هل يمكن أن تنعكس الموجات الصوتية: ماذا ولماذا ومتى وأين وأنواع وحقائق مفصلة


عندما تسمع "انعكاس" ، تفكر في الضوء على الفور. قد تتساءل هل يمكن أن تنعكس الموجات الصوتية؟ وما هو انعكاس الصوت؟ راجع المقالة بالتفصيل للعثور على هذه الإجابات.

الصوت ، مثله مثل الضوء ، نوع من الطاقة. تحمل الطاقة على شكل موجة. لكل من موجات الضوء والموجات الصوتية بعض السمات المشتركة ، مثل الانعكاس والانكسار والحيود.

متى يمكن أن تنعكس الموجات الصوتية؟

الصوت ، الموجة الميكانيكية ، يتبع نفس قواعد انعكاس الضوء.

يشار إليه ببساطة باسم "انعكاس الصوت" عندما يرتد الصوت عن أي سطح مصقول أو غير مصقول. بمعنى آخر ، يحدث انعكاس الصوت عندما تنتقل الموجة الصوتية عبر وسيط ثم تضرب سطح آخر ، وتعود في الاتجاه المعاكس.

قوانين انعكاس الموجات الصوتية:

  • ستكون زاوية الانعكاس في حالة انعكاس الصوت هي نفسها زاوية السقوط.

𝛉i = 𝛉r

أين ، 𝛉i = زاوية السقوط

             𝛉r = زاوية الانعكاس

  • سيكون المستوى الذي ينعكس منه الصوت هو نفسه المستوى الذي ينتج منه الحادث والصوت العادي.
يمكن أن تنعكس الموجات الصوتية

نتيجة لذلك ، يمكننا أن نستنتج أن الموجات الضوئية والصوتية تخضعان لقوانين الانعكاس نفسها. 

الفرق هو أن انعكاس الصوت ، على عكس الضوء ، ليس من الضروري أن يكون لديك سطح مصقول. يمكن أن ينعكس الصوت من أي سطح خشن أيضًا. وبالتالي ، يتطلب الأمر فقط انعكاس أي سطح أو عائق. علاوة على ذلك ، يؤثر شكل السطح الذي ينعكس الصوت منه على انعكاس الصوت.

لنفكر في رسم توضيحي:

لنفترض أنك رميت كرة على الحائط ، وأنها ترتد إليك مباشرة. الآن بعد أن قمت بإضاءة الحائط بالمصباح الكهربائي ، فأنت تواجه ظاهرة انعكاس الضوء. يحدث نفس الشيء عندما تتحدث بالقرب من الحائط - تسمع ما قلته للتو. نعم ، تخمينك صحيح ؛ إنه ليس أكثر من انعكاس للصوت.

عندما تتحدث ، يتم إنتاج موجات صوتية ، وعندما تسمعها مرة أخرى ، تنعكس الموجات الصوتية ذات التردد المسموع من على سطح الجدار. ونتيجة لذلك ، فإن انعكاس الصوت مسؤول عن جعلك تسمع صوتك.

الآن ، دعونا ننظر في انعكاس الموجات الصوتية من أسطح مختلفة.

انعكاس الصوت على الأسطح المختلفة:

سيعتمد انعكاس الصوت أيضًا على نوع السطح ، مثل ما إذا كان نادرًا أم أكثر كثافة. إذا انعكس الصوت من مادة أكثر كثافة ، فسيحدث تغيير في الطور بمقدار 180 درجة فقط. ومع ذلك ، عندما ينعكس من وسط نادر ، ينعكس الضغط على أنه خلخلة ، والعكس صحيح. دعنا ندخله بمزيد من التفصيل.

انعكاس الصوت على الأسطح الصلبة أو الحدود الصلبة:

بسبب الضغط والخلخلة التي تشكل الموجات الصوتية ، تتناوب مناطقها بين الضغط العالي والمنخفض. الضغط والخلخلة هما مصطلحان يستخدمان لوصف منطقة الضغط المرتفع والمنخفض في نفس الوقت. نتيجة لذلك ، تعتبر الموجات الصوتية نوعًا ما موجة الضغط كذلك.

