موج صوتی
دنیایی را تصور کنید که در آن هیچ موج صوتی وجود ندارد و صدایی شنیده نمی‌شود؛ دنیایی خالی از صدای لالایی و نوازش مادر، صدای گریه کودکی که پا به این دنیا می‌گذارد؛ صدای پرنده‌ها، صدای باران و رعد و برق، صدای سحرانگیز شجریان، صدای قل‌قل آب کتری، صدای خنده پدر، صدای پیچیدن باد میان شاخ و برگ درختان، صدای تار لطفی و سنتور مشکاتیان، چه حسی داشتید، زندگی‌تان چه شکلی می‌شد؟
در نگر من حتی دنیا بدون صدای خودروها، بلندگوی میوه فروش دوره‌گرد، صدای دریل، داد و بیداد آدم‌ها و هر صدای آزاردهنده‌ای، جای کسل‌کننده‌ای برای زندگی بود؛ چه برسد به صداهایی که به زندگی‌مان معنا می‌دهند.
اینکه صدا چیست و از چه جنسی است؛ کجا منتشر می‌شود و سرعتش به چه عواملی بستگی دارد؛ چه محدوده صداهایی را انسان قادر به شنیدن است و چه سازو کاری سبب صدای وزوز حشرات، صدای باد و تولید صدا در سازهای موسیقی است؛ سوال‌هایی است که بعد از خواندن این مقاله جواب‌شان را خواهید یافت.
صدا چیست؟
صدا یک موج مکانیکی طولی است، که برای انتشار و انتقال انرژی نیاز به یک محیط (مانند هوا، آب یا مواد جامد) دارد. این امواج ناشی از ارتعاش ذرات محیط هستند. زمانی که یک جسم ارتعاش می‌کند، آشفتگی در هوا ایجاد می‌شود که سبب حرکت ذرات هوا به جلو و عقب و انتقال انرژی آن در محیط می‌شوند.
منشأ صدا چیست؟
بیشتر صداها امواجی‌اند، که بر اثر ارتعاش‌های اجسام مادی تولید شده‌اند؛ صدای ما ناشی از ارتعاش تارهای صوتی‌مان است. صدای دلنواز سه‌تار، تار یا کمانچه ناشی از ارتعاش تارهای آن‌هاست.
صدا چگونه در محیط انتشار می‌یابد؟
صوت منتشر شده از اجسام لرزان به شکل موج طولی منتشر می‌شود. در امواج طولی، ذرات محیط به‌طور موازی با جهت انتشار موج حرکت می‌کنند. این حرکت منجر به ایجاد مناطقی از فشردگی (جایی که ذرات به هم نزدیک هستند) و انبساط (جایی که ذرات از هم دور هستند) می‌شود که در همه جهت‌ها در محیط منتشر می‌شوند.
برای درک روشن‌تر این فرآیند، اتاقی را تصور کنید که در یک سمت آن در و انتهای دیگر آن، پنجره باز پرده‌داری وجود دارد. درِ اتاق هنگام باز شدن، مولکول‌های هوا را با خود به جلو می‌راند و جابه‌جا می‌کند؛ این مولکولها هم که بهشان فشار آمده بیکار نمی‌نشینند و به مولکول‌های مجاور خود همان فشار را وارد می‌کنند؛ این جابه‌جایی و تراکم مولکول‌های هوا دست به می‌شود تا به پرده‌ی اتاق برسد و آن را از پنجره بیرون براند.
حالا تصور کنید در اتاق بسته شود؛ مولکول‌های پشت در نفس راحتی می‌کشند و جای‌شان بازتر می‌شود؛ منبسط می‌شوند و کم فشار. سایر مولکول‌های هوا که پیش از این تحت فشار، به سمت پرده اتاق متراکم شده بودند؛ حالا بر می‌گردند و نفسی در ناحیه کم فشار می‌کشند.
