تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

فيزياء الصوت

يتولَّد الصوت عندَ اهتزاز الأوساط المادية، ونتيجةً لهذا الاهتزاز يهتز الوسط المحيط بهِ (الماء، والهواء، وما إلى ذلك). تُسمّى الاهتزازات في الهواء بالأمواج الطولية، وهي الأمواج التي يُمكننا سماعها، وتتكوَّن الأمواج الصوتية من مناطق ذات ضغطٍ مرتفعٍ تُسمّى بالانضغاطات، ومناطق ذات ضغطٍ مُنخفض تُسمّى بالتخلخلات. يَظهر في الشكل أسفل موجة مُسافرة، حيثُ يُمثِّل الشريط المظلل فوقها الضغط المُتغيِّر للموجة، فالمناطق الصفراء هي الضغط المرتفع (الانضغاطات)، والمناطق الداكنة هي الضغط المنخفض (التخلخلات).

بما أنَّ الصوت ينتقل بسرعة 343 متراً في الثانية عندَ درجة حرارة وضغط معياريين (STP)، فإنَّ سرعتهُ تكون ثابتة، وبالتالي يتمُّ تَحديد التردد وفقاً للعلاقة: السرعة \ الطول الموجي، فكلما زاد طول الموجة، انخفض التردد، وبالتالي درجة الصوت. تُحدد السعة مَدى ارتفاع الصوت، لذا فإنَّ السعة الأكبر تعني أن الصوت سيكون أعلى، وتُسمّى ترددات الصوت بالنغمات، فالآلات ذات الأشكال المختلفة تُنتج نغماتٍ مُختلفة، وباتحاد النغمات يتشكَّل الصوت المُميَّز للآلة. ^[1]

خصائص الصوت

تتميَّز الموجات الصوتية بالخصائص التالية: ^[2]

1- الطول الموجي (Wavelength)

يُعتبر الطول الموجي أهمّ خاصية من خصائص الموجات، حيثُ يُشير طول الموجة إلى الموجة بأكملها من البداية إلى النهاية قبل أن تُكرر نفسها، فإذا تمَّ قياس الموجة من قمتها، يكون الطول الموجي هو المسافة من هذهِ القمة إلى القمة التالية، وإذا تمَّ قياسها من القاع، يكون الطول الموجي هو المسافة من هذهِ القاع إلى القاع الذي يليه، وبالتالي يكون الطول الموجي كما هو بغض النظر عن مكان إجراء هذا القياس.

2- التردد (Frequency)

التردد هوَ مقياس لعدد الموجات التي يصدرها الصوت في كل ثانية، فكلما انخفض التردد، انخفضت درجة الصوت، وبالمقابل كلما زاد التردد، ارتفعت درجة الصوت، لذا يُمكن للموجات القصيرة أن تتكرر بسرعةٍ أكبر بكثيرٍ من الموجات الأطول.

يُقاس التردد بوحدةٍ تُسمّى الهيرتز، وهي وحدة القياس الدولية لتمثيل الدورات في الثانية، فإذا كان التردد 1 هرتز، فهذا يعني أنَّ الموجة تقوم بدورةٍ واحدةٍ في الثانية، أو 60 دورة في الدقيقة، وإذا كان التردد 50 هرتز، فهذا يعني أنَّ الموجة تقوم بــ 50 دورة في الثانية، أو 3000 دورة في الدقيقة.

3- السعة (Amplitude)

سعة الصوت هي مقياس قوته، وتُقاس سعة الموجة من خط الأساس إلى قمة الموجة، ويُعبَّر عن السعة بوحدةٍ تُسمّى بالديسيبل Decibel، وهي تقيس مقدار حركة الجسيمات الناتجة عن الصوت.

4- الدور (Period)

دور الموجة هوَ مقدار الزمن الذي تستغرقه دورة كاملة واحدة للموجة، ويَرتبط مع التردد بعلاقةٍ عكسية، فإذا استغرق إكمال الدورة نصف ثانية، فسيكون التردد 2 هرتز، وإذا استغرق إكمال تلك الدورة ربع ثانية، فسيكون التردد 4 هرتز.