فكر في موجة صوتية (موجة ضغط أو موجة طولية) تنتقل عبر الهواء وتصطدم بسطح صلب مثل جدار. الآن ، عندما يصطدم ضغط الموجة الصوتية بسطح صلب ، فإنها تحاول بشكل أساسي دفع الجدار عن طريق تطبيق القوة. ومع ذلك ، نظرًا لأن الجدار هو سطح صلب ، فإنه يدفع الضغط المتكون في الهواء بسبب الصوت في الاتجاه المعاكس عن طريق تطبيق قوة مساوية ومعاكسة.

نتيجة لذلك ، فإن الضغط الذي كان يتحرك في الاتجاه الصحيح سيتحرك الآن في الاتجاه الأيسر. نتيجة لذلك ، سيكون إزاحة الجسيم المتوسط ​​أثناء السقوط والانعكاس في الاتجاه المعاكس. نتيجة لذلك ، إذا أخذنا في الاعتبار اختلاف الطور بين الموجات الصوتية المنعكسة والواقعة ، فسيصبح 𝜋 راديان ، أو 180 درجة.

سيكون النهج هو نفسه إذا أخذنا الآن في الاعتبار حالة الخلخلة. سينعكس الخلخ الناجم عن الحادث على أنه خلخلة.

الجدار بمثابة مثال رأيناه بالفعل. نظرًا لأن سطح الحائط صعب ، ينعكس صوتك عليه عندما تتحدث.

انعكاس الموجات الصوتية من وسط نادر:

فكر في موجة صوتية طولية تنتقل عبر وسيط أكثر كثافة أو صلبة وتصل إلى واجهة أو حدود وسائط نادرة. عندما يصطدم ضغط الموجة الصوتية الساقطة بحد مصنوع من مادة نادرة ، يتم تطبيق القوة على هذا السطح. نظرًا لأن سطح الوسيط النادر يتمتع بمقاومة أقل وأن ضغط الموجة الصوتية يحتوي على ضغط عالٍ ، فسيتم دفع حدود الوسيطة النادرة للخلف. 

على عكس الوسائط الأكثر كثافة ، فإن الجسيمات الموجودة في الوسط الأكثر ندرة تكون حرة في الهجرة. لذلك ، يتم إنتاج الخلخ عند تقاطع الوسيطين. لذلك ، يعود ضغط الحادث كخلخلة بعد الانعكاس من سطح المادة النادرة. نتيجة لذلك ، لا يلاحظ أي تغيير في الطور عندما تنعكس موجة صوتية من وسط أكثر كثافة من وسط نادر. 

سيحدث نفس الشيء إذا حدث خلخلة على سطح وسيط نادر وانعكس مرة أخرى كضغط.

كتوضيح ، تخيل صوتًا ينتقل عبر أنبوب مملوء بالماء. تخيل الآن أن الهواء موجود عند الطرف المفتوح للأنبوب. ونحن نعلم بالفعل أن الماء هو وسيط أكثر كثافة للصوت من الهواء. ونتيجة لذلك ، يتسبب الضغط المرتفع في ابتعاد جزيئات الهواء في المنطقة المحيطة بسرعة عند حدوث ضغط في واجهة الماء والهواء. نتيجة لذلك ، سيتم تحويل الضغط إلى خلخلة قبل الانعكاس.

انعكاس الموجات الصوتية من سطح منحني:

كما رأينا ، تعكس الأسطح المختلفة الصوت بشكل مختلف. بطريقة مماثلة ، يؤثر انحناء السطح على كيفية انعكاس الصوت. إن انحناء السطح له القدرة على تغيير شدة الصوت. 

تصنف الأسطح المنحنية إلى نوعين: 

  • الأسطح المقعرة و 
  • أسطح محدبة.

الآن دعونا ننظر في الأمر بدقة.

انعكاس الصوت من سطح مقعر:

عندما تصطدم الموجات الصوتية بسطح مقعر ، تتقارب الموجات المنعكسة ، كما هو الحال مع موجات الضوء. بالإضافة إلى ذلك ، كان للموجات المنعكسة أيضًا نقطة تركيز واحدة. نتيجة لذلك ، تزداد شدة الموجة الصوتية المنعكسة لأنها تنعكس من السطح المقعر.

