موضوع: مدلسازی صوت و مدلهای شدت تراز صوت

1-1 صدا
1-1-1 ماهیت موج* :

براي انتقال انرژي از يک نقطه به نقطه ديگر، راههاي متفاوتي وجود دارد. در برخي راههاي انتقال انرژي؛ ماده حامل و منتقل کننده انرژي است.

يکي از راههاي انتقال انرژي، حرکت موجي است. در اين نوع انتقال، ماده منتقل نمي شود بلکه موج عامل انتقال انرژي است. در نتيجه موج عبارت است از يک تغيير شکل تناوبي که در محيط منتشر مي شود و انرژي را بدون انتقال ماده جابجا مي کند.
انواع موج

بطور کلي امواج را به 2 دسته کلي تقسيم مي کنند:
امواج مکانيکي : آن دسته از امواجي هستند که فقط مي توانند در محيطهاي مادي منتشر شوند. اين محيط هاي مادي مانند طناب (يک بعدي)، يا سطح آب (دو بعدي) و يا جو زمين (سه بعدي) هستند. نمونه هايي از امواج مکانيکي، امواج صوتي، امواج سطح آب و امواج زلزله مي باشد. براي پيدايش و انتشار اينگونه امواج، دو عامل اساسي لازم است : منبع انرژي توليد کننده موج و محيط قابل ارتعاش*.
امواج الکترومانيتيک : امواجي هستند که به وسيله دو ميدان متناوب عمود بر هم الکتريکي و مغناطيسي توليد مي شوند. اين امواج مي توانند علاوه بر محيطهاي مادي که براي آنها شفاف باشد از خلأ نيز عبور کنند. نمونه اي از اين امواج، نور است که با سرعت [IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image002.gif[/IMG] از خلأ عبور مي کند. امواج الکترومانيتيک*، طيف گسترده اي دارند و شامل اشعه کيهاني، اشعه گاما، اشعه ايکس، اشعه ماوراي بنفش، نور، امواج زير قرمز، امواج گرمايي و امواج راديويي هستند. ]گلمحمدی ، رستم، 1382 [

1-1 -2 صوت*

صوت عبارت است از نوعي ارتعاش مکانيکي - طولي که سبب احساس شنوايي در انسان مي شود. اين ارتعاشات مکانيکي در اثر ارتعاش يک جسم و يا مجموعه اي از اجسام کشسان توليد مي شود و بصورت موج در محيط مجاور که معمولاً هواست؛ انتشار مي يابد و بر روي پرده گوش اثر گذاشته و باعث ارتعاش آن مي شود. در نتيجه تأثير بر عصب شنوايي، احساس شنوايي را بوجود مي آورد.
امواج مکانيکي با تواترهاي متفاوت مي توانند در محيط منتشر شوند اما گوش انسان سالم ارتعاشاتي را مي شوند که تواتر آنها بين 20 تا 20000 هرتز باشد.
انواع صوت

دسته بندي هاي مختلفي وجود دارد که به برخي از آنها اشاره مي کنيم: ]گلمحمدی ، رستم، 1382 [
انواع صوت از نظر محيط انتشار

• صوت هوايي* (Airborne Sound): اصواتي هستند که در هوا يا گاز منتشر شده و به گوش مي رسند.

• صوت پيکري* (Structural sound): اصواتي که از طريق محيط مايع يا جامد منتشر شده و به طريق مستقيم( تماس با جمجه) يا پس از تبديل به صوت هوايي قابل شنيدن هستند.

انواع صوت از نظر توزيع انرژي

در اصوات مختلط هر موجي مي تواند در پهناي فرکانسي متفاوتي منشر شود. از اين نظر اصوات را به دو دسته تقسيم مي کنند:

• اصوات با باند باريک: در اين دسته حد اکثر انرژي صوتي يا فشار صوتي در يک پهناي محدود از فرکانس منتشر مي شود. صوت زنگ اخبار بوق و سوت از اين دسته اند.
• اصوات با باند پهن: در اين دسته انرژي صوتي در يک پهناي وسيع فرکانسي توزيع و منتشر مي شود. اصوات مربوط به وسايل و ماشينهاي مرکب مانند موتورهاي درونسوز*، آسياب و ميکسر از اين دسته اند.

انواع صوت از نظر شکل امواج

• اصوات ساده: اين صوت شامل يک موج سينوسي ساده مي باشد که در طبيعت وجود ندارد و در آزمايشگاه قابل توليد است. مانند صداي دياپازون و صداي کاليبراتور صدا سنج.
• اصوات مختلط دوره اي: معمولاً در اين امواج يک فرکانس اصلي و چند فرکانس فرعي وجود دارد که با هم رابطه منظم و نوعاً از پيش طراحي شده دارند و مي توان آنرا تجزيه نمود که در هنگام تجزيه مشاهده مي شود که اصوات مختلط دوره اي از يک بسامدهايي تشکيل شده اند که مضربي از بسامدهاي اصلي است که آنها را هماهنگهاي بسامد اصلي گويند. امواج دوره اي معمولاً اثر ناخوشايندي ندراند. اصوات موسيقي ، اصوات طبيعت و مکالمه از اين نوع هستند.
  