5- السرعة (Velocity)

الموجة الصوتية هيَ اضطرابٌ في الضغط ينتقل عبرَ وسط عن طريق التفاعل بين جسيمٍ وجسيمٍ آخر، فعندما يَهتز أحد هذهِ الجسيمات، فإنَّه يُمارس قوةً على الجسيم المُجاور له، وبالتالي يهتز هذا الجسيم من السكون، وينقل الطاقة عبرَ الوسط. مثل أي موجة، تُشير سرعة الموجة الصوتية إلى مَدى سرعة انتقال الاضطراب من جسيمٍ إلى جسيمٍ آخر لكل وحدةٍ زمنية. ونظراً لأن سرعة الموجة تُعرَّف على أنَّها المسافة التي تقطعها نقطة على الموجة (مثل: الانضغاط أو الخلخلة) لكل وحدةٍ زمنية، فغالباً ما يتمُّ التعبير عنها بوحدة متر \ ثانية، وفقاً للمعادلة التالية: ^[3]

السرعة = المسافة \ الزمن

فكلما زادت سرعة انتقال الموجة الصوتية، زادت المسافة التي تقطعها في نفس الفترة الزمنية، فإذا انتقلت موجة صوتية مسافة 700 متر خلال ثانيتين، فإنَّ سرعة الموجة ستكون 350 متر \ ثانية، وتُغطي الموجة الأبطأ مسافةً أقل في نفس الفترة الزمنية البالغة ثانيتين، وتُغطي الموجات الأسرع مسافةً أكبر في نفس الفترة الزمنية.

آليّة الكلام

عندما نتحدث، يُرسل دماغنا إشاراتٍ إلى العضلات المسؤولة عن التحكم في أعضاء الكلام، ويوجهها لإنتاج تكويناتٍ نطقية مُختلفة تؤدي إلى أصوات مُميَّزة. إنَّ عملية النطق مُعقدة للغاية، وهي التي تَسمح لنا بإنتاج الكلام وفهمه، مما يتيح التواصل الفعَّال، ويؤدي الاختلاف في النطق إلى اللهجات المُختلفة. تتمّ آلية الكلام من خلال خمسة أنظمةٍ فرعية هي: ^{[4] [5]}

1- الجهاز التنفسي (Respiratory System)

يبدأ الكلام بالتنفس، حيثُ توفِّر الرئتان تدفق الهواء اللازم للكلام، وتلعب عضلات الحجاب الحاجز والعضلات الوربية دوراً مهماً في التحكم في التنفس، وتَسهيل إنتاج الأصوات.

2- الجهاز الصوتي (Phonatory System)

يتمُّ إنتاج الصوت عن طريق اهتزاز الحبال الصوتية في الحنجرة، فعندما يُمر الهواء من الرئتين عبرَ الحبال الصوتية، فإنَّها تنفتح وتنغلق بسرعة، مما يولِّد اهتزازاتٍ تُنتج موجاتٍ صوتية، ثمَّ يتردد صدى هذهِ الموجات في القناة الصوتية، فتحولها بدورها إلى أصواتٍ مميزة.

3- الجهاز التجاوبي (Resonatory System)

ينتقل الصوت الناتج في الحنجرة عبرَ البلعوم، وتجويف الفم، وتجويف الأنف، حيثُ يحدث التجاوب، وتُضيف عملية التضخيم هذهِ ثراءً وعمقاً للأصوات.

4- الجهاز المفصلي (Articulatory System)

تتضمَّن هذهِ المرحلة حركاتٍ دقيقةً للسان، والشفتين، والفك، والحنك لتشكيل الصوت أو المقاطع الصوتية التي يُمكن التعرُّف عليها.

5- الجهاز التنظيمي (Regulatory system)

هناك عدة مناطق عصبية تُشارك الدور في هذهِ العملية أهمها:

الدماغ والجهاز العصبي (Brain and Nervous System) 

يلعب الدماغ دوراً محورياً في التحكم، وتنسيق آلية الكلام.

منطقة بروكا (Broca’s Area)

وهي مقر إنتاج الكلام، تقعُ هذه ِالمنطقة في الفص الجبهي الأيسر، وهي المسؤولة عن إنتاج الكلام، والتخطيط الحركي لحركات الكلام.

 منطقة فيرنيكي (Wernicke’s Area)

هي المسؤولة عن فهم اللغة المنطوقة، توجد هذهِ المنطقة في الفص الصدغي الأيسر، وهي ضرورية لفهم اللغة المنطوقة، ومعالجة معناها.