هذه الظاهرة مستخدمة في العالم الطبيعي أيضًا. من البحث العلمي الأخير ، توصلنا إلى معرفة حقيقتين:

  • قد يستخدم موس الثور قرونه كقرص قمر صناعي يمكنه من خلاله تجميع الصوت وتركيزه بسهولة.
  • وفقًا للبحث العميق والأفكار الطويلة للعلماء ، فإن أقراص وجه البوم كروية ويمكن نقلها بسهولة لجمع الصوت ثم عكسه نحو آذانهم.

على الرغم من حدوثه في الطبيعة ، فإننا غالبًا ما نبتعد عن الأسطح المقعرة عند محاولة عكس الصوت. والسبب في ذلك هو أن التركيز على المركز الهندسي للسطح سينتج عنه نقطة ساخنة عالية داخل الفضاء. نتيجة لذلك ، سيكون نقل الصوت المنعكس لمسافات طويلة غير عادي.

إذا كان الشكل المقعر ضروريًا ، فربما يلزم استخدام مواد تمتص الصوت. قد تكون قادرًا على تقليل مشكلات الضوضاء عن طريق تعديل هندسة المنحنى بمساعدة متخصص في الصوت. المسرح يستفيد من هذه الظاهرة.

فيما يتعلق بالحفاظ على شدة الصوت المنعكس ، عادةً ما يتم استخدام الأسطح المقعرة أمام مكبرات الصوت في المسارح. ومع ذلك ، كما ذكرنا بالفعل ، فقد أنتج نقطة اتصال عالية ، وهذا هو سبب انعكاس الضوضاء أو الصوت غير الطبيعي. جدران وسقف المسرح من مواد تمتص الضوضاء لتقليل هذه الضوضاء. نتيجة لذلك ، تعزز كلتا الطريقتين بعضهما البعض عن طريق تقليل مقدار الخطأ المتبقي.

انعكاس الصوت من سطح محدب:

عندما تحدث موجات صوتية على السطح المحدب ، فإن الصوت المنعكس سوف يتباعد في كل اتجاه ممكن. مع تباعد الصوت ، من الواضح أن شدة الصوت تنخفض. 

يساعد انتشار الصوت من السطح المحدب على انتشار المزيج الموسيقي في جميع الاتجاهات وتجنب الانعكاسات غير المرغوب فيها.

تساعد الأشكال الهندسية المختلفة في انتشار الصوت ، والتي تشمل:

  • نصف الكرة أو نصف اسطوانة
  • السطح بزوايا مختلفة مثل نمط سن المنشار

ظواهر أخرى مهمة مرتبطة بانعكاس الصوت:

يتسبب انعكاس الصوت في حدوث صدى وصدى. ومع ذلك ، هناك بعض الاختلافات بين الظاهرتين. دعنا نتحدث عن ذلك.

صدى صوت:

يشير مصطلح الصدى إلى السمع المتكرر للصوت المنعكس. يمكن سماع صدى عندما ينعكس الصوت في مساحة كبيرة. 

يمكن لأي مساحة ضخمة أن تخلق صدى ، بما في ذلك المساحات المفتوحة والمغلقة. يجب أن تكون المسافة بين المصدر والجسم العاكس أكبر من 50 قدمًا لسماع صدى الصوت بشكل فعال. بسبب المسافة الطويلة نسبيًا ، سيكون هناك تأخير زمني بين الأصوات المسموعة. لذلك يمكننا سماع صوتين مميزين أو أكثر.

فكر في نفسك واقفًا في غرفة كبيرة فارغة وتتحدث بصوت عالٍ "مرحبًا". ثم بسبب انعكاس الصوت في منطقة كبيرة ومن خلال السطح الصلب ، تسمع كلمة مرحبًا مرارًا وتكرارًا مثل "مرحبًا" ... "مرحبًا" ... "مرحبًا". سيخرج الصوت إلى الغرفة وينعكس من الجدران إلى أذنيك. كلما زاد الوقت الذي يستغرقه الصوت للوصول إلى أذنك ، زاد إزعاجه.

ربما فعلت هذا أثناء قضاء إجازتك في محطة تل بالصراخ باسمك في التلال. ربما لاحظت أن صدى الصوت يحدث أيضًا أثناء المحادثات المتقاطعة في المكالمات الهاتفية.

