لا. الأعلى ليس الأحدّ. مفتاح الصوت يغيّر السعة وحدها، أي الإزاحة القصوى للاهتزاز، وذلك ما تسمعه علوًّا. أما حدة الصوت فتعتمد على التردد، أي كم اهتزازًا يقع في ثانية واحدة. وفي مخطط الذبذبات ترى العلوّ في ارتفاع الموجة، وترى الحدة في المسافة بين قمتين متتاليتين.
يمكن الاستماع إلى هذا الفيديو أيضًا بـEnglish و Türkçe. تتوفر أيضًا ترجمة بـالعربية, Español, Français, Português و Kiswahili. اختر لغتك من رمز الترس في المشغّل، عند مسار الصوت و الترجمة.
ترفع صوت موسيقاك. يخرج أعلى، وترتفع النغمة معه. هل هذا صحيح؟ الجميع تقريبًا يختار الشيء نفسه هنا، ومعظمهم يختار الإجابة الخطأ.
في ست دقائق ترى الاهتزاز على شاشة وتقرأ منه أمرين. الميكروفون يلتقط الاهتزاز ويحوّله إلى إشارة، فيظهر مخطط الذبذبات: الزمن أفقيًا والإزاحة رأسيًا. منه تقرأ الزمن الدوري، أي مدة اهتزاز واحد بالثانية، والتردد، أي عددها في الثانية بالهرتز، وهما مقلوب أحدهما الآخر: f تساوي واحدًا مقسومًا على T. ثم تحسب: ستة اهتزازات في اثنتي عشرة ميلي ثانية تعطي خمسمئة هرتز، بشرط أن تحوّل الميلي ثانية إلى ثوانٍ أولًا، وهناك يقع الخطأ عادة.
وبعدها الفرق الذي يهم: حدة الصوت تتبع التردد وتراها في تقارب القمم، أما علوّ الصوت فيتبع السعة وتراه في ارتفاع الموجة. مفتاح الصوت يغيّر السعة ولا شيء غيرها. وأخيرًا النغمة النقية والنغمة المركبة، ولماذا تبدو كلمة منطوقة مضطربة على الشاشة بينما الصفير لا.
لطلاب المرحلة الثانوية، ضمن موضوع الصوت.
في هذا الفيديو
الشرح كاملًا مكتوبًا
المشكلة
0:00ترفع الصوت. يخرج أعلى، وترتفع النغمة معه. هل هذا صحيح، نعم أم لا؟ الجميع يختار الشيء نفسه. ومعظمهم يختار الإجابة الخطأ.
الاهتزاز على شاشة
0:14مصدر الصوت يهتز، وينتقل هذا الاهتزاز عبر الهواء إلى أذنك. لكن شكل هذا الاهتزاز لا يظهر لك في شيء. لذلك جهاز خاص، وسنعرضه الآن على شاشة. يلتقطه الميكروفون ويحوّله إلى إشارة كهربائية. فيظهر على الشاشة مخطط: الزمن أفقيًا، والإزاحة رأسيًا. أي كم يبعد جسيم الهواء لحظتها عن موضع الاتزان.
0:44مخطط الإزاحة والزمن نسميه مخطط الذبذبات.
الزمن الدوري والتردد
0:49من هذه الصورة تقرأ أمرين، وستحتاجهما في الصوت مرة بعد مرة. الأول: كم يستغرق اهتزاز واحد. دورة كاملة: من الاتزان إلى أعلى ثم رجوعًا، إلى أسفل، ثم رجوعًا. هذه المدة نسميها الزمن الدوري، ونكتبها T الكبيرة، بالثانية. والثاني: كم اهتزازًا في ثانية واحدة.
1:14هذا هو التردد، f الصغيرة، ونعبّر عنه بالهرتز. وهما مقلوب أحدهما الآخر: كلما قصر الاهتزاز الواحد، زاد عددها في الثانية. وهذا بالضبط ما تقوله الصيغة. f يساوي واحد على T. انظر إلى هذه الموجة. كم اهتزازًا كاملًا ترى هنا، وكم تستغرق معًا؟
ستة اهتزازات في اثنتي عشرة ميلي ثانية
1:43ستة اهتزازات كاملة، تستغرق معًا اثنتي عشرة ميلي ثانية. فالواحد اثنتا عشرة على ستة، أي ميلي ثانيتين. والآن الخطوة التي يقع فيها الخطأ عادة: على الميلي ثانيتين أن تتحولا إلى ثوانٍ قبل أن تضعهما في الصيغة. ميلي ثانيتان تساويان صفر فاصلة صفر صفر اثنين من الثانية.