  • اصوات مختلط غير دوره اي : در اين دسته رابطه معين يا از پيش طراحي شده اي بين طول موجها و فرکانس و دامنه امواج وجود ندارد. اين اصوات عموماً ناخواسته، ناخوشايند و تا حدودي اجتناب ناپذير هستند. معمولاً اين نوع اصوات مختلط را که براي گوش انسان ناخوشايند است سرو صدا يا نوفه* گويند. در نتيجه نوفه حالتي از صوت با مشخصات تغيير يافته و نامنظم است. در صنعت يکي از راههاي اتلاف انرژي اين گروه اصوات مي باشند.

انواع صوت از نظر احساس فيزيولوژيک

• موسيقي : اصوات منظمي هستند که رابطه منظم و طراحي شده اي بين تغييرات دامنه فشار، طول موجها و فرکانسهاي آن وجود دارد.
• صدا : اصوات نامنظمي هستندکه ناخوشايند، ناخواسته و عموماً اجتناب ناپذير بوده و بين دامنه هاي فشار طول موجها و فرکانسهاي آنرابطه معيني وجود ندارد. در صنعت به فراواني از اين نوع موج توليد و منتشر مي شود.

انواع صوت از نظر بيناب صوتي

اصوات معمولاً از بسامدهاي بسياري تشکيل مي شوند. بيناب صوتي وسيع بوده و بر حسب ميزان شنوايي به سه ناحيه تقسيم مي شوند:

• اصواتي با بسامد 20 تا 20000 هرتز را بيناب شنوايي مي نامند. ارتعاش صوتي با بسامدهاي ياد شده حس شنوايي را در انسان تحريک مي کنند. در بيناب فوق بسامدهاي 500 تا 2000 هرتز، بسامدهاي مکالمه را تشکيل مي دهند .
• ارتعاش هايي با بسامدهاي کمتر از 20هرتز امواج مادون صوت مي باشند که گوش انسان حساسيت چنداني به شنيدن آن ندارد .
• امواج صوتي با بسامد بيش از 20000 هرتز امواج فرا صوت مي گويند که حس شنوايي را در انسان تحريک نمي کند .

بيناب شنوايي در برخي جانوران گسترده تر از انسان است به طور مثال به نظر مي رسد خفاش امواج صوتي بيش از 100000 هرتز را بشنود و سگ امواج صوتي در حدود 50000 هرتز را حس مي کند . در بررسي مشکلات ناشي از صدا دو ناحيه مادون صوت و فرا صوت مورد نظر نمي باشند بلکه اصواتي که در بيناب شنوايي قرار دارند مورد توجه قرار مي گيرند.
انواع صوت از نظر زمان تداوم

اصوات در مرحله توليد و انتشار خود ممکن است به اشکال مختلف وجود داشته باشند، اين اشکال را مي توان بر اساس دامنه صوت بصورت زير تقسيم بندي نمود :

• اصوات پيوسته :

به اصواتي اطلاق مي شود که در طول زمان انتشار خود وقفه نداشته باشند. اصوات مکالمه و صداي صنعتي اغلب از اين گروه هستند. اين گروه به سه دسته زير تفسيم مي شوند.

• اصوات يکنواخت : تراز فشار صوت تغييرات قابل ملاحظه نداشته و اغلب کمتر از 5 dB است.
• اصوات متغير با زمان : در اين دسته تغييرات تراز فشار صوت در طول زمان بين 5 تا 15 dB است.
• اصوات منقطع يا نوبتي : در اين دسته تغييرات تراز فشار صوت بيش از 15 dB در واحد زمان است.

• اصوات ضربه اي و کوبه اي :

در اين اصوات موج فشار صوت در هر ضربه؛ در کسري از زمان (ثانيه) و معمولاً در کمتر از 5/0 ثانيه شروع و خاتمه مي يابد. صداي ناشي از شليک گلوله، پرسهاي ضربه اي و ابزارهاي پنوماتيک اغلب از اين نوع هستند. با توجه به نحوه توليد و شکل موج فشار؛ اين گروه به دو دسته تقسيم مي شود:

• دسته A : زمان اوج گيري موج فشار کوتاه بوده(معمولا کمتر از 0.5 ثانيه طول مي کشد) و دامنه فشار بسيار بزرگ است؛ بطوريکه در نقطه پيک خود ممکن است به 190 dB نيز برسد. در هر ضربه، موج فشار به تندي و فقط با يک بازگشت به نقطه صفر فشار برميگردد. در اين نوع صدا ، موج شکل ساده اي دارد. شليک گلوله هاي سبک مانند قبضه تفنگ و سنگين مانند توپ در هر شليک چنين موج فشاري را ايجاد مي کنند. انفجار گلوله هاي خمپاره و توپ هم اينگونه اند. در اين دسته زمان تداوم هر دسته کوتاه است. به اين نوع اصوات، صداي ضربه اي گويند.
• دسته B : در اين دسته، زمان اوج گيري موج فشار کوتاه بوده و دامنه فشار بسته به وضعيت منبع توليد صوت، متغير و بيش از 20 dB از صداي زمينه بالاتر است. اين دامنه در نقطه پيک ممکن است به 140 dB نيز برسد. در هر ضربه، موج فشار به تندي به نقطه صفر برميگردد؛ اما چند موج پس ضربه به دنبال خود دارد که به دليل اصوات پيکري اجزاي دستگاه مولد صوت ايجاد مي شود. در اين دسته زمان تداوم هر ضربه بلند تر از دسته A مي باشد. صداي ناشي از پرسهاي ضربه اي و ابزارهاي بادي و بطور کلي منابع مرکب ضربه زن از اين هستند. اين دسته از اصوات، کوبه اي نام دارند. ]گلمحمدی ، رستم، 1382 [