فرکانس بالا یعنی چه ؟ تمام آنچه که در مورد فرکانس و صوت باید بدانید

فرکانس بالا یعنی چه ؟ مقدمه

قبل از اینکه بدونید فرکانس بالا یعنی چه خوبه که این مقدمه رو بخونید . یکی از ساده ترین اندازه گیریهای مربوط به توانایی گوش تعیین این است که حداقل تراز شدت قابل درک چگونه با فرکانس تغییر می‌کند. حداقل شدت آکوستیکی را که برای تشخیص یک فرکانس لازم است، آستانه شنوایی (Thresheld Of Hearing) یا آستانه شنودگی (Threshold Of Andibility) همان فرکانس می‌نامند. اندازه گیری مربوط به این آستانه‌ها بوسیله عده‌ای از پژوهشگران صورت گرفته است. چنانکه انتظار می‌رود، نتیجه‌های اندازه گیری روی مردم از شخصی به شخص دیگر به طرز فوق العاده تغییر می‌کند، حتی اگر همه دارای شنوایی عادی باشند. همچنین مشاهده شده است که آستانه شدت تابع سن فرد گوش دهنده است، و با بالا رفتن سن حساسیت گوش نسبت به فرکانسهای زیاد بسیار کم می‌شود. آستانه شنوایی تابع امتداد تابش پرتوهای صوتی است و اینکه صدا با یک گوش یا با دو گوش شنیده شده باشد، است. درک این مطالب میتونه در خرید ایرپاد و هدفون بهتون کمک کنه و در انتخابهاتون گزینه های علمی بیشتری لحاظ کنید.

گوشهای ما مسئول دو حس حیاتی اما کاملا متفاوتند شنوایی و تعادل. صداهای تشخیص داده شده از طریق گوشها ، اطلاعات اساسی را درباره محیط خارجی به ما می‌دهند و به ما اجازه می‌دهند با روشهای پیچیده‌ای چون گفتار و موسیقی ارتباط برقرار کنیم. علاوه بر این گوشها در حس تعادل ما نیز سهم دارند. درک ناخود آگاه وضعیت بدن در فضا به ما اجازه می‌دهد تا بایستیم و حرکت کنیم بدون آنکه زمین بخوریم.

گوش دارای اندامهای مجزای شنوایی و تعادل است که صداهای دنیای اطرافمان و اطلاعات درونی درباره وضعیت و حرکتمان را تشخیص می‌دهد. ساختمانهای حسی داخل گوش ، اشکال متفاوت اطلاعات را به صورت ایمپالسهای عصبی برگردانده تا از طریق اعصاب به قسمتهای مختلف مغز ، جایی که اطلاعات تجزیه و تحلیل می‌شوند، فرستاده شوند. توانایی ما در تفسیر اصوات و استفاده از اطلاعات ، درباره تعادل در زمان نوزادی و کودکی شکل می‌گیرد.

فرکانس – فرکانس بالا یعنی چه ؟

فرکانس اندازه گیری تعداد تکرار اتفاقی در واحد زمان است. برای محاسبه فرکانس بر روی یک بازه زمانی ثابت، تعداد دفعات وقوع یک حادثه را در آن بازه می شماریم و سپس این تعداد را بر طول بازه زمانی تقسیم می کنیم.در سیستم واحدهای SI فرکانس با هرتز(Hz) اندازه گیری می شود. یک هرتز به این معنی است که یک واقعه یک بار بر ثانیه رخ می دهد. هر چه تعداد تکرار این اتفاقات بیشتر باشد یعنی فرکانس خروجی بالاتر است .

واحدهای دیگری که برای اندازه گیری فرکانس بکار می روند به این شرح هستند: سیکل بر ثانیه، دور بر دقیقه (rpm). سرعت قلب توسط واحد ضربان بر دقیقه اندازه گیری می شود.

یک روش جایگزین برای محاسبه فرکانس، اندازه گیری زمان بین دو رخداد متوالی حادثه ای است (دوره تناوب) و سپس محاسبه فرکانس به صورت عددی متقابل است.

