فيزيائيات المبانى

فيزيائيات المبانى. الصــــــــــوت منهج مقرر للفرقة الثانية عمارة د. لبنى عبد اللطيف عبد المحسن.

ينقسم هذا العلم لقسمين صوتيات الفراغ : وهو يهتم بالمشاكل الصوتية داخل الفراغات. صوتيات خاصة بالتحكم فى الضوضاء : ويهدف هذا التخصص الى تخفيض الأصوات الباعثة للضوضاء.

يزداد أهمية هذا العلم بفرعية زيادة مطردة و يرجع ذلك الى : أ – التزايد المستمر فى عدد قاعات الأستماع بأنواعها والبحث عن القاعات ذات السعة الكبيرة أو ذات الأغراض المتعددة حيث تتغير العلاقة بين المصدر الصوتى والمستمع وما قد يصاحب ذلك من مشاكل صوتية . ب – من ناحية الضوضاء فإن تعدد مصادرها قد أصبح سمة تميز هذا العصر ، فقد زادت السيارات ووسائل النقل بصورة كبيرة وحدث توسع فى استخدام الأجهزة والماكينات داخل المبانى . ج- نتيجة تطور مواد البناء وأستخدام مواد خفيفة الوزن بدلا من الحوائط الحاملة التقليدية وما يصاحب ذلك من فقدان العزل الصوتى المرتبط بوزن هذه الحوائط ..

لكى يكون هنالك صوت لابد من توفر ثلاثة عناصر أساسية هى : المـصدر : وهو الذى ينبعث منه الصوت سواء كان مرغوبا فيه أو لا. 2- المـسـار : وهو الوسط الذى ينتقل خلاله الصوت من المصدر الى المستمع ( هواء-سوائل-صلب ) . 3- المستقبل أو المستمع : فى حالة الأصوات المرغوبة فإننا نعمل على تهيئة كل من العناصر السابقة حتى يصل الصوت إلى المستمع بمستوى جيد..

تـعريف الصـوت : الصوت من الناحية الطبيعية هو تغيرات متعاقبة فى الضغط الجوى تنتج عن اهتزاز جسم ما ، وتنتشر التغيرات على شكل موجات حيث يمكن للأذن أن تلتقطها وتحولها إلى إحساس سمعى . والصوت من الناحية الفسيولوجية هو الاحساس السمعى الناتج عن التقاط الأذن للتغيرات المتعاقبة فى الضغط الجوى . ويمكن إدماج التعريفين السابقين فى التعريف التالى : الصوت هو تغيرات أو نبضات فى الضغط الجوى يمكن للأذن أن تلتقطها وتحولها ألى إحساس سمعى ..

انتشار الصوت :. موجات متتالية من التضاغطات و التخلخلات ..

هو عدد مرات الإهتزازات التى يقوم بها الجسم المصدر للصوت فى زمن قدرة 1 ثانية ، ويطلق على الحركة التى يقوم بها الجزئ من وضع معين حتى يعود لنفس الوضع "ذبذبة أو دورة ". و يعبر عنها ذبذبة /ثانية أو هيرتز المدى المسموع للترددات الصوتية فهو من 20 هيرتز إلى 20 كيلو هيرتز . الترددات الشائعة للتعبير عن الترددات التى تسمعها الأذن بوضوح وهى :- 125 ، 250 ، 500 ، 1000 ، 2000 ، 4000 هيرتز ، ويمكن أن يضاف اليه 63 هيرتز ، و 8 كيلو هيرتز ..

وذلك للأسباب الآتية : تستطيع الأذن البشرية سماع أصوات الترددات الصوتية من 20 هيرتز إلى 20 كيلو هيرتز . لأن الأذن لا تستطيع سماع الترددات المنخفضة جداً ولا المرتفعة جداً وإنما تستطيع تميز هذه الترددات بشكل محدد. بمعنى إنـها تسمع بعض الترددات بصورة أوضح من الـترددات الأخرى - تستجيب الأذن البشرية للـترددات المسموعة استجابة غير متجانسة تشعر الأذن بالتغيير فى مقدار التردد فـهى تحس بالـتغير الـنسبى بين الـترددات و ليس بالـتغير الخطى.

طول الموجة : Wave Length (WL) الموجة الصوتية هى المسافة بين كل تضاغطين أو تخلخلين متعاقبين أو هى المسافة التى يقطعها الصوت خلال ذبذبة واحدة . و لما كان الصوت يقطع المسافات المتساوية فى أزمنة متساوية فإنه يـمكن أن نستنتج انه كلما زاد الـتردد كلما قـل طول الموجة الـصوتية . وكان حاصل ضرب طـول الموجـة فى الـتردد يساوى سرعة الصوت . أى أن سرعة الصوت = طول الموجة x التردد وسرعة الصوت ثابتة مع احتمال وجود تغير طفيف نتيجة لتغير درجة الحرارة والرطوبة النسبية وعلى ذلك فان أطوال الموجات المسموعة تتراوح من 17 متر الى 17 مللى متر..

