (1= α) خواهد شد.

این مقدار به این مفهوم است که تمامی انرژی صوتی جذب شده است. (بهترین ماده جذب انرژی صوتی، هوا است) 

اکنون اگر در انتهای لوله یک ماده جذب کننده مانند: پشم شیشه، الیاف پنبه و چوب… قرار دهید آنگاه می‌­توانید میزان جذب انرژی صوتی را برای فرکانس‌های مختلف آزمایش را انجام داد. در این آزمایش ابتدا ماده پشم شیشه در انتهای لوله قرار دهید و برای فرکانس‌های اوکتاو (50Hz,125Hz,250Hz,500Hz,1KHz,2KHz,4KHz,8KHz,... ) مولد موج سینوسی را تنظیم نموده و با تکرار آزمایش اندازه­ ضریب جذب را بدست  می ­آورید.

بطوریکه اگر دو ولتاژ بدست آمده برای فرکانس (1KHz) برابر با (Vmax=10 mV ) و ( Vmin=9 mV) با قرار دادن این مقادریر در رابطه بالا خواهیم داشت: 

آن میزان ضریب جذب برای این ماده در فرکانس (1KHz) مناسب خواهد بود. بطوریکه میزان (%99.7) انرژی صوتی را جذب نموده که شامل جذب و انتقال می­‌باشد و مابقی را بازتاب می‌­دهد.

برای اینکه بتوانیم شرایط درصد را به میزان سطح فشار صوتی بیان کنیم از رابطه­ افت استفاده می­‌کنیم.

 جدول ضریب جذب مواد نسبت به تغییرات فرکانس

 مشاهده می­کنید که بدن انسان نیز قادر به جذب انرژی صوتی است بطوریکه برای فرکانسهای بالا این مقدار بیشتر می­گردد. ضریب جذب صدا در سالن سینما را اغلب با تماشاگر محاسبه می ­نمایند.

نکته جالب توجه در این جدول ضریب جذب تمامی مواد با افزایش فرکانس زیاد می­‌گردد در حالیکه ماده شیشه پنجره از این قاعده استثناء است. بطوریکه برای فرکانس‌های پایین بیشترین جذب را دارد و برای فرکانس‌های بالا ضریب جذب کمتری را به خود اختصاص می­‌دهد. این تنها به دلیل موقعیت و نصب شیشه­ پنجره در اطاق است که تنها موجب انتقال فرکانس‌های پایین به خارج از اتاق می­‌شود و علت عدم توانایی جذب فرکانس‌های بالاتر که بستگی به خود ماده شیشه دارد چرا که شیشه می­‌تواند شبیه مرمر و یا ماده سخت عمل نماید.

اتاق پژواک (Reverberation room) برای اندازه‌­گیری ضریب جذب در فضای واقعی بسیار دقیقتر از لوله کنت عمل می‌نماید. لوله کنت در اثر مستقیم امواج صوتی قرار دارد در حالیکه در اتاق پژواک از تمام جناح بر مواد تحت آزمایش اثر می‌گذارد. ابعاد حجم این اتاق در حدود ( 200m3 ) می‌­باشد که اندازه­ استاندار آن مکعبی به ابعاد (12m) است. هیچ یک از دیوارهای آن موازی نیستند(جهت تکرار و پژواک) و دارای مواد سخت مانند کاشی یا سطوح صیقلی هستند که هیچگونه جذب انرژی صوتی صورت نپذیرید. زمان واخوانش آن اتاق را از رابطه سابینبدست می­‌آید که برابر با (T0=2.7s) می‌­باشد.   

چنانچه در شکل - ۸ مشاهده می­‌کنید یک منبع صوتی برای مدتی در فضای اتاق طنین‌انداز می‌­شود و مدتی ادامه می‌­یابد. مانند: پخش موسیقی که صدای یکنواختی داشته باشد.

سپس صدای دستگاه پخش قطع می­گردد و زمان واخوانش (میرایی صدا) را اندازه‌­گیری می‌­نمایند. دقت نمایید که اندازه‌گیری زمان میرایی توسط دستگاه اسیلوسکوپ بهتر است.

در آزمایش واقعی در اتاق پژواک منبع صوتی پس از میزان ( 70dB) قطع شده و پسماند و زمان آنرا از لحظه­ نقطه تصمیم(65dB) شروع به تضعیف در محیط می‌­نماید. این تغییرات خطی کاهش می‌­یابد و لحظه­ پایان کار زمانی است که صدا هم سطح دامنه نویز محیط ( 35dB) شود.