فرکانس امواج

در اندازه گیری فرکانس صدا، امواج الکترومغناطیسی (مانند امواج رادیویی یا نور )، سیگنال های الکتریکی یا دیگر امواج، فرکانس بر حسب هرتز، تعداد سیکل های شکل موج تکراری است. اگر موج یک صدا باشد، فرکانس آن چیزی است که زیر و بمی این موج را مشخص می کند.

فرکانس رابطه معکوسی با مفهوم طول موج دارد. فرکانس f برابر است با سرعت v یک موج تقسیم بر طول موج &lambdaاست.

در موارد خاص که امواج الکترومغناطیسی از خلا عبور می کنند، v=c که در آن c برابر سرعت نور در خلا است.

فرکانس های آماری

در علم آمار فرکانس یک واقعه برابر است با تعداد دفعات رخ دادن یک حادثه در آزمایش یا مطالعه ای که صورت می گیرد است. فرکانس ها معمولاً به صورت گرافیکی در نمودار هیستوگرام نمایش داده می شوند.

تعریف امواج الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی یک رده از امواج است که دارای مشخصات زیر است:

• امواج الکترومغناطیسی دارای ماهیت و سرعت یکسان هستند و فقط از لحاظ فرکانس ، یا طول موج باهم تفاوت دارند
• در طیف امواج الکترومغناطیس هیچ شکافی وجود ندارد. یعنی هر فرکانس دلخواه را می‌توانیم تولید کنیم.
• برای مقیاسهای بسامد یا طول موج ، هیچ حد بالا یا پائین تعیین شده‌ای وجود ندارد.
• از جمله منابع زمینی امواج الکترومغناطیسی می‌توان به امواج دستگاه رله تلفن ، چراغهای روشنایی و نظایر آن اشاره کرد.
• این امواج برای انتشار خود نیاز به محیط مادی ندارند.
• قسمت عمده این فیزیک امواج دارای منبع فرازمینی هستند.
• امواج الکترومغناطیسی جزو امواج عرضی هستند.

امواج صوتی

امواج صوتی از نوع امواج مکانیکی هستند که در اثر ارتعاش اجسام کشسان تولید و در گازها ، مایعات و جامدات منتشر می‌شوند. احساس شنیدن صوت بوسیله گوش نه تنها یک امر فیزیکی است بلکه به علم زیست شناسی و حتی روانشناسی نیز مربوط است. تقریبا تمام صوتهای حاصل از اسباب موسیقی در اثر تشکیل موجهای ایستاده بوجود می‌آیند. منبع تولید صوت ممکن است یک جسم جامد باشد، مانند سیم باریکی که بین دو نقطه کشیده شده است یا ممکن است جرم معینی از هوا باشد، مانند صوت حاصل از ارتعاش هوای لوله‌های صوتی یا یک دیاپازون با ارتعاشات ساده باشد.

گوش انسان صوتهایی را می‌شنود که بسامد آنها بین ۲۰ تا ۲۰۰۰۰ هرتز باشد. سرعت سیر صوت از سرعت نور به مراتب کمتر است و این امواج حامل انرژی مکانیکی هستند. بنابراین لازم است که بین منبع تولید صوت و گوش یک محیط کشسان وجود داشته باشد. شدت صوت کمیتی است که ارتباطی به حساسیت گوش ندارد در صورتی که بلندی صوت هم به انرژی صوتی و هم به حساسیت گوش بستگی دارد.

عوامل موثر بر شدت صوت

دامنه ارتعاش

موجها در (در سطح آب یا طناب) با خود انرژی حمل می‌کنند. این انرژی با مجذور دامنه و مجذور بسامد متناسب است E=1/2mw2A2 ، از طرفی بنا به تعریف شدت صوت ، شدت صوت با انرژی رابطه مستقیم دارد لذا نتیجه می‌گیریم که شدت صوت با مجذور دامنه نسبت مستقیم دارد.

