عجلة سافار

عجلة سافارت هي جهاز صوتي سُمّي على اسم الفيزيائي الفرنسي فيليكس سافارت (1791-1841)، وقد ابتكره وطوّره في الأصل العالم الإنجليزي روبرت هوك (1635-1703). ^{[ 1 ]}

عند وضع بطاقة على حافة عجلة مسننة دوارة ، يصدر صوت يتغير تردده بتغير سرعة دوران العجلة. وقد مكّنت آلية من هذا النوع، مصنوعة باستخدام عجلات نحاسية، هوك من إنتاج موجات صوتية بتردد معروف ، وإثبات العلاقة بين التردد والتردد أمام الجمعية الملكية عام ١٦٨١. ولأغراض عملية، سرعان ما استُبدل جهاز هوك باختراع الشوكة الرنانة .

بعد نحو قرن ونصف من عمل هوك، عاد سافارت إلى استخدام الآلية في أبحاثه حول نطاق السمع البشري. في ثلاثينيات القرن التاسع عشر، تمكن سافارت من صنع عجلات نحاسية كبيرة ذات أسنان دقيقة، تُنتج ترددات تصل إلى 24 كيلوهرتز ، والتي يُعتقد أنها كانت أول مولدات فوق صوتية اصطناعية في العالم . وفي أواخر القرن التاسع عشر، استُخدمت عجلات سافارت أيضًا في دراسات فسيولوجية ونفسية حول إدراك الزمن .

في الوقت الحاضر، يتم عرض عجلات سافارت بشكل شائع في محاضرات الفيزياء، ويتم تشغيلها وإصدار صوتها أحيانًا بواسطة خرطوم هواء (بدلاً من آلية البطاقة).

يتكون الجهاز الأساسي من عجلة مسننة ذات عدد كبير من الأسنان المتباعدة بانتظام. ^{[ 2 ]} عند تدوير العجلة ببطء مع تثبيت حافة بطاقة على الأسنان، يُسمع سلسلة من النقرات المميزة. ^{[ 3 ]} عند تدوير العجلة بسرعة، تُصدر نغمة حادة، بينما إذا سُمح للعجلة بالدوران ببطء، تنخفض حدة النغمة تدريجيًا. بما أن تردد النغمة يتناسب طرديًا مع سرعة اصطدام الأسنان بالبطاقة، يمكن معايرة عجلة سافارت لتوفير قياس مطلق للحدة. كما يمكن تركيب عجلات متعددة بأحجام مختلفة، تحمل أعدادًا مختلفة من الأسنان، بحيث تسمح بإنتاج عدة نغمات (أو توافقات ) أثناء دوران المحور بسرعة ثابتة. ^{[ 4 ]}

بدأ هوك العمل على عجلته في مارس 1676، بالتعاون مع صانع الساعات الشهير توماس تومبيون ، بعد محادثات مع عالم الموسيقى ويليام هولدر . ^{[ 5 ]} كان لديه اهتمام طويل الأمد بالاهتزازات الموسيقية ، وقبل ذلك بعقد من الزمن، في عام 1666، تفاخر أمام صموئيل بيبس بأنه يستطيع تحديد معدل رفرفة أجنحة الذبابة من الصوت الذي تُصدره. ^{[ 5 ] [ حاشية 1 ]} في يوليو 1681، عرض على الجمعية الملكية جهازه الجديد لإنتاج نغمات موسيقية مميزة عن طريق ضرب أسنان عجلات نحاسية سريعة الدوران. ^{[ 5 ] [ 7 ]} وبهذه الطريقة، تمكن لأول مرة من توليد موجات صوتية بتردد معروف ، وتقديم برهان تجريبي على التطابق بين إدراك الإنسان لدرجة الصوت والخاصية الفيزيائية لتردد الموجة الصوتية. ^{[ 1 ] [ 7 ]} علاوة على ذلك، من خلال تركيب عجلات مختلفة جنبًا إلى جنب على نفس المحور، تمكن من التحقق من نسب التردد للفواصل الموسيقية ، مثل الخمسات والأربعات المثالية ، وما إلى ذلك. [ ^{8 ] [ n 2 ]}

نشر هوك نتائجه في عام 1705. ^{[ 9 ]} على الرغم من توفيره مقياسًا موضوعيًا لدرجة الصوت، إلا أن عجلته أصبحت غير ذات صلة بالاستخدام اليومي بعد اختراع الشوكة الرنانة في عام 1711. ^{[ 10 ]}

