دراسة الصوت
بدأت دراسة الصوت في العصور القديمة. فقد أجرى فيثاغورث، الفيلسوف وعالم الرياضيات الإغريقي، منذ القرن السادس قبل الميلاد، تجارب على الأصوات، التي تحدِثها الخيوط المهتزة. ويقال إنه هو الذي اخترع الصونومتر، وهو مقياس الصوت، الذي يستخدم في دراسة الأصوات الموسيقية.
وفي نحو عام 400 قبل الميلاد، ذكر عالم إغريقي، اسمه أرخيتاس، أن الصوت ينتج من حركة جسم، يصطدم بآخر. وبعد نحو 50 عاماً، ذكر الفيلسوف الإغريقي، أرسطو، أن الصوت يُحمل إلى آذاننا بوساطة حركة الهواء. ومنذ ذلك الحين، وحتى نحو 1300م، لم تُجرَ في أوروبا أبحاث علمية تُذكر. غير أن العلماء، في العالم العربي والإسلامي، والهند، طوّروا بعض الأفكار الجديدة في شأن الصوت، بدراسة الموسيقى، واستحداث نُظُم في نظريتها.
قدَّم إخوان الصفا، في القرن الرابع الهجري، العاشر الميلادي، موجزاً شاملاً، في علم الأصوات وعلم الموسيقى. وعرَّفوا الصوت بأنه "قرع يحدث في الهواء من تصادم الأجرام ... وأنه يتموَّج إلى جميع الجهات". وقسموا الأصوات إلى أربعة أنواع: جهيرة وخفيفة وحادة وغليظة. وعَزَوا ذلك إلى طبيعة الأجسام، وقوة تموّج الأصوات. وقد أبان ابن سينا، في رسالة له، بعنوان "أسباب حدوث الحروف"، أن الصوت ينتج من تموّج الهواء دفعة، وبقوة، وسرعة. ولم تقف إسهامات العلماء العرب عند تعريف الأصوات، بل تعدَّتْ ذلك إلى تطبيق مبادئ علم الفيزياء، في الأصوات، على الموسيقى، وذلك نحو عام 425هـ، 1033م.
تعني النظرية الموجية، "أن الصوت ينتقل على شكل موجات". وقد سبق العلماء العرب والمسلمون غيرهم، في الإشارة إلى هذا المفهوم. ولم يشرع العلماء الأوروبيون في تجارب موسعة على طبيعة الصوت، إلا في أوائل القرن السابع عشر الميلادي، حين وضَّح الفلكي والفيزيائي الإيطالي، جاليليو، بالتجربة، أن تردد موجات الصوت، هو الذي يحدد طبقته. لقد عمد إلى حك قاطعة ذات أسنان على سطح لوح من النحاس، فأحدث صوتاً حادّاً؛ نتج من الأخاديد، التي تركتها الأسنان على اللوحة.
وفي نحو عام 1640، تمكن مارن ميرسين، وهو عالم رياضيات فرنسي، من إجراء أول قياس لسرعة الصوت في الهواء. وبعد نحو عشرين عاماً، أثبت الكيميائي والفيزيائي الأيرلندي، روبرت بويل، بالتجربة، أن موجات الصوت، لا بدّ أن تنتقل في وسط ما. وقد برهن بويل على أنه لا يمكن سماع صوت جرس، داخل جرة أُفرغ منها الهواء. وفي أواخر القرن السابع عشر الميلادي، صاغ العالم الإنجليزي، إسحاق نيوتن، علاقة، تكاد تكون صحيحة، بين سرعة الصوت في وسط ما، وبين كثافته وقابليته للانضغاط.
وفي منتصف القرن الثامن عشر الميلادي، أوضح دانيال برنولي، وهو رياضي سويسري، أن الخيوط يمكن أن تهتز، عند أكثر من تردد، في آن واحد. وفي أوائل القرن التاسع عشر، طوَّر رياضي فرنسي، اسمه جان بابتست فورير، طريقة رياضية، يمكن أن تُستخدم في تحليل موجات الصوت المعقدة، إلى النبرات البسيطة، التي تتكون منها. وفي الستينيات من القرن التاسع عشر الميلادي، درس هيرمان فون هيلمولتز، وهو فيزيائي ألماني، تداخل موجات الصوت، وإنتاج الضربات، وعلاقة كلٍّ منهما بإحساس الأذُن بالصوت.
