الامتصاص (علم الصوت)
في علم الصوتيات ، يشير الامتصاص إلى العملية التي تمتص بها مادة أو هيكل أو جسم ما طاقة الصوت عند تعرضه للموجات الصوتية ، بدلاً من عكس هذه الطاقة. يتحول جزء من الطاقة الممتصة إلى حرارة ، بينما ينتقل جزء آخر عبر الجسم الممتص. ويُقال إن الطاقة التي تحولت إلى حرارة قد " فُقدت ". [ 1 ]
عندما يصطدم الصوت الصادر من مكبر الصوت بجدران الغرفة، ينعكس جزء من طاقة الصوت عائدًا إلى الغرفة، وينتقل جزء آخر عبر الجدران، بينما يمتص جزء ثالث. وكما انتقلت الطاقة الصوتية عبر الهواء على شكل فروق ضغط (أو تشوهات)، فإنها تنتقل عبر مادة الجدار بنفس الطريقة. يتسبب التشوه في خسائر ميكانيكية نتيجة تحويل جزء من الطاقة الصوتية إلى حرارة، مما يؤدي إلى توهين الصوت ، ويعود ذلك في الغالب إلى لزوجة الجدار . تنطبق آليات التوهين المماثلة على الهواء وأي وسط آخر ينتقل الصوت عبره.
تتحدد نسبة الصوت الممتص بالممانعات الصوتية لكلا الوسطين، وهي دالة للتردد وزاوية السقوط. [ 2 ] يمكن أن يؤثر الحجم والشكل على سلوك الموجة الصوتية إذا تفاعلا مع طولها الموجي، مما يؤدي إلى ظهور ظواهر موجية مثل الموجات المستقرة والحيود .
يُعد امتصاص الصوت ذا أهمية خاصة في مجال عزل الصوت . ويهدف عزل الصوت إلى امتصاص أكبر قدر ممكن من طاقة الصوت (غالباً عند ترددات معينة) عن طريق تحويلها إلى حرارة أو نقلها بعيداً عن موقع معين. [ 3 ]
بشكل عام، تعمل المواد اللينة أو المرنة أو المسامية (مثل الأقمشة) كعوازل صوتية جيدة - حيث تمتص معظم الصوت، بينما تعكس المواد الكثيفة والصلبة وغير المنفذة (مثل المعادن) معظم الصوت.
تُقاس كفاءة امتصاص الغرفة للصوت بمساحة الامتصاص الفعّالة للجدران، والتي تُسمى أيضًا مساحة الامتصاص الكلية. تُحسب هذه المساحة باستخدام أبعاد الغرفة ومعاملات امتصاص الجدران. [ 4 ] يُعبّر عن الامتصاص الكلي بوحدة سابين ، وهو مفيد، على سبيل المثال، في تحديد زمن ارتداد الصوت في قاعات المحاضرات . يمكن قياس معاملات الامتصاص باستخدام غرفة ارتداد الصوت ، وهي عكس الغرفة عديمة الصدى (انظر أدناه).
معاملات امتصاص المواد الشائعة
| مواد | معاملات الامتصاص حسب التردد ( هرتز ) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | |
| بلاط عازل للصوت (للسقف) | 0.80 | 0.90 | 0.90 | 0.95 | 0.90 |
| الطوب | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.04 | 0.05 |
| سجاد فوق الخرسانة | 0.08 | 0.25 | 0.60 | 0.70 | 0.72 |
| ستائر ثقيلة | 0.15 | 0.35 | 0.55 | 0.75 | 0.70 |
| رخام | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.02 |
| الخرسانة المطلية | 0.10 | 0.05 | 0.06 | 0.07 | 0.09 |
| الجص على الخرسانة | 0.10 | 0.10 | 0.08 | 0.05 | 0.05 |
| خشب معاكس مثبت على دعامات | 0.30 | 0.20 | 0.15 | 0.10 | 0.09 |
| خرسانة ملساء | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.02 |
| أرضية خشبية | 0.15 | 0.11 | 0.10 | 0.07 | 0.06 |
طرق القياس
يمكن تحديد معامل امتصاص المادة باستخدام طريقتين رئيسيتين موحدتين من قبل المنظمة الدولية للتوحيد القياسي :
- طريقة غرفة الصدى ( ISO 354 ) - تُوضع عينة من المادة في غرفة صدى ، ويُستخدم التغير الناتج في زمن الصدى لحساب معامل امتصاص الصوت عند السقوط العشوائي. تُعطي هذه الطريقة معامل امتصاص الصوت العملي، والذي قد يتجاوز 1.0 بسبب تأثيرات حيود الحواف. [ 6 ]
- طريقة أنبوب المعاوقة (ISO 10534-2) - تُثبّت عينة صغيرة في نهاية أنبوب صلب، ويُحدد معامل الامتصاص عند السقوط العمودي من نمط الموجة المستقرة أو دالة النقل بين ميكروفونين. تتطلب هذه الطريقة كمية أقل من المواد، لكنها تقيس الامتصاص عند السقوط العمودي فقط. [ 7 ]
يعتمد اختيار الطريقة على التطبيق: فطريقة غرفة الصدى تمثل بشكل أفضل ظروف العالم الحقيقي حيث يصل الصوت من جميع الاتجاهات، بينما طريقة أنبوب المعاوقة مفيدة لمقارنة المواد أثناء تطوير المنتج.