لم يُستخدم جهاز هوك لأغراض الدراسة لأكثر من قرن. ^{[ 9 ]} وكان استخدامه الموثق التالي في عام 1830 عندما أبلغ سافارت عن استخدامه لنظام مشابه لنظام هوك، والذي طوره أثناء بحثه في النطاق الأدنى للسمع البشري . ^{[ 11 ] [ 12 ]} تمثلت مساهمة سافارت المحددة في تثبيت مقياس سرعة الدوران على محور العجلة المسننة لتسهيل معايرة معدل دوران الأسنان. ^{[ 9 ]} استخدم سافارت عجلته كبديل عملي لصفارة جون روبيسون ، والتي كان تشارلز كانيارد دي لا تور يستخدمها في ذلك الوقت لاختبار نطاق السمع البشري. ^{[ 13 ]} بحلول عام 1834 ، كان سافارت يصنع عجلات نحاسية بعرض 82 سم، تحتوي على ما يصل إلى 720 سنًا. ^{[ 9 ]} وقد اقتُرحت هذه العجلات، التي يمكنها إنتاج ترددات تصل إلى 24 كيلوهرتز ، مبدئيًا كأول مولدات اصطناعية للموجات فوق الصوتية . ^{[ 11 ]} 

في أواخر القرن التاسع عشر، جرى تكييف عجلة سافارت لاستخدامها في الدراسات الفيزيولوجية والنفسية لإدراك الإنسان للزمن . في عام ١٨٧٣، أفاد عالم وظائف الأعضاء النمساوي سيغموند إكسنر بالقدرة السمعية على تمييز النقرات المتتالية الصادرة من العجلة (أو، بدلاً من ذلك، الشرارات الكهربائية المتقطعة بسرعة) بفواصل زمنية تصل إلى ٢ مللي ثانية (١/٥٠٠ ثانية). ^{[ ١٤ ]} وفي وقت لاحق، استخدم عالما النفس الأمريكيان جي. ستانلي هول وجوزيف جاسترو عجلة معدلة تُصدر أعدادًا متفاوتة من النقرات بفواصل زمنية مختلفة ، وقد أبلغوا في عام ١٨٨٦ عن حدود إدراك الإنسان للانقطاعات الصوتية. ^{[ ١٤ ]}

في عام 1894، حصل المهندس الكهربائي الفرنسي غوستاف تروفي على براءة اختراع لآلة موسيقية تعمل بالكهرباء (أو بآلية الساعة) قادرة على تشغيل سلسلة من 88 عجلة سافارت بأحجام مختلفة من لوحة مفاتيح البيانو، مما يسمح بعزف التوافقيات والديناميكيات . [ ^{15 ] ويُستخدم} المبدأ نفسه في آلات الأرغن الكهروميكانيكية الحديثة ، مثل أرغن هاموند ، التي تستخدم عجلات النغمات . ^{[ 15 ]}

تم تكييف هذا المفهوم أيضًا لإنتاج آلة موسيقية تجريبية من ابتكار بارت هوبكن . يتكون هذا التطبيق لعجلة سافارت من سلسلة من 30 قرصًا خشبيًا بأحجام متزايدة مثبتة على محور آلي. تُحدث اهتزازات خشنة في ريشة العزف عند ملامستها للنتوءات التي تُبطّن كل قرص على فترات منتظمة، ويتم تضخيمها في كوب من الستايروفوم يعمل كلوحة صوتية . يُزعم أن هذه الآلة تُصدر "أكثر الأصوات إزعاجًا وبذاءةً على الإطلاق". ^{[ 16 ]}

تُستخدم عجلات سافارت اليوم بشكل شائع في العروض التوضيحية خلال محاضرات الفيزياء. ^{[ 1 ]} في أحد أشكالها، يمكن تشغيل العجلة بواسطة خرطوم هواء ينفخ على أسنانها؛ وفي هذه الحالة، يتغير تردد الصوت الناتج بتغير قوة تيار الهواء. ^{[ 17 ]}

• صندوق طيور مغردة
• مقياس ضغط العين
• عجلة النغمات

ملحوظات

مراجع

• "عجلة سافارت"  - آلة موسيقية من تصميم بارت هوبكن