أُسس جزء كبير من علم الصَّوتيات الحديث، على مبادئ الصوت، الموجودة في كتاب "نظرية الصوت"، لمؤلفه الفيزيائي البريطاني، البارون رايلي، عام 1878. وعلى الرغم من أن الكثير من خصائص الصوت معروفة، منذ ذلك الوقت الطويل، إلا أن علم الصَّوتيات، استمر يتوسع في مناطق أخرى من العالم. وفي الأربعينيات من القرن العشرين، وضَّح جورج فون بيكيسي، وهو فيزيائي أمريكي، كيف تميِّز الأذن بين الأصوات. وفي الستينيات من القرن العشرين، توسع علم الصَّوتيات سريعاً، استجابة للاهتمام المتزايد بتأثيرات التلوث الضجيجي، الفيزيائية والنفسية، الضارة.
وشملت بحوث علم الصَّوتيات، في سبعينيات القرن العشرين، دراسة الاستخدامات الجديدة للموجات فوق الصوتية، وتطوير معَدات فوق سمعية أفضل. وخلال أوائل الثمانينيات، شمل البحث أجهزة أفضل، لإعادة إنتاج الصوت وتطوير الحواسب، التي تستطيع أن تفهمه، وتعيد إنتاجه. كما درس مهندسو علم الصَّوتيات الاستخدامات الممكنة، للموجات تحت الصوتية، أي الصوت الذي يكون تردده أقلّ من مدى السماع المباشر.
هو صوت يصدر عن الكائنات الحية (الإنسان ومعظم الحيوانات)، لغرض الاتصال، أو للتعبير عن أحاسيسها أو فكرها. ومن المعلوم أن لمعظم الحيوانات أصوات؛ فهي يمكن أن تنبح، أو تصرخ، أو تعوي، أو تئن، أو تدمدم، أو تزقزق أو تخرج أصواتاً أخرى. وهناك القليل منها، مثل الزرافة، نادراً ما تستخدم صوتها. بيد أنه ليس هناك صوت مثل صوت الإنسان.
يمكن الإنسان أن يعبِّر عن أفكاره، من خلال أصوات، ساكنة ومتحركة. ويمكن أن يستخدم صوته كذلك، في الغناء. ويمكن أن يجمع الكلام مع الموسيقى فيغني الكلمات. وبسبب تميُّز صوته بدرجة عالية من آلية الانتظام، استطاع الإنسان أن ينطق لغات متنوعة. وهذه اللغات تمكن الناس من أن يخبر أحدهم الآخر، بأدق أفكاره وأفعاله.
تعدُّ الأوتار الصوتية هي المصدر الرئيسي للصوت، في الإنسان. تمتد ثنيتان من النسيج الرقيق عبْر الحنجرة (صندوق الصوت)، وتمتد ثنية واحدة على كل جانب من جانبَي القصبة الهوائية. وتتولى عضلات الحنجرة شد الأوتار الصوتية وإرخاءها؛ فيحدث الصوت.
عند التنفس، تسترخي الأوتار الصوتية، فتكون فتحة على شكل حرف V، تسمح بدخول الهواء. وعند التكلم، تُجذب الأوتار الصوتية بالعضلات الملتصقة بها، مما يُضيّق الفتحة. ثم عند اندفاع الهواء من الرئتَين، عبْر الحنجرة، يهز الهواء الأوتار الصوتية المشدودة، الأمر الذي يؤدي إلى حدوث الأصوات.
آلية الصوت منظمة تنظيماً جيداً، يتيح عمل الأوتار الصوتية والعضلات والرئتَين، في عدة مجموعات متوافقة. وكلما ازداد اشتداد الأوتار الصوتية، كلما أنتجت أصواتاً أعلى. وكلما ارتخت، انخفضت الأصوات. وفي التخاطب العادي، تُشد الأوتار الصوتية وتُرخى بدرجات مختلفة؛ وهذان الشد والإرخاء، يؤديان إلى التنوع في الأصوات.
تتحدد طبقة الصوت بحجم الحنجرة. وتُعَدّ أصوات النساء، في العادة، ذات طبقات أعلى؛ لأن الأوتار الصوتية للمرأة أكثر صريراً. ولدى الأولاد، ذكوراً وإناثاً، أوتار صوتية ذات حجم واحد؛ حتى يصل الذكور إلى مرحلة البلوغ، فتصبح صناديق أصواتهم ذات طبقات أدنى.
يساعد اللسان والشفتان والأسنان، على تشكيل الأصوات. وإضافة إلى ذلك، فإن تجويف الأنف، يعطي الصوت رنيناً ولوناً. وعندما يصاب المرء بالبرد، وتنغلق الممرات الهوائية، يتغير صوته.