فاصله

هرچه از چشمه صوت دورتر می‌رویم صدا ضعیفتر می‌شود برای درک این موضوع چشمه صوت S را در نظر بگیرید که موجهای کروی در فضا ایجاد می‌کند. اگر از اتلاف انرژی صوتی در هوا صرفنظر کنید در واحد زمان انرژی p به سطح کره‌ای به مساحت ۴πr2 می‌رسد r شعاع کره در نتیجه شدت صوت به صورت I = p/4πr2 است. این رابطه نشان می‌دهد که با دور شدن از چشمه S شدت صوت کاهش می‌یابد.

محیط انتشار

محیطی که صوت در آن منتشر می‌شود کم و بیش انرژی صوتی را جذب می‌کند، جذب انرژی صوتی در محیط بستگی به بسامد صوت دارد. مثلا در هوا هر چه بسامد صوت بیشتر باشد صوت بیشتر جذب می‌شود.

همه ما با صداهای بلند نظیر صدای قطار و رعد آسمان آشنا هستیم. وقتی این صداها را می‌شنویم در فکر آن نیستیم که چگونه این صداها به گوش ما می‌رسد در حالی که لازم است با کنجکاوی بیشتری در این مورد بیندیشیم. در این صورت ابتدا متوجه می‌شویم که صدا از ماده در حال ارتعاش ناشی می‌شود. ارتعاش چگونه صدا را بوجود می‌آورد؟ ارتعاش ماده امواجی تولید می‌کند که به صورت صوت به گوش ما می‌رسد. صوت عبارت است از امواجی فشاری که از طریق هوا از ماده مرتعش به گوش ما منتقل می‌شود.

اگر چه تقریبا تمام صداها از راه هوا به گوش ما می‌رسد اما ما زیر آب هم می‌توانیم صوت را بشنویم. حتی شما می‌توانید در طبقه پنجم ساختمان گوشتان را روی لوله شوفاژ بگذارید. صدای چکشی را که در زیر زمین به لوله می‌زنند بشنوید. علت شنیدن این است که علاوه بر مایعات و گازها. جامدات هم صوت را منتقل می‌کنند. آزمایشهای مختلف نشان داده است که مایعات بهتر از گازها و جامدات بهتر از مایعات صوت را منتقل می‌کنند. انتقال صوت خواه در جامدات و مایعات باشد و خواه در گازها ، مسلما واسطه‌ای لازم است تا آن را به گوش ما برساند. بهترین دلیل این آزمون خواهد بود که اگر زنگ اخباری را در خلا قرار دهیم و آن را به برق وصل کنیم صدایی از آن شنیده نمی‌شود. برخی مواد صوت را خوب منتقل نمی‌کنند، بنابراین برای کاهش صدا بکار می‌روند. نمونه این مواد خاک اره ، گل رس و بتونه است. در میان تمام صداهای مختلفی که شما هر روز می‌شنوید چندتایی وجود دارند که شما علاقه‌مند هستید جلوی آنها را با مواد ضد صوت بگیرید.

صداهای ناهنجار

بیشتر اصوات ناخوشایند جزو صداهای ناهنجار محسوب می‌شوند. صداهای ناهنجار صدایی است که از ارتعاشات نامنظم ماده حاصل می‌شود. تارهای ویلن ، گیتار ، پیانو ، سوراخهای فلوت ، شیپور و ساکسیفون ارتعاش ایجاد می‌کنند. اگر چه برخی سازها از قبیل طبل و قاشقک صدای تقریبا ناهنجار تولید می‌کنند، اما وقتی این صداها با موزیک همراه باشد به گوش خوشایند است. از سوی دیگر اگر ویلن را خارج از نت بنوازند ممکن است صدای ناهنجاری بدهد. موزیک با سه نوع ساز اصلی ایجاد می‌شود که عبارتند از: سازهای بادی ، زهی ، ضربی. وقتی به موزیک با صدای ناهنجار گوش می‌دهیم احساس می‌کنیم که برخی صداها از صداهای دیگر بلندتر است. بلندی ، شدت صوت است و قابل اندازه گیری است.

