ارتفاع صوت: راز پشت زیروبمی صداها
صدا چگونه سفر میکند؟ از موج تا گوش
صدا در واقع یک موج مکانیکی است که برای حرکت به یک محیط (مانند هوا، آب یا فلز) نیاز دارد. وقتی شما صحبت میکنید، تارهای صوتی حنجرهی شما میلرزند و این لرزش مولکولهای هوا را به جلو و عقب حرکت میدهد. این حرکت، یک الگوی فشردگی و تنفس متوالی در هوا ایجاد میکند که ما آن را موج صوتی مینامیم.
دو ویژگی مهم این موج، دامنه3 (مربوط به بلندی صدا) و بسامد یا فرکانس (مربوط به ارتفاع صدا) است. بسامد یعنی تعداد دفعاتی که یک موج در یک ثانیه کامل تکرار میشود. واحد بسامد «هرتز»4 است. برای مثال، اگر موجی 440 بار در ثانیه تکرار شود، میگوییم بسامد آن 440 Hz است.
گوش ما: یک پردازشگر فوقالعاده فرکانس
وقتی امواج صوتی به گوش میرسند، پردهی گوش را میلرزانند. این لرزش از طریق سه استخوانچهی کوچک به حلزون گوش5 منتقل میشود. حلزون پر از مایع است و درون آن سلولهای مویی حساسی قرار دارند. نکتهی جالب اینجاست: بسامدهای مختلف (ارتفاعهای صوتی مختلف) بخشهای متفاوتی از حلزون گوش را تحریک میکنند. بسامدهای بالا (صداهای زیر) نزدیک به دهانهی حلزون و بسامدهای پایین (صداهای بم) در انتهای آن پردازش میشوند. مغز ما سپس این سیگنالهای مکانی را به صداهایی با ارتفاع مشخص تفسیر میکند.
| محدوده بسامد (هرتز) | توصیف | مثالهای عینی |
|---|---|---|
| 20 - 60 | بسامدهای بسیار بم | غرش رعد دور، صدای ساز کنترباس |
| 250 - 500 | بسامدهای بم میانه | صدای مردانه در گفتار، نتهای پایین پیانو |
| 1,000 - 2,000 | بسامدهای میانه (حساسیت بالای گوش) | زنگ تلفن، صدای سوت، گفتار واضح |
| 4,000 - 8,000 | بسامدهای زیر | صدای جیرجیرک، سوت بخار، صامتهایی مثل «س» |
| بیش از 16,000 | بسامدهای بسیار زیر (اغلب برای بزرگسالان غیرقابل شنیدن) | سوت سگ، برخی اسباببازیهای مخصوص حیوانات |
ارتفاع صوت در زندگی روزمره: از موسیقی تا تشخیص خطر
مهمترین کاربرد ارتفاع صوت، در موسیقی است. هر نت موسیقی متناظر با یک بسامد مشخص است. برای مثال، نت «لا»ی استاندارد6 بسامدی معادل 440 Hz دارد. یک سیم گیتار هنگامی که کوتاهتر و سفتتر میشود، با بسامد بیشتری مرتعش میشود و صدای زیرتری تولید میکند. برعکس، سیمهای بلند و شل، صدای بمتری دارند.
در گفتار نیز، ارتفاع صوت نقش کلیدی دارد. صدای زنان و کودکان معمولاً میانگین بسامد بالاتری (حدود 200-250 Hz) نسبت به مردان (حدود 100-150 Hz) دارد. همچنین، آهنگ کلام7 که باعث پرسشی یا خبری شدن یک جمله میشود، با تغییر ارتفاع صوت ایجاد میگردد. جیرجیرکها با بسامد بالا و غروبهای طبیعت با بسامد پایین، هرکند با ما سخن میگویند.
پرسشهای رایج و اشتباهات معمول
خیر. این یک اشتباه رایج است. ارتفاع صوت (Pitch) مربوط به بسامد موج و مشخصکنندهی زیر یا بمی صدا است. بلندی صدا (Loudness) مربوط به دامنه موج و مشخصکنندهی شدت یا نرمی صدا است. یک نت ویولن (با ارتفاع مشخص) را هم میتوان آرام و هم میتوان بلند نواخت. در هر دو حالت ارتفاع صوت ثابت است اما بلندی آن تغییر میکند.
سلولهای مویی حلزون گوش که مسئول تشخیص بسامدهای بالا هستند، با گذشت زمان و در اثر مواجهه با صداهای بلند، بیماری یا افزایش سن، آسیب میبینند یا از بین میروند. این روند معمولاً از بسامدهای بالا شروع میشود. به همین دلیل افراد مسن ممکن است در شنیدن صدای زنان، صدای زنگ تلفن یا صدای پرندگان مشکل داشته باشند.
حیوانات مختلف محدوده شنوایی متفاوتی دارند. محدوده شنوایی انسان تقریباً بین 20 Hz تا 20,000 Hz است. سوت سگها یا ناوبری خفاشها از بسامدهای فراتر از 20,000 Hz (ماوراء صوت8) استفاده میکنند که گوش ما قادر به تشخیص آن نیست. از طرفی، فیلها میتوانند صداهای با بسامد بسیار پایین (زیرصوت9) را که برای ما قابل شنیدن نیست، بشنوند.
پاورقی
1ارتفاع صوت (Pitch) – ادراک فرکانس صوت توسط سیستم شنوایی.
2بسامد (Frequency) – تعداد نوسانات کامل یک موج در واحد زمان (ثانیه).
3دامنه (Amplitude) – بیشترین جابجایی ذرات از نقطه تعادل در یک موج؛ مرتبط با شدت و بلندی صدا.
4هرتز (Hertz – Hz) – واحد اندازهگیری بسامد. به افتخار هاینریش هرتز فیزیکدان آلمانی نامگذاری شده است.
5حلزون گوش (Cochlea) – بخشی از گوش داخلی که به شکل حلزون است و امواج صوتی را به سیگنالهای عصبی تبدیل میکند.
6نت «لا»ی استاندارد (Standard Pitch A440) – نت مرجعی با بسامد 440 هرتز که برای کوک کردن سازها استفاده میشود.
7آهنگ کلام (Intonation) – الگوی تغییر ارتفاع صوت در طی یک جمله یا عبارت.
8ماوراء صوت (Ultrasound) – امواج صوتی با بسامد بالاتر از حد شنوایی انسان (بیشتر از 20000 هرتز).
9زیرصوت (Infrasound) – امواج صوتی با بسامد پایینتر از حد شنوایی انسان (کمتر از 20 هرتز).