شكل الموجة : Wave Form المقصود هنا هو التمثيل البيانى والذى يختلف بإختلاف الموجة وتنوع الترددات التى تحتوى عليها . ترددات مركبة دورية ترددات بسيطة دورية ترددات عشوائية.

شدة الصوت : Sound Intensity (I) وهى خاصية تميز الصوت نفسه ، وعلى ذلك فان شدة الصوت عند نقطة معينة هى معدل سريان الطاقة الصوتية خلال وحدة المساحات العمودية على اتجاة السريان وتقاس بال (وات / م2) تتناسب شدة الصوت عكسيا مع مـربع الـمسافة بين الـمصـدر و الـمستمـع ، ومن المعروف أن أقـل شدة صوت يمكن للأذن سماعهـا هى 10-21 وات /م2 ..

ضغط الصوت : Sound Pressure (P) هو الـتغير الـناتج فى الـضغط الجوى نتيجة لـوجود الـصوت ويقاس بوحدة الـباسكال ( نيوتن/م) وتتناسب عكسيا مع المسافة بين المصدر و المستمع . يحدد تردد الصوت نوعية الصوت من حيث علوه او انخفاضه بينما شدة الصوت تحدد كمية الصوت والتى تؤثر على نوعية الصوت اما لين او خشن.

نظـام الديـــسيبل. أ – أثبتت التجارب أن الأذن لا تستجيب استجابة خطية لزيادة الضغط أو الشدة بمعنى ان الزيادة لا تعطى احساسا مساويا لهذه الزيادة ، فالزيادة التى تشعر بها الأذن فى مستوى الصوت عندما يرتفع من 2 –3 باسكال لا تساوى نفس الإحساس بالزيادة عندما يرتفع الصوت من 20 – 21 باسكال ولكنها تشعر بنفس الفارق عندما يرتفع الصوت من 20 – 30 باسكال أى بنفس النسبة 2/3 اى أن الأذن تشعر بالفارق النسبى بين الأصوات و ليس بالقيم المباشرة لها . ب- تستجيب الأذن لمدى واسع جدا من الضغط الصوتى يتراوح بين 2×10-5 الى 30 باسكال وهذا مدى واسع جدا يقترب من 1 / مليون ..

ج- باعتبار العاملين السابقين أ، ب نجد أن تقسيم هذا المدى الواسع فى مقياس خطى أمر غير مهم، حيث أن أهمية التقسيمات تتضاءل كلما اتـجهنا نحو الحد الأعلى ، ولذلك وجد العلماء انه من الأفضل تقسيم هذا المدى لوغاريتميا لسببين هما : أولا : لتـقلـيل عدد التقسيـمات.واستخدام ارقام صحيحة بدلا من الكسوروالسالب فالقيم كلها مضاعفات ال (10) . ثانيا : لمضـاهاة حساسية الأذن بالنسبة للضغط ، ومقارنة مستوى شدة صوت لمصدر معين بين مستويات الأصوات المختلفة . ثالثا : سهولة القياس فالصفر ديسيبل هو أصغر شدة أو قدرة يمكن سماعها . سمى هذا التقسيم بـ (بـل) نسبة الى عالم الصوتيات جراهام بل الـذى بدأ هذا التقسيم … وقسمت وحدة البـل الى عشرة اجـزاء سمى كل جزء بوحدة الديسيبل dB . وعليه فان الديسيبل يمثل لوغاريتم النسبة بين صوتين من ناحية الشدة أو الضغط أو بين قدرة مصدرين. وأصبحت وحدة الديسيبل هى الوحدة المتعارف عليها لقياس مستوى ضغط الصوت ومستوى شدة الصوت ومستوى قدرة المصادر الصوتية . ولحساب مستويات الشدة والضغط الصوتي ومستوى قدرة المصدر ، يمكن استخدام.

Sound Pressure level SPL = 20 Log P / Po were Po = 2x10-5 Pa Sound Intensity level SIL = 10 Log I / Io were Io = 10-12 W/m2 Sound Power level SWL = 10 Log W / Wo were Wo = 10-12 watte.