التطبيقات
يُعد امتصاص الصوت أمراً بالغ الأهمية في مجالات مثل:
- عزل الصوت
- تسجيل الصوت وإعادة إنتاجه
- تصميم مكبرات الصوت
غرفة عديمة الصدى - خطوط نقل الصوت
- الصوتيات في الغرفة
- الصوتيات المعمارية
- السونار
- جدران عازلة للصوت
غرفة عديمة الصدى
الغرفة الصوتية عديمة الصدى هي غرفة مصممة لامتصاص أكبر قدر ممكن من الصوت. تتكون جدرانها من عدد من الحواجز المصنوعة من مواد عالية الامتصاص، مرتبة بطريقة توجه الجزء المنعكس منها نحو حاجز آخر بدلاً من ارتداده إلى الغرفة. هذا يجعل الغرفة شبه خالية من الصدى، وهو أمر مفيد لقياس مستوى ضغط الصوت الصادر من مصدر ما، ولإجراء العديد من التجارب والقياسات الأخرى.
تعتبر الغرف عديمة الصدى مكلفة لعدة أسباب، ولذلك فهي ليست شائعة.
يجب عزل هذه الغرف عن المؤثرات الخارجية (مثل الطائرات والقطارات والسيارات وعربات الثلج والمصاعد والمضخات، ...؛ بل أي مصدر صوت قد يؤثر على القياسات داخلها)، كما يجب أن تكون كبيرة الحجم. يتطلب العزل البيئي، في معظم الحالات، جدرانًا وأرضيات وأسقفًا مصممة خصيصًا، ضخمة وسميكة في أغلب الأحيان. غالبًا ما تُبنى هذه الغرف كغرف معزولة مدعومة بنوابض داخل مبنى أكبر. يمتلك المجلس الوطني للبحوث في كندا غرفة حديثة عديمة الصدى، وقد نشر مقطع فيديو على الإنترنت يوضح هذه التفاصيل وغيرها من تفاصيل البناء. يجب أن تُصنع الأبواب خصيصًا، وأن يكون إحكام إغلاقها صوتيًا بالكامل (بدون أي تسريبات حول الحواف)، وأن تُدار التهوية (إن وجدت) بعناية، وأن تُختار الإضاءة لتكون صامتة.
ينبع الشرط الثاني جزئيًا من الشرط الأول، ومن ضرورة منع صدى الصوت داخل الغرفة، مثلاً من مصدر صوتي قيد الاختبار. ويتم منع الصدى عادةً باستخدام ألواح إسفنجية ماصة للصوت على الجدران والأرضيات والأسقف، ولكي تكون هذه الألواح فعالة عند الترددات المنخفضة، يجب أن تكون كبيرة الحجم؛ فكلما انخفضت الترددات المراد امتصاصها، زاد حجمها المطلوب.
لذلك يجب أن تكون الغرفة عديمة الصدى كبيرة لاستيعاب تلك المواد الماصة وأنظمة العزل، ولكن مع السماح في الوقت نفسه بوجود مساحة للأجهزة والوحدات التجريبية قيد الاختبار.