ما که جابه‌جایی مولکول‌های هوا را نمی‌بینیم؛ اما پرده‌ای که بعد از بستن در به داخل اتاق کشیده می‌شود؛ گواه این جابه‌جایی است. اگر درِ اتاق مدام باز و بسته شود؛ موجی از ناحیه‌های متراکم و منبسط در هوا ایجاد می‌شود، که سبب تاب خوردن پرده به داخل و خارج پنجره می‌شود.
صدا هم چنین فرایندی را برای انتشار در محیط طی می‌کند. هنگام صحبت کردن تارهای صوتی ما به ارتعاش در می‌آیند و مولکول‌های هوای مجاور خود را تحت فشار قرار می‌دهند و متراکم می‌کنند؛ آنها نیز مولکول‌های هوای مجاور خود را و بدین ترتیب تا آخر.
صدا به شکل موج طولی و با ایجاد مناطقی از فشردگی و بازشدگی در محیط منتشر می‌شود. توجه داشته باشید، ذرات محیط حرکت نمی‌کنند؛ بلکه تنها در محدوده‌ای معین ارتعاش می‌کنند؛ این انرژی موج صوتی است، که صدا را در محیط منتقل می‌کند.
نمونه‌هایی از انتشار صدا در محیط
1- احتمالن حداقل یک‌باری از صدای وزوز پشه‌ای پشت گوشتان کلافه شده باشید. شاید شما هم مثل من فکر می‌کردید این صدایی است که از دهان این موجودات موزی تنها برای آزاردادن ما خارج می‌شود، اما سخت در اشتباهید.
این صدای کلافه کننده، صدای بال زدن‌شان است. بله. پشه در هر ثانیه 500 تا 600 بار بال می‌زند. با هر بار بال زدن بال‌هایش هوای مجاور خود را مدام متراکم و منبسط می‌کند، این تراکم و انبساط پی‌درپی هوای اطراف بال‌هایش منجر به تولید صدا می‌شود.
2- صدایی تکان خوردن شاخ و برگ درختان را شنیده‌اید؟ این صدا زاییده تکان دادن مولکول‌های هواست، شاخ و برگ درخت با هر تکان رفت و برگشتی هوای مجاور خود را جابه‌جا می‌کند و سبب انتشار ناحیه‌های متراکم و منبسط در هوا می‌شوند که تولید صدا می‌کند
3- بادبزنی را به سرعت مقابل صورت‌تان حرکت دهید، با این کار به مولکول‌های هوا شلاق می‌زنید و آنها را مدام متراکم و منبسط می‌کنید. نگویید که صدایشان در نمی‌آید.
محیط‌های انتقال صوت
بیشتر صداهایی که می‌شنویم در هوا منتشر می‌شوند. اما صدا می‌تواند در هر محیط کشسانی از مواد جامد و مایع و گاز منتشر شود. اما جالب است که صدا رسانای ضعیف صوت است و در مقابل جامدات رسانایی خوبی برای انتشار صوت در محیط هستند.
ویژگی‌های امواج صوتی
همانطور که گفتیم؛ صوت موجی مکانیکی است که به صورت موج طولی در محیط منتشر می‌شود. صدا را می‌توان بر اساس فرکانس، طول موج، تندی، دامنه و شدت آن توصیف کرد که در زیر به بررسی هر یک از این ویژگی‌ها خواهیم پرداخت.
دامنه موج
برای تصور دامنه موج صوتی، ارتفاع موج آبی را از سطح دریا تصور کنید، این همان دامنه موج است. در واقع دامنه موج بیشینه فاصله ذرات محیط از وضع تعادشان است. دامنه صدا، بزرگی بیشترین اختلال در یک موج صوتی است. دامنه همچنین معیاری از انرژی است؛ هرچه دامنه بیشتر باشد، انرژی موج صوتی بیشتر خواهد بود.
فرکانس
فرکانس یا بسامد تعداد ارتعاش‌های چشمه صوت در یک ثانیه است یا تعداد نوسان‌های که چشمه در هر ثانیه انجام می‌دهد. صداهایی با فرکانس بالا، صداهایی تیزند، یا به عبارتی دیگر صدای زیر دارای بسامد بالایی است، مانند صدای خانم‌ها.