2:06f تساوي واحدًا على صفر فاصلة صفر صفر اثنين. خمسمئة هرتز. خمسمئة اهتزاز في الثانية. صفر فاصلة خمسة؟ فقد تركت الميلي ثانية كما هي ولم تحوّلها إلى ثوانٍ.
ما معنى أن يكون الصوت أحدّ
2:22والآن نعود إلى سؤال البداية. صوتان، كلاهما يبعد المسافة نفسها عن موضع الاتزان، لكن أحدهما فيه اهتزازات أكثر بكثير في الزمن نفسه من الآخر. هذه هي حدة الصوت. كلما زاد تردد الاهتزاز الصوتي، كانت النغمة التي تسمعها أحدّ. انظر أين ترى ذلك: ليس في ارتفاع الموجة، بل في تقارب القمم.
2:49الأقرب تقاربًا أحدّ.
ما معنى أن يكون الصوت أعلى
2:56الآخر. صوتان لهما العدد نفسه من الاهتزازات في الزمن نفسه، لكن أحدهما ينزاح أبعد بكثير من الآخر. هذه الإزاحة القصوى نسميها السعة. كلما زادت السعة، زاد علو النغمة. فهنا كان الخطأ في البداية. مفتاح الصوت يغيّر السعة، ولا شيء غيرها. تبقى القمم على المسافة نفسها تمامًا، فتبقى حدة النغمة كما هي.
3:27الأعلى ليس الأحدّ. موجتان. أيهما أحدّ، وأيهما أعلى؟
النغمة النقية والنغمة المركبة
3:41كل ما رأيته حتى الآن كان موجة واحدة منتظمة: تردد واحد، ونسميها نغمة نقية. لكن لا شيء تقريبًا في الواقع يبدو هكذا. إن نطقت كلمة واحدة، ففيها عشرات الترددات معًا. وتكوّن معًا نغمة مركبة، وتجدها بجمع إزاحات النغمات النقية بعضها إلى بعض. لذلك تبدو الكلمة المنطوقة على الشاشة مضطربة، والصفير لا.
4:10ثلاثة أشياء، وبها تمضي في كل ما يأتي بعد. أولًا: مخطط الذبذبات يضع الاهتزاز على شاشة، الزمن أفقيًا والإزاحة رأسيًا. ثانيًا: الزمن الدوري هو مدة اهتزاز واحد، والتردد عددها في الثانية، و f تساوي واحدًا مقسومًا على T. وحوّل الميلي ثانية إلى ثوانٍ أولًا دائمًا.
4:38ثالثًا: الأقرب تقاربًا أحدّ، والأبعد عن الاتزان أعلى. وهما أمران مختلفان، ومفتاح الصوت يغيّر واحدًا فقط. سؤالان، وهما ليسا لاختبارك بل لأنك تتذكر أفضل إن حاولت بنفسك أولًا. السؤال الأول: اهتزاز يستغرق أربع ميلي ثوانٍ. ما التردد؟ الثاني: يقول أحدهم إن النغمة الأحدّ تصل إلى أذنك قبل النغمة المنخفضة. هل هذا صحيح؟ أربع ميلي ثوانٍ: صفر فاصلة صفر صفر أربعة.
5:16واحد مقسومًا على صفر فاصلة صفر صفر أربعة يساوي مئتين وخمسين هرتز. والثاني: لا. حدة الصوت تخبرك كم مرة يهتز الشيء، ولا تخبرك بسرعة وصوله إليك. الحاد والمنخفض يصلان بالسرعة نفسها، لأنهما ينتقلان في الهواء نفسه. تستطيع الآن قراءة اهتزاز من شاشة وحساب التردد منه.
5:39وتعرف أن الأعلى والأحدّ أمران مختلفان. وحين تبحث لماذا تبدو آلتان تعزفان النغمة نفسها مختلفتين، ستحتاج هذا بالضبط.
أسئلة شائعة
ما الفرق بين حدة الصوت وعلوّ الصوت؟
حدة الصوت تتبع التردد: كلما زاد عدد الاهتزازات في الثانية كانت النغمة أحدّ، وتراه في تقارب القمم على الشاشة. وعلوّ الصوت يتبع السعة: كلما زادت الإزاحة القصوى كان الصوت أعلى، وتراه في ارتفاع الموجة. وهما أمران مستقلان، ومفتاح الصوت يغيّر واحدًا منهما فقط.