آزمایش از این قرار است:

 

۱- دامنه نویز ثابت (broadband noise) یا سیگنال سینوس و یا سایر موارد مورد پیشنهاد می‌­تواند باشد.

۲- سیگنال تا سطح ( 70dB) پخش می‌­شود.

۳- در مرحله اندازه‌­گیری منبع صوتی بطور ناگهان خاموش و قطع می­‌گردد.

۴- دامنه صوتی تابعی از زمان ثبت می‌­شود.

۵- زمان میرایی زمان کاهش ( 60dB) است که زمان طنین (T60 ) می‌­باشد.

در عمل نمی­‌توانیم سطح کاهش صدا تا میزان حتی (30dB) کاهش دهید. زیرا این دامنه با سطح نویز محیط هم سطح شده و قابل ثبت نیست.

در شکل مشاهده می­‌کنید که پس از نزول صدا از ( 65dB) به صورت خطی ادامه می­‌یابد و تا لحظه­ ( 35dB) زمان ثبت می‌گردد. زمان میرایی ( T= 1.35 s) می­‌گردد و این زمان مربوط یه حالتی است که سطح فشار صوتی از ( 65dB) تا ( 35dB) یعنی ( 30dB) کاهش یافته و لذا زمان میرایی صدا در اندازه‌­گیری نیز نصف خواهد شد. (T30). اما به دلیل خطی بودن زمان میرایی می­‌توانیم زمان فوق را در محاسبات دو برابر نموده و استاندارد تعریف شده را برای (T60) محاسبه نمایید. 

 

چنانچه در شکل مشاهده می­کنید زمان میرایی (T=1.35 s) شده است که در محاسبات آنرا ( T=1.35 s×2=2.7s) در نظر خواهید گرفت. 

اکنون با داشتن شرایط اتاق پژواک به انجام آزمایش واقعی می­‌پردازید. با نصب ماده مورد آزمون(پشم شیشه) به ابعاد کمتر از سطح دیوار، مثلا (4m×3m) در اتاق پژواک منبع صوتی را روشن نموده و پش از به اشباع رسیدن محیط آنرا خاموش می‌نمایید، آنگاه زمان واکنش را توسط دستگاه اسیلوسکوپ می­‌خوانید. که پس از اندازه­‌گیری و محاسبه (T1=1.6 s ) خواهد شد. اکنون میزان ضریب جذب از رابطه زیر بدست می‌­آید. 

با رجوع به جدول ضریب جذب می­‌توانید به مقایسه بپردازید.

 از این ویژگی صدا می­‌توانیم در بررسی دریافت صدا توسط گوش نیز بهره ببریم.

 جمجمه انسان در دریافت انرژی صوتی از قاعده­ کاهش صدا در نسوج و لایه­ه‌ای ماهیچه و استخوان‌ها استفاده می­‌کند. بطوریکه از کاهش (20dB) انرژی صوتی می­‌توانیم جهت صدای راست و چپ را تشخیص دهیم. بطور مثال اگر منیع صوتی در طرف راست ما باشد، گوش راست آن را به همان اندازه دریافت می­‌کند. اما گوش چپ، با افت (20dB) که در جمجمه رخ داده، آن را دریافت خواهد نمود. جهت­‌بابی گوش انسان در شش جهت نیز از همین قاعد پیروی می­‌کند. 

 به همین دلیل است که می‌‌­توانیم منابع مجازی برای گوش ایجاد نماییم. بطور مثال اگر یک منبع صوتی را از دو بلندگو مطابق شکل مساوی پخش شوند، به دلیل انرژی یکسانی که توسط هر گوش دریافت می­‌شود، علاوه بر افزایش سطح فشار صوتی به میزان (3dB) آن را درست در مقابل خود احساس می‌­کند. اما در صورت تغییر انرژی هر بلندگو، احساس درک مکانی منبع صوت موجب تغییر مکان مجازی خواهد شد.   

 در هنگامیکه سطح فشار صوتی طرف راست را به میزان (85dB) افزایش می­‌یابد، احساس شنوایی منبع صوت را متمایل به راست خواهد شنید. اندازه جابجایی منبع صوتی تقریباً (۲۰ درجه از مرکز) انحراف خواهد داشت. 