أنواع المصادر الصوتية :. تقسم المصادر الصوتية من الناحية الهندسية تبعا لأبعادها فالمصدر قد يكون على شكل نقطة أو خط مستقيم أو مستوى ، ويتوقف ذلك على شكل وحجم المصدر وطول الموجة الصوتية المنبعثة منه. فإذا كان المصدر على شكل نقطة (Point source) فإن الموجات الصوتية التي تنبعث منه تشكل كرات تحيط بالمصدر، مثل شخص يتحدث أو راديو الى آخرة . وتتوزع قوة الصوت الصادرة من المصدر بالتساوى على سطح الكرات المحيطة، ولهذا فإنه كلما ابتعدنا عن المصدر فإن مساحة سطح الكرة تزداد وبالتالى تتناقص شدة الصوت. والشدة الصوتية تساوى قوة المصدر مقسومة على مساحة سطح الكرة (4r2) التى تمر على بعد معين (r) من المصدر . إذا الشدة الصوتية I = W / 4  r2 أما اذا كان مصدر الصوت خطيا (Linear source) فان الموجات الصوتية المنبعثة تشكل اشطوانات حول المصدر مثل قطار يتحرك أو مجموعة سيارات متحركة متتالية. وتتوزع الشدة الصوتية في هذه الحالة على سطح اسطوانة ويكون نصيب وحدة الطول من الاسطوانة من الشدة الصوتية هو I= W / 2  r وبذلك يمكن استنتاج أن مضاعفة المسافة من مصدر نقطة تخفض مستوى الصوت بمقدار 6 ديسبل وبمقدار 3 ديسبل للمصدر الخطي . أما المصادر المستوية (Plan source) فان شدة الصوت الصادر منها لا تتغير نظريا مع المسافة لكنها تتناقص عمليا بفعل عوامل آخرى مثل الامتصاص والتشتت . ونشير هنا الى انه في حالة عدم ذكر نوع المصدر تحديدا فانه يعتبر مصدر على شكل نقطة..

[image]. ولايجاد مستوى شدة الصوت لمصدر غير معلوم الشدة بمعلومية مصدر آخر معلوم الشدة ، يمكن تطبيق قانون التربيع العكسي التالي : L2 = L1 – 20 Log (r2 / r1 ) حيثL1 الشدة المعلومة ، r1مسافة المصدر المعلوم ، r2 المسافة الخاصة بالمصدر المجهول ..

الـشدة الـصوتية بين مـصدرين. في حالة وجود مصدرين للصوت يعملان في وقت واحد فإن الشدة الصوتية الناتجة عن المصدرين تساوى المجموع الجبرى للشدة الصوتية لكل من المصدرين : I total = I1 + I2 وكذلك فإن الشدة الصوتية الكلية لاكثر من مصدرين تساوي المجموع الجبرى للشدة الصوتية لكل مصدر من المصادر. ونظرا لان قياس مستوى الصوت يتم غالبا بقياس مستوى الضغط الصوتي (SPL) وليس الشدة الصوتية ، فإنه يمكن الحصول على معادلة تمكننا من جمع الأصوات بمعلومية مستوى الضغط الصوتي لأي عدد من الاصوات كالأتي : SPL total = 10Log (10 SPL1/10 + 10 SPL2/10 +10 SPL3/10 +…………..).

ومن المعادلة يمكن ملاحظة انه اذا جمع صوتين لهما نفس مستوى الضغط الصوتي فان محصلة الجمع تكون بزيادة 3 ديسيبل في مستوى الصوت. ويمكن (جمع الديسيبل) بطريقة سربعة باستخدام الجدول التالي: مقدار الاضافة للقيمة الأكبر مقدار الفرق بين القيمتين يضاف 3 ديسيبل اذا كان الفرق اقل من 1 ديسيبل او صفر يضاف 2 ديسيبل اذا كان الفرق من 2 الى 3 ديسيبل يضاف 1 ديسيبل اذا كان الفرق من 4 الى 8 ديسيبل يمكن اهمال المقدار الأقل اذا كان الفرق اكبر من 9 ديسيبل.

إتـجاهيـة المصـدر الصوتـي. تتميز المصادر الصوتية الحقيقية بالاتجاهية .أى أن شدة الصوت غير متساوية في جميع الاتجاهات حول المصدر ولكنها تتركز في بعض الاتجاهات عن الآخرى ، (ذلك في كل من المستوى الأفقي والرأسي). ففي المستوى الأفقي وعلى الترددات المنخفضة فإن الصوت يكون متساويا في جميع الأتجاهات تقريبا، ثم يصبح متجها للأمام في الترددات العليا (فوق 250 هيرتز). وفي الاتجاه العمودي فإن اتجاهية الحديث تقل الى الخلف ويصبح موجها للأمام، وهذه المعلومة هامة عند الحديث عن طريقة توزيع الصوت بالنسبة للمستمعين ، فإن كان المستمعين من الخلف أو على الجانبين فإن حظهم من سماع الكلام أقل من أولئك الذين يقعون أمامه مباشرة. فمثلا الإنسان الواقف خلف المتكلم يسمع التردد 2500 هيرتز أقل بمقدار 10 ديسيبل بالمقارنة بالمستمع من أمام المتكلم . 1400-2000 هيرتز 125 – 250 هيرتز شكل (4) اتجاهية الصوت حول المصدر (الإنسان) في المستوى الأفقي.