ما العلاقة بين الزمن الدوري والتردد؟
هما مقلوب أحدهما الآخر: f تساوي واحدًا مقسومًا على T. الزمن الدوري هو مدة اهتزاز واحد بالثانية، والتردد عدد الاهتزازات في ثانية واحدة بالهرتز. فكلما قصر الاهتزاز الواحد زاد عددها في الثانية.
لماذا يجب تحويل الميلي ثانية إلى ثوانٍ؟
لأن الهرتز معرّف على الثانية. اهتزاز مدته ميلي ثانيتان يساوي صفر فاصلة صفر صفر اثنين من الثانية، فيكون التردد خمسمئة هرتز. وإن تركت الميلي ثانية كما هي حصلت على صفر فاصلة خمسة، وهذا هو الخطأ الأكثر شيوعًا في هذا الدرس.
ما مخطط الذبذبات؟
هو مخطط الإزاحة والزمن على شاشة: الزمن أفقيًا والإزاحة رأسيًا، أي كم يبعد جسيم الهواء لحظتها عن موضع الاتزان. يلتقط الميكروفون الاهتزاز ويحوّله إلى إشارة كهربائية، ومنه تقرأ الزمن الدوري والسعة مباشرة.
ما الفرق بين النغمة النقية والنغمة المركبة؟
النغمة النقية موجة واحدة منتظمة بتردد واحد. أما الكلمة المنطوقة ففيها عشرات الترددات معًا، وتتكوّن النغمة المركبة بجمع إزاحات النغمات النقية. ولذلك تبدو الكلمة مضطربة على الشاشة بينما يبقى الصفير منتظمًا.
في المرة القادمة: لماذا تبدو آلتان تعزفان النغمة نفسها مختلفتين؟
قناة Physics with Thomas تقدّم شروحًا في الفيزياء لطلاب المرحلة الثانوية. لا توجد كلمات على الشاشة، فما تراه يعمل بأي لغة.
في هذه السلسلة
الصوت والاهتزازما تسمعه ليس الهواء الخارج من فمه6:53
التردد والسعة وحدة الصوتالأعلى ليس الأحدّ5:57
الرنين والاهتزاز المرافقالأمر في التوقيت لا في القوة6:17
النغمة الأساسية والتوافقيات ونوعية الصوتالنغمة نفسها، صوت آخر6:06
حساب نغمة عمود الهواءf تساوي v على أربعة L3:15
نبذة عني
اسمي توماس سخورمانس، ولديّ شغف بالفيزياء وبفهم لماذا تعمل الأشياء بالطريقة التي تعمل بها. ما أريده هو أن يسأل الشباب أكثر: “لماذا هذا؟” و“كيف يعمل هذا؟”، وأن أعطيهم أدوات الفيزياء بطريقة سهلة ويمكن رؤيتها.
تخرّجت عام 2003 في الفيزياء التطبيقية من جامعة دلفت التقنية. بعدها عملت أكثر من عشرين عامًا خارج التعليم: أولًا في معهد TNO للأبحاث التطبيقية، ثم في مكتب تصميم، وأخيرًا مؤسسًا لـ Proportion Global، وأعمل من خلاله على قضايا الابتكار في أفريقيا وأمريكا اللاتينية وجنوب آسيا. هذا العمل أقرب إلى الفيزياء مما تظن: لا تبدأ من الحل، بل افهم أولًا ما الذي يجري، ثم جرّب، وأخطئ، ثم انظر من جديد.
منذ ٢٠٢٦ أدرّس الفيزياء في المرحلتين الإعدادية والثانوية، وبدأت درجة الماجستير في جامعة أمستردام للحصول على مؤهلي الكامل في التدريس. هناك تعلّمت أن انتباه طالب المرحلة الثانوية الحقيقي لمادة جديدة يدوم نحو سبع دقائق. ونقطة ضعفي أنا بالذات هي الإكثار من القصص الجانبية.
من هنا وُلدت الفكرة: فيديوهات تشرح موضوعًا واحدًا بوضوح وبالصورة، ضمن تلك الدقائق السبع. أصنعها لطلابي. ثم أنشرها للجميع، لأن الشرح الجيد يجب أن يكون في متناول كل من يحتاجه، أينما كنت وبأي لغة تفكر وتتكلم.