اندازه گیری بلندی صوت

واحد اندازه گیری بلندی صوت بل است که به افتخار الکساندر گراهام بل ، مخترع تلفن نامیده شده است. دسیبل یک دهم بل است. اگر آستانه شنوایی را صفر حساب کنیم صدای حرف در گوشی ۲۰ دسیبل ، صدای اتومبیل ۴۵ دسیبل ، مکالمه عادی ۶۰ دسیبل و صدای رعد ۱۱۰ دسیبل است. صدای بالاتر از ۱۲۰ دسیبل به گوش صدمه می‌زند. وسایل اندازه گیری صوت ، توان امواج صوتی را با صفحات مدرج اندازه می‌گیرند. با اینکه بشر به تازگی فهمیده است که صوت امواجی است که از ماده مرتعش ناشی و از طریق واسطه منتقل می‌شود، اما بسیاری از حیوانات مدتهاست که از امواج صوتی برای احساس کردن وجود غذا در مکانی استفاده می‌کنند. صوت برای انسان وسیله ارتباط است و وقتی به صورت موزیک باشد لذتبخش است.

مشخصه‌های صوت

• طنین

طنین صوت به شکل موج مرکب بستگی دارد. یعنی طنین به نوع ، تعداد و دامنه‌های هماهنگهایی که ایجاد شده‌اند، وابسته است.

• ارتفاع

ارتفاع صوت با فرکانس موج اصلی که موج مرکب از آن ساخته می‌شود، تعیین می‌شود.

• بلندی

بلندی صوت به شدت صوت و خصوصیتهای شنونده بستگی داد

توصیف صوت موسیقی

فاصله موسیقی

نسبت فرکانس دو نت را فاصله موسیقی می‌نامند. تجربه نشان داده است که هر فاصله‌ای برای انسان خوشایند نیست. به همین خاطر صوت موسیقی از سایر اصوات متمایز می‌گردد. لازم به ذکر است که این احساس خوشایند نسبت به صوت موسیقی فقط مختص انسان نیست، بلکه سایر موجودات زنده نیز نسبت به آن حساسیت نشان می‌دهند. بگونه‌ای که اثرات صوت موسیقی بر اعمال موجودات زنده در بسیاری از مسائل تجربی مشاهده شده است.

گام موسیقی

گام موسیقی مجموعه‌ای از چند نت است که فاصله آنها برای گوش خوشایند است. گامهای متفاوتی در موسیقی وجود دارد.

گام طبیعی :

گام طبیعی از هشت نت do2 , re , mi , fa , sol , la , si , do2 تشکیل شده است که فاصله آنها از یک نت مبنا (do2) که کمترین فرکانس را دارد به صورت زیر است:

1. (Si) نسبت به (do1) مثل ۱۵ به ۱۸ است.
2. (la) نسبت به (do1) مثل ۵ به ۳ است.
3. (Sol) نسبت به (do1) مثل ۳ به ۲ است.
4. (fa) نسبت به (do1) مثل ۴ به ۳ است.
5. (mi) نسبت به (do1) مثل ۵ به ۴ است.
6. (re) نسبت به do1 مثل ۵ به ۴ است.
7. (do2) نسبت به (do1) برابر ۲ است.

فرکانس do2 دو برابر فرکانس do1 است و اکتاو do1 نامیده می‌شود. اگر do2 را نت مبنا بگیریم، با رعایت فاصله فوق می‌توانیم گام دوم را بسازیم. به همین ترتیب می‌توان بر مبنای do3 که اکتاو do2 است، گام سوم را ساخت و به همین ترتیب ادامه داد.

در داخل گوش انسان پرده گوش قراردارد که شبیه یک پوسته پهن در سطح گوش هست این پرده هماهنگ با تغییرات سریع فشار داخل هوا که صوت نام دارد نوسان می کند و یک اندام پیچیده شنوایی در پشت پرده گوشی پیام را به مغز می رساند . و در آنجا تغییر فشار به توسط پرده گوش با انتقال به مغز و تبدیل آن به پالس های الکتریکی در مغز مورد ترجمه و استفاده قرارمی گیرد .