در مقابل صداهایی با فرکانس پایین صداهایی بم هستند مانند صدای آقایان. فرکانس، ارتفاع صدا را مشخص می‌کند. گوش انسان قادر است بسامدهایی بین 20 تا 20هزار هرتز را بشنود، با این وجود به فرکانس‌های بین 2هزار تا 5 هزار حساسیت بیشتری دارد.
طول موج
صوت یک موج طولی است. فشردگی و بازشدگی‌های ذرات محیط از وضع تعادل به انتقال انرژی این موج کمک می‌کنند. فاصله دو تراکم یا دو انبساط متوالی برابر است با طول موج. طول موج فاصله‌ای است که موج در مدت زمان یک نوسان چشمه صوت طی می‌کند و آن را با λ نمایش می‌دهند.
تندی صوت و عوامل موثر بر آن
تندی موج صوتی از حاصلضرب طول موج در فرکانس آن به دست می‌آید؛ یعنی مسافتی که موج در بازه‌ی زمانی مشخصی طی می‌کند. تندی صوت به جنس محیط و ویژگی‌های آن و همچنین دمای محیط بستگی دارد.
مثلن هنگام انتشار صوت در هوا، اگر ویژگی‌هایی چون میزان رطوبت، دما، ارتفاع و وزش باد تغییر کند؛ تندی صوت نیز تغییر می‌کند. صدا در هوای گرم سریعتر حرکت می‌کند؛ زیرا برخورد مولکولها در هوای گرم بیشتر است.
احتمالن تجربه تغییر صدایتان در بادکنک‌های هلیمی را داشته‌اید یا فیلم‌های از آن دیده‌اید. هلیم محیطی متفاوت از هوای معمولی است. جنس محیط و ویژگی آن عوض می‌شود همین امر منجر به تغییر تندی صدای شما می‌شود.
صحنه‌ای از فیلم سینمایی قدیمی را به خاطر آورید که مسافران ایستگاه قطار، گوش‌شان را روی ریل مکی‌چسباندند تا صدای نزدیک شدن قطار را بشنوند. یا صحنه‌ای که مسافران در بیابان گوش بر زمین می‌نهادند تا صدای پای اسب‌هایی را بشنوند که در حال نزدیک شدن به آنها هستند.
مگر هوا چه عیبی دارد که سر بر زمین و ریل فلزی می‌گذارند؟ اتم‌ها در مایع‌ها و جامدهای کشسان بیشتر از محیط‌های گازی چون هوا، به هم نزدیک‌اند و به سرعت به حرکت‌های یکدیگر واکنش نشان می‌دهند. پس در محیط جامد انرژی سریعتر و با اتلاف کمتری منتقل می‌شود.
سرعت صوت در آب حدود چهاربرار سرعت آن در هوا است و در فلزی چون فولاد سرعت صوت حدود پانزده برابر سرعت صوت در هواست. برای درک بهتر این موضوع همین حالا گوشتان را روی میز قرار دهید و به صدای موسیقی که از اسپیکر کامپیوترتان در هوا و در میز منتشر می‌شود گوش دهید، از کدام محیط صدای واضح‌تری می‌شنوید میز یا هوا؟
حالا شما بگویید:
- گربه می‌تواند بسامدهای تا 70000 را بشنود. خفاش‌ها جیغ‌هایی با بسامدهای تا 120000 را گسیل و دریافت می‌کنند. کدام یک صداهایی با طول موج‌های کوتاه‌تر را می‌شنوند، گربه‌ها یا خفاش‌ها؟
- با افزایش بسامد صوتی، طول موج چه تغییری می‌کند؟
- اگر زنگی را درون شیشه‌ای دهان گشاد به صدا درآورید، وقتی هوای درون آن را خالی کنید دیگر صدایش شنیده نمی‌شود. اما هنوز ارتعاش آن را می‌شنویم. چرا؟
- آپارتمان‌نشینان تصدیق خواهند کرد که نت‌های بم موسیقی که در آپارتمانهای مجاور نواخته می‌شوند، واضح‌تر شنیده می‌شوند. فکر می‌کنید چرا صداهایی با بسامد کمتر راحت‌تر از دیوار، سقف و کف اتاق عبور می‌کنند؟
- چرا هر کوششی برای آشکارسازی صدای دیگر سیاره‌ها، حتی با بهترین آشکارسازهای شنیداری بی‌نتیجه است؟
- چرا اگر ماه منفجر شود صدای آن را نمی‌شنویم؟
- چرا لرزش زمین ناشی از انفجاری در دوردست را پیش از شنیدن صدای آن احساس می‌کنیم؟
شدت صوت
تصور کنید روی مبل دراز کشیده‌اید و به موسیقی مورد علاقه‌تان که فضای خانه را پر کرده است گوش می‌دهید. از آن طرف صدای دریل کارگران شهرداری که به جان پیاده‌روها افتاده‌اند را از خیابان پشتی می‌شنوید. کدام صدا را بلندتر می‌شنوید؟ درست است، صدای موسیقی را بلندتر و واضح‌تر می‌شنوید.