 در آزمایشی که سطح منبع صوتی با اختلاف (20dB) پخش شود، جهت صوتی کاملا منفک می­‌شود.

چنانچه شکل نشان می‌­دهد ، بلندگوی سمت راست (20dB) از سمت چپ بیشتر پخش می­‌کند. در این صورت معدل صدای محیط در احساس شنوایی ما از سمت چپ کاهش یافته و تنها منبع سمت راست را احساس خواهد نمود. 

تمامی این ادراک به دلیل ساختار گوش و جمجمه انسان است و در اندازه­‌گیری‌های دقیق‌تر می‌­توانیم جهت­‌یابی منابع صوتی را از بخش جلو و پشت سر، بهتر درک نماییم. تفاوت این اختلاف به دلیل میزان تراکم نسوج جلوی سر نسبت به پشت سر است. در شکل می­‌توانید معادل لایه جذب صدا توسط نسوج صورت و پشت سر را مشاهده نمایید. همین لایه می­‌تواند تشخیص ما را از مکان درست منبع صوتی معین نماید. 

از رابطه جذب صدا در جمجمه و نحوه رسیدن صدا به پرده گوش می­‌توانیم حالت سه بعدی منابع صوتی را برای انسان توجیه نمود که مدل در نظر گرفته شده م‌ی­تواند احساس درک منابع متحرک را بیان نماید. در شکل می‌توانید از ویژگی صوت در افت نسوج جمجمه، ما را به درک بهتر جهت­‌یابی صوتی راهنمایی نماید. 

 

                                                                                                  ابراهیم وژده میانه

                                                                                       wogedehmebrahim@gmail.com

 

  

پرسش های شما گرامیان موجب دلگرمی و ادامه مطالب خواهد بود

 نظرات خود را به آدرس info@IranAMPS.com ارسال فرمایید.

 هیئت تحریریه سایت انجمن صدای سینمای ایران

 

 

 

 

نظر شما
کد بالا را وارد کنید:
نظر های بازدیدکنندگان
هیچ اطلاعاتی وجود ندارد

    گالری تصاویر

    پیشخوان

    پیوندها

    فیلم آموزشی(پرتره یک هنرمند طراح صدا)

    1395/06/16

    اخبار خانه سینما

    مجمع عمومي عادي انجمن صنفي كارگري فيلمبرداران سينما ـ استان تهران ، روز چهارشنبه 22 آذر ماه 1396 ، در تالار زنده ياد سيف اله داد خانه سينما برگزار شد.
    شوراي برگزاري جشنواره در جهت اعتلاي سينماي ايران و ارتقاء سطح كيفي تبليغات و اطلاع‌رساني و همچنين ترغيب و تشويق هنرمندان اين عرصه، اقدام به برگزاري مسابقه در بخش‌هاي عكس، پوستر، آنونس و تيزر فيلم‌هاي سينمايي ايراني مي‌كند.
    در پنجمين جشن نوشتار سينماي ايران از يك عمر فعاليت فرهنگي مسعود مهرابي، نويسنده، منتقد، صاحب امتياز و مدير مسئول ماهنامه سينمايي فيلم تجليل خواهدشد.
    همزمان با اعطاي احكام و آغاز به‌كار هيأت انتخاب بخش سوداي سيمرغ سي و ششمين جشنواره فيلم فجر، پوستر اين دوره از جشنواره با حضور محمد مهدي حيدريان رئيس سازمان سينمايي، ابراهيم داروغه‌زاده دبير جشنواره، اعضاي شوراي سياستگذاري و اعضاي هيأت انتخاب سوداي سيمرغ رونمايي شد.

    تبلیغات

    تماس با ما

     Info@IranAMPS.com

     تهران، پیچ شمیران٬ بهار جنوبی، کوچه سمنان، پلاک۲۹ 

    کد پستی:۳۷۵۱۱-۱۵۶۱۷

     ٧٧٥٣٦٠٤١ و ٧٧٦٥٠٢٠٣ (داخلی ۲۱۹)

    نظرسنجی

    سایت انجمن صدای سینمای ایران را چگونه ارزیابی می کنید؟

    بازدیدکنندگان

    امروز 725
    هفته گذشته 725
    این ماه 725
    کل 175551

    عضویت در خبرنامه