صدى:

عندما تكون المسافة بين مصدر الصوت والسطح العاكس صغيرة جدًا ، يختلط الصوت الأصلي بالصوت المنعكس. نتيجة لتداخل الأصوات المختلفة ، ينتج الصوت المستمر أو المستمر. يشار إلى هذا باسم صدى.

ربما تكون قد سمعت هذه الكلمات إذا كنت قد تحدثت في قبة ضخمة أو قاعة أو قاعة. نتيجة لانعكاسات الصوت المختلفة في هذه الأنواع من المواقع ، غالبًا ما تمتزج الأصوات المنعكسة مع الصوت الأصلي. غالبًا ما تحتاج إلى سماع تأثير الارتداد إذا حدثت هذه الانعكاسات في غضون 50 مللي ثانية أو 0.05 ثانية.

تطبيقات انعكاس الصوت:

يتم استخدام خاصية الصوت الذي يجب أن ينعكس لجعل حياتنا أسهل. فيما يلي تطبيقات انعكاس الصوت:

  1. سماعة الطبيب: تعمل السماعة الطبية التي يستخدمها الأطباء على نظرية انعكاس الصوت. يستخدمه الطبيب للاستماع إلى دقات قلب المرضى. بسبب الانعكاسات المختلفة للصوت الذي يحدث داخل سماعة الطبيب ، يمكن للطبيب سماع دقات قلب المريض بوضوح.
  1. السمع: جهاز طبي آخر يستفيد من انعكاس مبدأ الصوت هو السمع. الأشخاص الذين يعانون من مشاكل في السمع يستخدمون هذا الجهاز. ينعكس الصوت في منطقة أقل نحافة في هذا الجهاز بحيث يمكن توجيهه نحو الأذنين بمستوى عالٍ من الشدة.
  2. سونار: نعم ، تنطبق نظرية انعكاس الصوت أيضًا على السونار. يُطلق على الجهاز الذي يستخدم الإشارة العاكسة لحساب مسافة الأجسام الموجودة تحت الماء وسرعتها اسم السونار. يتم استخدامه في السفن لتحديد أي تهديدات للسفينة لتجنب الحوادث المأساوية مثل تيتانيك. كما تستخدمها البحرية للعثور على المناجم والغواصات.
  3. بموجه الصوت: لوحات الصوت هي ببساطة أسطح منحنية يتم وضعها بطريقة تجعل مصدر الصوت في موضع التركيز. تعكس الموجات الصوتية بالتساوي في جميع أنحاء الغرفة أو القاعة. نتيجة لذلك ، يؤدي استخدام لوحة بموجه الصوت إلى تحسين جودة الصوت.
  4. مكبر الصوت: يتم استخدام انعكاسات متعددة أيضًا في مكبر الصوت. لها شكل يشبه القمع. نتيجة لذلك ، عندما يصدر صوت داخل قمع مكبر الصوت ، تنعكس الموجات عدة مرات قبل أن تتحرك على طول المسار الذي يؤدي إلى فتح القمع. نتيجة لذلك ، يزداد اتساع الصوت في بدايته.

نأمل أن يكون هذا المقال قد أعطاك كل المعلومات التي تحتاج لمعرفتها حول انعكاس الموجات الصوتية بطريقة مفيدة. يرجى زيارة موقعنا على الإنترنت لقراءة المزيد من المقالات المتعلقة بالعلوم مثل هذا المقال.

ألبا ب.راجاي

أنا ألبا رجائي ، أكملت درجة الماجستير في العلوم مع تخصص في الفيزياء. أنا متحمس جدًا للكتابة عن فهمي للعلوم المتقدمة. أؤكد أن كلماتي وأساليبي ستساعد القراء على فهم شكوكهم وتوضيح ما يبحثون عنه. بصرف النظر عن الفيزياء ، أنا راقصة كاثاك مدربة وأيضًا أكتب مشاعري في شكل شعر أحيانًا. أستمر في تحديث نفسي في الفيزياء وكل ما أفهمه أقوم بتبسيطه وإبقائه في صلب الموضوع بحيث يوصل القراء بوضوح. يمكنك أيضًا الوصول إلي على: https://www.linkedin.com/in/alpa-rajai-858077202/

آخر المقالات