یا تصور کنید در ایستگاه مترو، قطار با سر و صدای زیاد وارد ایستگاه می‌شود، در همان لحظه شخصی کنار دست شما می‌پرسد این قطار کجا می‌رود. صدای قطار اجازه می‌دهد شما صدای شخص را واضح و بلند بشنوید؟
شما صدایی را بلندتر خواهید شنید که با انرژی بیشتری در لحظه به گوش شما برسد. این ویژگی صدا را شدت صوت می‌گویند. هرچه شدت صوت بیشتر باشد شما صدا را بلندتر می‌شنوید.
وقتی مادرتان از شما می‌خواهد صدای تلویزیون را کم کنید؛ به زبان فیزیک منظورش این است که شدت یا همان بلندی صدای تلویزیون را کم کنید. شدت صوت مقدار انرژی صوت است، که در واحد زمان به واحد سطح عمود بر راستای انتشار می‌رسد.
آهسته‌ترین صدایی(کمترین شدت) را که انسان می‌تواند بشنود آستانه شنوایی می‌نامند و بلندترین صدایی(بیشترین شدت) که انسان می‌تواند بشنود بدون اینکه گوش او به درد آید آستانه دردناکی می‌نامند. آستانه دردناکی و آستانه شنوایی به بسامد بستگی دارد.
تراز شدت صوت
هر چه شدت صوت بیشتر باشد، مقدار انرژی‌ای که گوش دریافت می‌کند بیشتر است و انسان صدا را بلندتر احساس می‌کند. اما توجه داشته باشید که این به معنی آن نیست که بلندی صوت با شدت آن رابطه مستقیم دارد؛ پس اگر شدت صوت دو برابر شود بلندی صدایی که احساس می‌کنیم دو برابر نمی‌شود.
شما اگر با دوست‌تان در یک خیابان شلوغ صحبت کنید، شدت صدای صحبت کردن‌تان در فاصله‌ی یک متری از هم است، در حالیکه سر و صدای خودروها در خیابان است. یعنی شدت صدای خیابان 1000 برابر شدت صدای صحبت کردن شماست.
اما در واقعیت ما صدای خودروها و شلوغی خیابان را هزار برابر بلندتر احساس نمی‌کنیم. به این علت به تعریف کمیت دیگری نیاز داریم که انطباق بیشتری با درک گوش انسان از بلندی صدا داشته باشد و آن تراز شدت صوت است.
تراز شدت صوت عبارت است از لگاریتم (در پایه ده) نسبت به شدت آن صوت به شدت صوت مبنا. تراز شدت صوت را با نشان می‌دهند و یکای آن به افتخار گراهام بل فیزیک‌دان آمریکایی مخترع تلفن، بِل و دسی‌بِل نام‌گذاری کرده‌اند. هر بل برابر ده دسی بل است.
برای درک بهتر استفاده از این رابطه در حل مسائل موج صوتی، حل و توضیح پرسش آخر فصل سوم فیزیک دوازدهم تجربی را ببینید:
برهم‌کنش امواج صوتی
موج صوتی می‌تواند در برخورد با محیطی دیگر واکنش‌های مختلفی نشان دهد. مثلن صدا منتشر شده در هوای خانه می‌تواند جذب در و دیوار و لباس‌ها شود، یا این صدا از کمد و میز و دیوار بازتاب شود و برگردد و یا اینکه از پنجره، در و دیوار عبور کند به گوش همسایه برسد.