الحزمة المقوسة (Arcuate Fasciculus)

وهي عبارة عن حزمةٍ منَ الألياف العصبية التي تربط منطقتي بروكا وفيرنيك، مما يُسهِّل الاتصال بين مراكز إنتاج الكلام والفهم، وهي المسؤولة عن ربط مناطق بروكا وفيرنيكي.

القشرة الحركية (Motor Cortex)

هي المسؤولة عن تنفيذ حركات الكلام.

الأمواج تحت الصوتية

تعرَّف الأمواج تحت الصوتية (Infrasound) بأنها الأصوات التي يقلُّ ترددها عن 20 هرتز، وتكون مَسموعةً بوضوح، ويُعتبر المفهوم الشائع القائل بأنَّ الصوت الأقل من 20 هرتز غير مسموع ليس صحيحاً تماماً، إذ لا يتوقف الإحساس بالسمع فجأةً عندَ 20 هرتز عندما ينخفض ​​التردد، بل يَستمرُ من 20 هرتز نزولاً إلى ترددات منخفضة جداً تصل إلى عدة هيرتز، بحيثُ لا يمكن تحديد نطاق للأمواج تحت الصوتية غير مسموع ونطاق صوتي مسموع كمنطقتين منفصلتين، تتراوح مصادر الموجات تحت الصوتية من التقلبات الجوية ذات التردد المنخفض جداً إلى الترددات الصوتية المنخفضة، وتَشمل هذهِ المصادر الأحداث الطبيعية، والمنشآت الصناعية، والآلات منخفضة السرعة، وما إلى ذلك. ^[6]

تطبيقات الموجات الصوتية في المجال الطبي

يُمكن تركيز الطاقة الصوتية لاستخدامها في تصوير وعلاج مجموعة متنوعة من الأمراض بما في ذلك السرطان، والسكتة الدماغية، ومرض باركنسون، ويُمكن تركيز الموجات الصوتية عميقاً داخل الجسم لإيقاف النزيف، كما يُمكن للموجات الصوتية أن تُساعد الأطباء في إعطاء الأدوية لمناطق معُينة من الأنسجة، وبالتالي منع الالتهابات البكتيرية الضارة.

يَستخدم جراحو الأعصاب جهاز الشافطة الجراحية بالموجات فوق الصوتية، والمُسمّى بالكافيترون (Cavitron Ultrasonic Surgical Aspirator (CUSA))، وذلك لإزالة أورام المخ التي كانت تُعتبر في السابق صعبة الإزالة في الجراحة. ويُعتبر مقياس تدفق دوبلر أحد التطبيقات الطبية الهامة للموجات الصوتية، حيث يقوم هذا الجهاز بقياس سرعة تدفق الدم، والتحكُّم فيهِ، وذلك بإرسال واستقبال ترددات الأمواج عن طريق العناصر التي يتمُّ وضعها مباشرةً على الجلد.

يُصدر جهاز الإرسال صوتاً مُستمراً، وعندما يجتاز الصوت خلايا الدم الحمراء، يتغيَّر تردده كنوعٍ من تأثير دوبلر لأنَّ هذهِ الخلايا في حالة حركةٍ دائمة، حيثُ يستشعر عنصر الاستقبال الصوت المُنعكس، ويقوم عداد إلكتروني بحساب تردده، ويُمكن أيضاً استخدام مقياس الجريان الدوبلري لتحديد المناطق التي ضاقت فيها الأوعية الدموية، حيثُ تكون سرعة تدفق الدم كبيرةً في المناطق الضيقة، كما يُمكن استخدام مقياس تدفق دوبلر لاستشعار حركة قلب الجنين في وقتٍ مبكر من 8 إلى 10 أسابيع بعد التكوين.

وأحد التطبيقات الهامة الأخرى للأمواج الصوتية هيَ التصوير بالموجات فوق الصوتية، فعندما تصادف موجة صوتية مادةً ذات كثافةٍ مُختلفة، ينعكس جزءٌ من الموجة الصوتية إلى المسبار، فيتمُّ استشعارها كصدى، ويتمُّ حساب المدّة التي يستغرقها صدى الموجة للعودة إلى المسبار، واستخدامها لحساب عمق واجهة الأنسجة المُسببة للصدى. ^{[6] [7]}