وأخيراً، فإن إجهاد الصوت، يؤثّر في الأوتار الصوتية. كما يؤثر فيها توتر العضلات الناتج من القلق؛ حتى إن الشخص المريض بالتهاب الحنجرة، لا يستطيع الكلام، لمدة يوم أو يومَين.
يختص بتوفير الهدوء، داخل الغرف والمباني، وتهيئة الأحوال الجيدة، للاستماع للحديث والموسيقى. وهو يؤدي دوراً مهماً في هندسة قاعات الاستماع، وتشييدها.
وتتأثر نوعية الصوتيات الخاصة بغرفة ما، بعدة عوامل: أولها، حجم الغرفة وشكلها؛ وثانيها، مقدرة السقف والجدران والأرضية، على إبعاد الصوت غير المرغوب فيه؛ وثالثها، استعمال الأثاث المُصنَّع من مواد ممتصة للصوت. وهناك عامل آخر، يؤثّر في نوعية الصوتيات ذات العلاقة بالغرف، وهو الطريقة التي تعكس بها الغرفة الصوت المنبعث؛ فالأصوات المرسلة من مكبر صوت، أو آلة موسيقية، ترتد إلى الخلف وإلى الأمام، على السقف والجدران والأرضيات، وغير ذلك من الأسطح، فيتكون بذلك ارتداد الصوت، الذي تحدِثه الانعكاسات الصادرة عن الصوت. أما فترة الصدى، فهي الزمن، الذي يستغرقه تلاشي الصوت واحد إلى المليون من طاقته الأصلية. ويجب أن يستمر صدى الصوت، لفترة تقارب الثانية، في قاعة الاستماع المعَدَّة للحديث، ولمدة ثانيتَين، في قاعة الموسيقى. وفوق ذلك، يجب ألا يصل انعكاس قوي واحد إلى أذُن المستمع، بعد مرور 1/20 من الثانية من وصول الصوت المباشر، المنبعث من مكبر صوت أو آلة؛ وإلا فإنه سيسمع الانعكاس القوي، وكأنه صدى مشوش للصوت الأصلي.
يتحكم الأثاث المُصنَّع من المواد الممتصة للصوت، في الانعكاس داخل الغرفة. ويشمل هذا النوع من الأثاث الرقائق الصوتية، سواء كانت من الفلّين أو المطاط، أو السجّاد أو الستائر أو الأثاث المُنجَّد.
هو علم يهتم بالتحكم في التلوث الضجيجي، وهو مشكلة واسعة الانتشار، في كثير من المناطق السكنية. وتتضمن المصادر الرئيسية للضجيج البيئي: السيارات والطائرات، والمنشآت الصناعية، ومعَدات البناء الثقيلة.
ويمكن التحكم في التلوث الضجيجي، بثلاث طرق، وهي:
| أ . | تهدئة مصدر الضجيج. |
| ب. | قفل مبعث الضجيج من مكان إلى آخر. |
| ج. | امتصاص الطاقة الضجيجية. |
فمثلاً، يخفض كاتم الصوت الضجيج، الصادر عن محركات السيارات. كما تعمل الجدران الضخمة، الخالية من الشقوق أو المسامات، على حجب الضجيج. كذلك، يمتص الأثاث، المُصنَّع من المواد الممتصة للصوت، الضجيج.
ويمكن أن يؤدي تعرض المرء للتلوث الضجيجي المكثف، بصورة متكررة، إلى تلف، مؤقت أو دائم في سمعه. وتقاس شدة الضجيج من طريق وحدة قياسية، تسمى الديسيبل. وتطالب القوانين، في كثير من الأقطار، المصانع بتخفيض الضجيج الصادر منها، إلى درجة، تقلّ عن المستويات القصوى المحددة، أو بإلزام عمالها وضع سِدادات الأذُن وأغطيتها الوقائية.
مجالات أخرى لعلم الصوتيات
وتتضمن ما يلي:
| أ . | تصميم المعَدات والهواتف وغيرها، من أجهزة الاتصالات السمعية البالغة الدقة. |
| ب. | استعمال الصوت في صناعة القياسات، ومعالجة تصنيع المواد. |
ويُلاحظ أن كثيراً من البحوث، التي تناولت علم الصوتيات، تتضمن تطوير استعمالات الترددات، تحت الصوتية وفوق الصوتية. فالتردد تحت الصوتي، هو الصوت المنخفض الترددات، إلى درجة، لا تسمح للبشر بسماعه. أما التردد فوق الصوتي، فهو مرتفع جداً، في وقعه على الأذُن.
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــ
* منقول