جذب، بازتاب و شکست و حتی پراش، برهم‌کنش‌هایی است که موج صوتی می‌تواند با محیط‌های مختلف داشته باشد. دو نوع از این برهم‌کنش‌ها را بررسی می‌کنیم.
بازتاب صدا
تجربه این را داشته‌اید که در کوه با صدای بلند فریاد بزنید و سپس صدای خود را دوباره و حتی چندین باره بشنوید؟ چیزی که می‌شنوید بازتاب صدای شماست که به آن پژواک می‌گویند.
در پژواک، بازتاب صدا با یک تأخیر زمانی به گوش می‌رسد. این تاخیر زمانی باید حدود 1/0 ثانیه یا بیشتر باشد تا شنونده قادر به شنیدن پژواک شود. در یکی از تمرین‌های فصل چهارم فیزیک دوازدهم ریاضی پرسشی در این باره طرح شده است که به شما در درک بهتر پژواک کمک می‌کند:
شکست صدا
برایتان پیش آمده که صدای شخصی را از آن سوی دیوار، پنجره و یا در شنیده بشنوید. صدا می‌تواند از یک محیط وارد محیط دیگر شود. اما این تغییر محیط به این سادگی‌ها نیست؛ تاوان دارد.
اولین تاوان آن تغییر سرعت در بخش‌های مختلف جبهه موج است. این تغییر سرعت سبب خم شدن امواج می‌شود. این خم شدن صدا را شکست می‌گویند. مثلن تندر را وقتی می‌شنویم که آذرخش نزدیک باشد؛ ولی تندر آذرخش‌های دور را به دلیل شکست صدا در لایه‌های مختلف هوا نمی‌شنویم. صوت در ارتفاع‌های زیاد با سرعت کمتری حرکت می‌کند و با خم شدن از سطح زمین دور می‌شوند.
حالا شما بگویید:
- در رقابت‌های المپیک، میکروفونی صدای تفنگ آغازگر مسابقه را آشکار می‌سازد و آن را به صورت الکتریکی به محل استقرار هر دونده می‌فرستد. چرا؟
- چرا پس از بارش برف سکوت برقرار می‌شود؟
- چه نوع بادی موجب می‌شود صدا در فاصله‌های دور راحت‌تر شنیده شود؟ در فاصله‌های دور دشوارتر شنیده شود؟
اثر دوپلر
تصور کنید کنار خیابان ایستاده‌اید یک ماشین آتش‌نشانی آژیرکشان به شما نزدیک و سپس دور می‌شود، به تفاوت صدای آژیر هنگام نزدیک و دورشدن به خودتان دقت کرده‌اید؟ برای بررسی این تفاوت از اثر دوپلر کمک می‌گیریم.
هنگامی که چشمه صوتی مانند ماشین آتش‌نشانی، آمبولانس و یا موتوری به شما نزدیک می‌شود، صدای آنها تیزتر می‌شود. در واقع بسامد صدایی که می‌شنوید افزایش می‌یابد؛ و برعکس در حالتی که چشمه صوت از شما دور شود، بسامد صدایی که می‌شنوید کاهش می‌یابد. به این تغییر بسامد که از حرکت چشمه یا حرکت شنونده یا هر دو ناشی می‌شود اثر دوپلر می‌گویند.
چشمه صوت متحرک و شنونده ساکن
وقتی چشمه صوت (مثلاً یک ماشین آتش‌نشانی) ساکن است؛ امواج به صورت دایره‌های هم‌مرکز با سرعت ثابت در محیط پخش می‌شوند. ناظری که در نزدیکی منبع قرار دارد، این امواج را با همان فرکانسی که منبع تولید می‌کند، دریافت می‌کند. اما وقتی چشمه صوت شروع به حرکت می‌کند، وضعیت تغییر می‌کند.