آستانه شنوایی بر حسب تراز شدت با دسی بل بیان می‌شوند.

فرکانسی که در آن حداکثر حساسیت وجود دارد، برای گوش عادی در نزدیکی ۳۰۰۰ هرتز است. می‌توان دریافت که منحنی آستانه شنوایی در فرکانس نزدیک به ۱۰۰۰ هرتز از خط صفر db دسی بل عبور می‌کند و با کم شدن فرکانس بطور منظمی ‌زیاد می‌شود. چنانچه در فرکانس ۵۰ هرتز ، حداقل شدتی که برای قابل درک کردن آن لازم است، حدود یک میلیون برابر شدتی است که برای درک فرکانس ۳۰۰۰ لازم است.

فرکانسهای کمتر از ۳۰ هرتز

اندازه‌هایی که منحنی آستانه برای فرکانس کمتر از ۳۰ هرتز نشان می‌دهد، قابل اعتماد نیستند. زیرا در این فرکانسها شدتی که برای قابل درک کردن آنها لازم است به اندازه‌ای زیاد است که نمی‌توان از پیدا شدن هارمونیکها در سرچشمه صورت جلوگیری کرد.

فرکانسهای بالا یعنی چه

در فرکانسهای زیاد نیز منحنی آستانه صعود می‌کند و میزان افزایش در نزدیکی حد بالا آنچنان سریع است که می‌توان گفت، در آنجا انقطاع تند صورت می‌گیرد. در حدود این فرکانس است که بزرگترین اختلافها در گوش شنوندگان مشاهده می‌گردد. خصوصا اگر بعضی از آنها بیش از ۳۰ سال داشته باشند. فرکانس انقطاع برای مرد یا زن جوان ممکن است به ۲۰۰۰۰ برسد و حتی در مواردی به ۲۵۰۰۰ سر می‌زند. ولی کسانی که سنشان ۴۰ یا ۵۰ باشد، به ندرت می‌توانند فرکانس بیش از ۱۵۰۰۰ را درک کنند و حتی فرکانس انقطاع کمتر از ۱۰۰۰۰ هرتز است.

فرکانسهای کمتر از ۱۰۰۰ هرتز اصولا آستانه تابع سن شنونده نیست.

وقتی شدت موجهای آکوستیکی زیاد شود، صوت بلندتر می‌گردد و به جای شنیدن آن در گوش خود احساس قلقلک می‌کنیم. این تراز شدت کمتر از آستانه شنوایی ،‌ تابع فرکانس است و مقدارش در حدود   db120دسی بل بوده و آن را آستانه احساس می‌نامند.

آستانه احساس مانند آستانه شنوایی از فردی به فرد دیگر تغییر می‌کند، ولی تغییراتش به اندازه تغییری که درباره آستانه شنوایی پیدا می‌شود، نیست.

اگر بخواهیم به طور معمول وکلی در نظر بگیریم یکی از فرکانس‌های شاخص در حوزه تست وضعیت گوش، فرکانس ۸

هزار هرتز است که با شنیدن آن می‌توانید از سلامت گوش خود آگاه شوید. گام بعدی فرکانس، عدد ۱۲ هزار هرتز است که در صورت نشنیدن آن می‌توان گفت سن شما زیر ۵۰ سال است. با نشنیدن فرکانس ۱۵ هزار هرتز سن شما زیر ۴۰ سال تخمین زده می‌شود

• فرکانس ۱۲۰۰۰ هرتز سن شما زیر ۵۰ سال است.
• فرکانس ۱۵۰۰۰ هرتز سن شما زیر ۴۰ سال است.
• فرکانس ۱۷۰۰۰ هرتز سن شما زیر ۲۴ سال است.
• فرکانس ۱۹۰۰۰ هرتز سن شما زیر ۲۰ سال است.