ارتفاع صدا و بلندی صدا به چه کمیت‌هایی وابسته‌اند؟

سلام! سوال خوبی پرسیدی. در فیزیک صدا، دو ویژگی مهم داریم که هر دو با شنیدن درک می‌شوند اما به کمیت‌های فیزیکی متفاوتی وابسته هستند.

راهنمایی کوتاه: ارتفاع صدا به فرکانس وابسته است و بلندی صدا به شدت (یا دامنه).

گام‌به‌گام:

• ۱) ابتدا دو مفهوم را از هم جدا کن: ارتفاع صدا (زیر یا بم بودن) و بلندی صدا (آرام یا بلند بودن).
• ۲) ارتفاع صدا (Pitch): این همان چیزی است که نُت موسیقی را تعیین می‌کند. در فیزیک، ارتفاع صدا مستقیماً به فرکانس موج صوتی وابسته است. فرکانس یعنی تعداد نوسانات در ثانیه (هرتز). فرکانس بیشتر → صدا زیرتر. فرکانس کمتر → صدا بم‌تر.
• ۳) بلندی صدا (Loudness): این احساس قوی یا ضعیف بودن صدا است. بلندی صدا به شدت صوت وابسته است. شدت صوت به انرژی ای که موج در واحد سطح حمل می‌کند مربوط می‌شود (واحد: وات بر متر مربع).
• ۴) شدت صوت خودش به دامنه موج وابسته است. دامنه بیشتر → انرژی بیشتر → شدت بیشتر → صدا بلندتر به نظر می‌رسد.
• ۵) به یاد داشته باش که بلندی یک احساس ذهنی است، اما کمیت فیزیکی متناظر با آن شدت صوت (یا سطح شدت صوت بر حسب دسی‌بل) است.
• ۶) خلاصه کن: ارتفاع ← فرکانس. بلندی ← شدت (که به دامنه بستگی دارد).

پاسخ نهایی:

ارتفاع صدا (زیر یا بمی) به کمیت فیزیکی فرکانس وابسته است. بلندی صدا (آرام یا بلندی) به کمیت فیزیکی شدت صوت (که به دامنه موج مربوط است) وابسته می‌باشد.

مثال مشابه:

سیم یک گیتار را در نظر بگیر. اگر سیم را محکم‌تر بکشی (تنش بیشتر)، فرکانس ارتعاش آن بیشتر می‌شود و صدای زیرتری تولید می‌کند (ارتفاع تغییر کرد). حالا اگر همان سیم را با نیروی بیشتری به ارتعاش درآوری (انرژی بیشتری به آن بدهی)، دامنه ارتعاش بزرگ‌تر می‌شود و صدا بلندتر به گوش می‌رسد (بلندی تغییر کرد)، در حالی که فرکانس و بنابراین ارتفاع صدا ثابت مانده است.

اگر می‌خواهی بیشتر یاد بگیری:

می‌توانی رابطه ریاضی شدت صوت را بررسی کنی: $I=\frac{P}{A}$ که در آن I شدت، P توان و A مساحت است. همچنین سطح شدت صوت بر حسب دسی‌بل: $\beta =10\log \left(\frac{I}{I_0}\right)$. رابطه بلندی با شدت لگاریتمی است، به همین دلیل از مقیاس دسی‌بل استفاده می‌کنیم.