فرض کنید ماشین آتش‌نشانی به سمت شما در حال حرکت است. در این حالت، جبهه‌های موجی که توسط ماشین آتش‌نشانی تولید می‌شود، قبل از رسیدن به شما، توسط خود ماشین آتش‌نشانی فشرده می‌شود. به عبارت دیگر، طول موج کوتاه‌تر و فرکانس آن بیشتر می‌شود.
بنابراین، شما صدایی با فرکانس بالاتر (زیرتر) می‌شنوید. برعکس، وقتی ماشین آتش‌نشانی از شما دور می‌شود، فاصله جبهه‌های موج بیشتر و موج کشیده‌تر می‌شود، در نتیجه طول موج افزایش می‌یابد و فرکانس کاهش می‌یابد و سبب می‌شود شما صدایی با فرکانس پایین‌تر (بم‌تر) می‌شنوید.
چشمه صوت ساکن و شونده در حال حرکت
وقتی چشمه صوت (مانند یک بلندگو) ساکن است؛ امواج صوتی به صورت دایره‌های متحدالمرکز با سرعت ثابت در محیط پخش می‌شوند. اگر ناظر (شنونده) به سمت چشمه صوت حرکت کند، در واقع با سرعت بیشتری با این امواج صوتی برخورد می‌کند.
تصور کنید که در حال راه رفتن زیر باران هستید. اگر ثابت بایستید، قطرات باران با سرعت مشخصی به شما برخورد می‌کنند. اما اگر شروع به دویدن کنید، با سرعت بیشتری با قطرات باران برخورد می‌کنید، حتی اگر سرعت بارش باران تغییر نکرده باشد.
در مورد امواج صوتی نیز همین اتفاق می‌افتد. وقتی ناظر به سمت چشمه صوت حرکت می‌کند، گویی با سرعت بیشتری با امواج صوتی برخورد می‌کند و در نتیجه فرکانس دریافتی او افزایش می‌یابد (صدای زیرتر). هر موج صوتی که از چشمه صوت منتشر می‌شود، در یک لحظه مشخص در مکان خاصی قرار دارد.
وقتی ناظر به سمت چشمه صوت حرکت می‌کند؛ در واقع زودتر از زمانی که باید، به این موج‌ها می‌رسد. به عبارت دیگر، تعداد بیشتری از این موج‌ها در واحد زمان به ناظر می‌رسند و این باعث افزایش فرکانس دریافتی می‌شود.
در حالی که اگر ناظر از چشمه دور شود؛ در مقایسه با ناظر ساکن، در مدت زمان یکسان، با جبهه‌های موج کمتری مواجه می شود، که این منجر به کاهش بسامد صوتی می شود که ناظر می‌شنود.
حالا شما بگویید:
- خفاشی هنگام پرواز به طرف دیواری جیرجیر می‌کند، بسامد پژواک جیرجیرهای دریافتی او از جیرجیرهای گسیل شده بالاتر، پایین‌تر یا مساوی آن است؟
- قطاری ایستاده سوتش را به صدا درمی‌آورد، سپس به سمت شما شروع به حرکت می‌کند. بسامد و طول موجی که به گوش شما می‌رسد چگونه تغییر می‌کند؟
- وقتی هنگام رانندگی به طرف عابری که کنار خیابان ایستاده بوق بزنید، او افزایشی را در بسامد بوق می‌شنود. اگر شنونده نیز با همان سرعت به سمت شما حرکت کند، همان افزایش را در بسامد بوق می‌شنود؟
امواج کمانی
وقتی اندازه سرعت چشمه صوت با اندازه سرعت امواجی که تولید می‌کند یکی می‌شود، اتفاق حیرت‌انگیزی می‌افتد. امواج به جای آنکه جلوتر از چشمه حرکت کنند؛ روی هم قرار می‌گیرند و جلوی چشمه صوت تلنبار می‌شوند و چشمه صوت در لبه حمله امواجی حرکت می‌کند که بوجود آورده است.