التناظر الكهربائي والميكانيكي
الطاقة المبددة داخل وسط ما أثناء انتقال الصوت فيه تُشابه الطاقة المبددة في المقاومات الكهربائية أو تلك المبددة في المخمدات الميكانيكية لأنظمة نقل الحركة الميكانيكية. وتُعادل هذه العناصر الثلاثة الجزء المقاوم من نظام يتكون من عناصر مقاومة وعناصر تفاعلية. تُبدد العناصر المقاومة الطاقة (بشكل غير قابل للانعكاس على هيئة حرارة)، بينما تُخزن العناصر التفاعلية الطاقة وتُطلقها (بشكل قابل للانعكاس، مع إهمال الفقد الطفيف). وتُحدد الأجزاء التفاعلية للوسط الصوتي بمعامل مرونته الحجمية وكثافته، على غرار المكثف الكهربائي والمحث الكهربائي ، وعلى غرار الزنبرك الميكانيكي المتصل بكتلة.
لاحظ أن التبديد، بما أنه يعتمد كليًا على عنصر المقاومة، فهو مستقل عن التردد. مع ذلك، عمليًا، يتغير عنصر المقاومة بتغير التردد. على سبيل المثال، تُغير اهتزازات معظم المواد بنيتها الفيزيائية، وبالتالي خصائصها الفيزيائية؛ والنتيجة هي تغير في مكافئ "المقاومة". إضافةً إلى ذلك، تُظهر دورة الانضغاط والتخلخل تخلفًا في موجات الضغط في معظم المواد، وهو دالة للتردد، لذا لكل انضغاط تخلخل، وتتغير كمية الطاقة الكلية المبددة بسبب التخلف بتغير التردد. علاوة على ذلك، تتصرف بعض المواد بطريقة غير نيوتونية ، مما يؤدي إلى تغير لزوجتها مع معدل إجهاد القص الذي تتعرض له أثناء الانضغاط والتخلخل؛ وهذا أيضًا يتغير بتغير التردد. تُظهر الغازات والسوائل عمومًا تخلفًا أقل من المواد الصلبة (مثلًا، تُسبب الموجات الصوتية انضغاطًا وتخلخلًا أديباتيًا ) وتتصرف، في الغالب، بطريقة نيوتونية.
تُشكّل الخصائص المقاومة والتفاعلية للوسط الصوتي مجتمعةً المعاوقة الصوتية . ويُحدّد اختلاف المعاوقات الصوتية سلوك الموجات الصوتية عند مرورها عبر وسط مختلف. وكما هو الحال مع المعاوقات الكهربائية، توجد حالات توافق وحالات عدم توافق، حيث تنتقل الطاقة عند ترددات معينة (بنسبة تصل إلى 100%)، بينما تنعكس في الغالب عند ترددات أخرى (بنسب كبيرة جدًا).
في تصميم مكبرات الصوت ومكبرات الصوت، يجب موازنة المعاوقات الكهربائية والميكانيكية والصوتية للنظام بحيث لا يؤثر استجابة التردد والطور إلا بشكل طفيف على الصوت المُعاد إنتاجه عبر نطاق واسع جدًا، مع الحفاظ على مستويات صوت كافية للمستمع. وقد وفر نمذجة الأنظمة الصوتية باستخدام نفس التقنيات (أو تقنيات مشابهة) المستخدمة منذ زمن طويل في الدوائر الكهربائية، لمصممي الصوتيات أداة تصميم جديدة وفعالة.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ ممتصات ومشتتات الصوت: النظرية والتصميم والتطبيق. دار نشر CRC. 2009. بيتر دانتوني
- ↑ "انكسار الصوت" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 18-03-2013 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20-02-2013 .
- ↑ "امتصاص الصوت وعزله" . zoomito.
- ↑ "معامل امتصاص الصوت" .
- ↑ باركر، باري (15 ديسمبر 2009). الاهتزازات الجيدة : فيزياء الموسيقى . مطبعة جامعة جونز هوبكنز. ص 248. ISBN 9780801897078تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يناير 2019 .
- ↑ "ISO 354:2003 — الصوتيات — قياس امتصاص الصوت في غرفة الصدى" . المنظمة الدولية للمقاييس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14-05-2026 .
- ↑ "ISO 10534-2:1998 — تحديد معامل امتصاص الصوت والمعاوقة في أنابيب المعاوقة" . المنظمة الدولية للمقاييس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 مايو 2026 .
- الصوتيات