الأذن والخواص الــسمعية. تركيب الأذن: تتكون الأذن من ثلاث أجزاء رئيسية : الأذن الخارجية ،الأذن الوسطى ،الأذن الداخلية . الأذن الخارجية : وتشمل صوان الأذن : ومهمته تجميع وتركيز الموجات الصوتية. القناة السمعية: بطول 2.5 سم لنقل الصوت الي الداخل ، وهي تنتهي بالطبلة وهي غشاء رقيق مشدود. الأذن الوسطى : وتشمل على عظيمات صغيرة ودقيقة تعرف بالمطرقة والسندان والركاب ومهمتها نقل الحركة من الطبلة الى الأذن الداخلية، وتتصل بالهواء الخارجي عن طريق قناة استاكيوس الموصلة للتجويف الأنفي وذلك لموازنة الضغط على جانبي الطبلة . الأذن الداخلية : وتشمل القنوات الهلالية المتعامدة ومهمتها حفظ توازن الجـسم والقوقعـة التي تنتهي بالاعصاب السمعيـة.

[image] •z-Cs„.

بعض الخواص الصوتية للأذن. *للاذن مقدرة على معرفة مكان مصدر الصوت معتمدا على مستوى ضغط الصوت على الاذن، تبدأ زاوية السمع صفر امام المستمع وفي مستوى افقي مواري للرأس وتبقى المقدرة السمعية جيدة حتى يصبح مكان المصدر 60 درجة أعلى من المستوى الافقي وتقل الحساسية في المستوى العمودى ولكن حركة الرأس تساعد في تحديد مكان المصدر. *حيث ان استجابة الاذن غير متساوية لجميع الترددات فقد تحدث خاصية الحجب ، ويعرف بانه عدد الديسيبل التى ترفع الصوت المحجوب فوق مستوى مدخل السمع حتى يمكن ادراكه فى وجود صوت آخر. ويظهر الحجب عمليا في اختلاف الضجيج في الليل والنهار * هناك عامل زمنى في وصول الاشارة السمعية من مصدر الصوت الى مركز التحليل في المخ فقد وجد انه اذا حدث صوتين الفارق الزمنى بينهما في حدود 10 ميللى ثانية فلا يمكن التفرقة بينهما ويسمعان كصوت واحد، اما اذا تأخر احد الاصوات عن الآخر 30 ميللى ثانية فإن السامع يلاحظ تغير في نوعية الصوت والجهارة. واذا ذاد التأخر في وصول الصوت الى 50 ميللى ثانية فانه يمكن ملاحظة الصوت الثاني ، اما اذا ذادت عن ذلك فانه يحدث صدى مزعج أو اطالة للصوت مما يؤثر على وضوح الحديث ، والتى يمكن ترجمتها الى مسافة 17 متر. *حساسية الأذن للترددات المسموعة غير خطية لأن حساسية الأذن لمستويات الضغط العالية مرتفع جدا كما ان العكس صحيح (فمثلا عندما يكون مستوى ضغط الصوت 60 دب او اعلى فإن تغير قدرة 0.5 دب يمكن للأذن.

حساسيـة الأذن للضغط الصوتي. تستطيع الأذن أن تسمع مستويات مختلفة من الضغط الصوتـي. والحد الأدنى للسمع هو صفر ديسيبل أي (2×10-5 باسكال) وتسمى عتبة السمع. ويتحسن السمع حتى تبدأ الأذن في الاحساس بقوة الصوت عند 20 ديسيبل (عتبة الاحساس) ، أما اذا زاد الصوت عن 130 ديسيبل فإنه يسبب آلاما للأذن لا يستطيع الإنسان تحملها (عتبة الألم) . عــلو الـصوت :Loudness تتغير حساسية الأذن للترددات المختلفة كما أوضحنا حيث انها تميل الى سماع الترددات في المدى المتوسط والترددات المرتفعة بصورة أوضح عن سماعها للترددات النمخفضة (أقل من 500 هيرتز) أو المرتفعة جدا (أكثر من 4 كيلو هيرتز ) وبذلك فإن الإحساس بعلو الصوت يتغير تبعا للتردد. أما بالنسبة للتغير في مستوى الضغط الصوتى فإن أى ارتفاع في مستوى الضغط الصوتي ينتج عنه ارتفاع في علو الصوت بصورة مطردة. وقد اتفق على اختيار وحدة تسمى الفون (Phone) يتم على اساسها تحديد مدى ارتفاع الصوت وهى تتوقف على كل من التردد ومستوى الضغط الصوتي للصوت..

كنتورات العلو المتساوي للصوت Equal Loudness Contours.

[image] 01 a ot 09.