اگر هواپیمایی مانند جت با سرعتی برابر سرعت صوت پرواز کند، جلوی هواپیما امواج صوتی روی هم انباشته می‌شوند و یک دیوار صوتی تشکیل می‌دهد. هواپیما برای حرکتی با بیش از سرعت صوت باید این دیوار صوتی را بشکند.
هواپیما با توان کافی می‌تواند از این جبهه‌های موج انباشته شده که هدایت هواپیما را مختل می‌کند بگذرد. در این صورت هواپیما صدا را پشت سر می‌گذارد و با سرعتی فراصوت حرکت می‌کند و دیگر هیچ موج صوتی جلوی آن منتشر نمی‌شود.
در این حالت موجی کمانی پشت سر هواپیما بوجود می‌آید. وقتی هواپیما با سرعتی بیش از سرعت صوت پرواز می‌کند، امواج صوتی همپوش می‌شوند و به صورت صدای انفجار به شنونده می‌رسند.
برای درک بهتر اثر دوپلر می‌توانید؛ حل و توضیح پرسش زیر از کتاب فیزیک دوازدهم ریاضی را ببینید.
کاربردهای امواج صوتی
مکان‌یابی پژواکی روشی است، که بر اساس امواج صوتی بازتابیده از یک جسم، مکان آن جسم را تعیین می‌کند. مکان یابی پژواکی به همراه اثر دوپلر، در تعیین مکان اجسام متحرک و نیز تعیین تندی آنها به کار می‌رود.
1- خفاش، فَوَرانی از امواج فراصوتی را گسیل می‌کند که این بسته به نوع خفاش از دهان یا سوراخ های بینی آن گسیل می‌شود. این امواج از اشیایی که در مسیر خفاش قرار دارند بازمی‌تابد و بدین ترتیب خفاش را از اشیایی که بر سر راه او قرار دارند آگاه می‌سازد.
البته بسته به اینکه شیء بازتابنده، خوِد خفاش، یا هر دو متحرک باشند، خفاش تغییر بسامدی ناشی از اثر دوپلر را در موج بازتابیده ادراک می‌کند و بدین وسیله می‌تواند سرعت خود یا شیء متحرک را تعیین کند. خفاش‌ها از این ویژگی برای شناسایی و شکار طعمه‌های خود استفاده می‌کنند.
2- دلفین‌ها نیز با ارسال امواج فراصوتی به محیط اطرافشان، امکان دیدن درون بدن دیگر حیوانات و انسان‌ها برایشان فراهم می‌شود. پوست و ماهیچه و چربی برای دلفین‌ها تقریبا شفاف است، بنابراین آنها فقط طرح کلی بدن را می‌بینند. اما استخوان‌ها و دندان‌ها را به روشنی می‌بینند.
دلفین‌ها می‌توانند؛ شواهد فیزیکی سرطان‌ها، غده‌ها، حمله‌های قلبی و حتی حالت‌های عاطفی را مشاهده کنند. انسان‌ها نیز با بهره‌گیری از امواج فراصوتی موفق به انجام این کار شده‌اند.
3- برای تعیین محل‌هایی که زیر آب قرار دارند، از بازتاب‌های موج صوتی استفاده می‌شود. اساس این روش آن است که یک موج صوتی را به عمق آب می‌فرستند و با یک آشکارساز، بازتاب یا پژواک آن را اندکی بعد دریافت می‌کنند.
سپس زمان رفت و برگشت موج را به دقت اندازه‌گیری می‌کنند و از روی آن فاصله جسمی که موج را بازتابنده است تعیین می‌کنند. (سرعت صوت در آب مشخص است) با این روش عمق دریاها، محل صخره‌های زیر آب، محل کشتی‌های غرق شده، زیر دریایی‌ها و حتی محل تجمع گروهی از ماهی‌ها را که با هم حرکت می‌کنند می‌توان تعیین کرد.
4- با روش مکان‌یابی پژواکی می‌توان ساختار داخلی زمین را نیز مشخص کرد. برای این منظور یک انفجار زیرزمینی ایجاد می‌کنند و با آشکارسازی بازتاب موج‌های تولید شده در اثر انفجار، می‌توان ساختار نواحی مختلف زمین را تعیین کرد.
این روش در اکتشاف نفت و مواد معدنی به کار می‌رود. در این موارد از بسامدهای بالای 20 کیلوهرتز که در ناحیه فراصوتی قرار دارد استفاده استفاده می‌شود؛ زیرا موج‌ها علاوه بر اینکه قابل شنیدن نیستند دارای طول موج کوتاه‌اند و ابعاد با اجسام کوچک را می‌توان با استفاده از آنها آشکار کرد.
5- در پزشکی نیز از امواج فراصوت برای از بین بردن بافت‌های ناخواسته و یا اجسام زائد در بدن ( مانند غده‌ها و یا سنگ‌های کلیه) استفاده می‌شود. لیتوتریپسی دستگاهی است که از آن برای شکستن سنگ کلیه استفاده می‌شود.
از طریق این دستگاه، موج‌های فرا صوتی را بر روی سنگ کلیه متمرکز می‌کنند. این امواج سنگ را به قطعات ریزی تبدیل می‌کند که می‌تواند از بدن دفع شود.
6- امواج صوتی همچنین در تشخیص بیماری و یا دیدن اعضای داخلی بدن نیز استفاده می‌شود. سونوگرافی فرایندی است که در آن یک تپ فراصوتی داخل بدن بیمار فرستاده می‌شود.
این تپ از مرزها و فصل مشترک بین اعضای داخل بدن بازمی‌تابد که با آشکارسازی تپ بازتابی می‌توان اطلاعات لازم درباره عضو بیمار به دست آورد. این روش برای تشخیص محل غده‌ها، عملکرد قلب و دریچه‌های آن، وضعیت جنین و سنگ کلیه به کار می‌رود.
روش کار به این ترتیب است که با دستگاه خاصی، مانند بلندگو، تپ الکتریکی را به ارتعاش‌های مکانیکی تبدیل می‌کنند، تپی صوتی ایجاد می‌شود که از بافت‌های مورد نظر بازتاب می‌شود.
با آشکارسازی تپ‌های بازتابیده پزشک می‌تواند تصویر اعضای داخل بدن را روی مانیتور مشاهده کند. وقتی امواج فراصوتی بر جسم متحرک فرود آیند، بسامد بازتابیده اندکی متفاوت خواهد بود. پزشکان با استفاده از مکان‌یابی پژواکی همراه اثر دوپلر می‌توانند ضربان قلب جنین 11 ماهه ببینند.
7- شکست صدا در زیر آب بواسطه تغییر سرعت با دما اتفاق می‌افتد. شکست صوت در آب برای رای زیردریایی‌ها موهبت است. چرا که به علت تغییر دما در لایه‌های مختلف آب و پدیده‌ی شکست، نقطه‌های کوری در آب بوجود می‌آید که زیردریایی‌ها می‌توانند در این نقطه‌ها پنهان شوند و از چنگ رادارها بگریزند.
8- در فنّاوری‌هایی نظیر اندازه گیری تندی شارش خون در رگها نیز از روش مکان‌یابی پژواکی همراه اثر دوپلر استفاده می‌شود.
سخن پایانی درباره موج صوتی
در این مقاله، ما به بررسی جامع امواج صوتی، از تعریف و ویژگی‌های آنها گرفته تا کاربردها و تأثیراتشان پرداختیم. موج های صوتی، نقش بسیار مهمی در زندگی روزمره ما ایفا می‌کنند.
از ارتباطات و موسیقی گرفته تا فناوری‌های پزشکی و صنعتی. همانطور که دیدیم؛ امواج صوتی نه تنها ابزاری برای انتقال اطلاعات و لذت بردن از موسیقی هستند؛ بلکه کاربردهای فراوانی در زمینه‌های مختلف علمی و فناوری دارند.
از سونار و اولتراسوند گرفته تا تصویربرداری پزشکی و ارتباطات بی‌سیم، انواع موج صوتی به ما کمک می‌کنند تا دنیای اطراف خود را بهتر درک کنیم و از آن بهره ببریم.
دیدگاهتان را بنویسید