فرکانس‌های صوتی در علوم مختلف، از زمین‌شناسی تا پزشکی

مقدمه :

صوت نوعی انرژی است که از ارتعاش و لرزش منظم ماده ایجاد میشود و از طریق هوا منتشر میگردد. از ویژگی های اصلی صوت فرکانس آن است که تعداد دفعات ارتعاش در ثانیه و واحد آن هرتز است. برای مثال، فرکانس یک صدا که 440 هرتز باشد، به این معناست که این صدا در هر ثانیه 440 ارتعاش صوتی دارد. آنهایی که در محدوده شنوایی انسان قرار دارند بین 20 هرتز تا 20000 هرتز هستند. فرکانس‌های صوتی بالا باعث ایجاد صدای زیر و فرکانس پایین باعث ایجاد صدای بم میشود. علیرغم شنیده نشدن توسط انسان، فرکانسهای زیر 20 هرتز و همچنین بالاتر از 20000 هرتز کاربردهای متنوعی در علوم مختلف دارند.برای مثال برای فرکانس های زیر 20 هرتز کاربرد هایی در زمین شناسی، پزشکی و همچنین در زمینه های نظامی، صنعتی وجود دارد.این کاربرد ها به صورت خلاصه از این قرارند.

کاربردهای فرکانس‌های صوتی زیر 20 هرتز :

در زمین شناسی، زلزله نگاری این فرکانس ها ی صوتی با استفاده از سیسموگرافها و دستگاههای زلزله نگار، اطلاعات مهمی درباره ساختار زیرزمینی و حتی پیدایش زمین لرزه ها ارائه میدهند. همچنین، فرکانسهای فروصوت در تحلیل لایه های زیرین و شناسایی منابع معدنی و آبی کمک میکنند و در بهره برداری بهینه از آن ها نقش مهمی دارند. مطالعه و پیش بینی فعالیت های زمینی، از ارتفاع آب زیرزمینی تا پیشبینی رخدادهای مرتبط با حرکات لایه های زیرین، از طریق این فرکانس ها صورت می پذیرد.در زمینه نظامی برای تشخیص آزمایش سلاح های هسته ای کاربرد دارد. انفجار های هسته ای حتی آنها که در زیر زمین انجام می شوند امواج فروصوتی تولید می کنند که می شود آن را تشخیص داد. همچنین این فرکانس ها در پیش بینی هوا استفاده می شوند.

تأثیرات فرکانس‌های فروصوت بر انسان :

امواج فروصوت که خارج از محدوده شنوایی انسان هستند از طریق ارتعاشاتی که در بدن ایجاد می‌کنند، قابل درک می‌باشند. منابع طبیعی فروصوت شامل شرایط آب و هوایی شدید، سونامی، زمین‌لرزه و آتشفشان‌ها است. منابع مصنوعی شامل ماشین‌آلات، انفجار ها  و پرتاب موشک‌ها می‌باشد.

• فروصوت می‌تواند باعث ایجاد اثراتی مانند تهوع، خستگی، اختلال در خواب و احساسات عجیب شود اما شواهد کافی برای تاثیرات فیزیولوژیک در سطوح پایین وجود ندارد.
• فروصوت با شدت بالا باعث اختلال ضربان قلب، مشکلات حرکتی و عصبی می‌شود. اما در مواجهه‌های کوتاه و کم‌شدت بی‌خطر به نظر می‌رسد.
• فروصوت ممکن است باعث اختلال در حواس و ایجاد احساسات عجیبی شود که افراد آن را به ارواح و موجودات فراطبیعی نسبت می‌دهند.

به طور کلی فروصوت می‌تواند اثرات واقعی بر بدن داشته باشد اما شواهد کافی از آسیب در مواجهه‌های کم‌شدت وجود ندارد و باید در معرض منابع پرقدرت آن احتیاط شود.

فرکانس‌های میانه :

گوش انسان می تواند فرکانسهای صوتی از 20 هرتز تا 20000 هرتز را درک کند که مجموعه ای از صداها را در بر میگیرد که دنیای شنوایی ما را شکل میدهد. فرکانس های پایین در طیف 20 هرتز تا 250 هرتز اغلب به صورت صدا های بم و طنین دار ظاهر می شوند. از صدای رعد و برق گرفته تا بیس در موسیقی، این فرکانس ها حس عمق و قدرت را در ذهن ایجاد می کنند. با حرکت به سمت فرکانس های میان رده، از 250 هرتز تا 4000 هرتز، با قلب گفتار انسان و آلات موسیقی مواجه می شویم. وضوح صدا، غنای ساز و گرمای صدا تا حد زیادی در این طیف قرار دارد. در نهایت، فرکانسهای بالا که از 4000 هرتز تا 20000 هرتز گسترش مییابند، پیچیدگیهای ظریف صدا را در بر میگیرد. آواز پرندگان، درخشش سنج ها وجود خود را در این محدوده ی بالاتر می یابند.

باندهای صوتی در هدفونها و اسپیکرها به طور کلی توانایی پخش صدا در این محدوده را دارند. این به معنی آن است که اگر یک آهنگ با فرکانسی بالاتر از 20,000 هرتز را با یک هدفون یا اسپیکر که توانایی پخش در این محدوده را ندارد، گوش کنید، قادر به شنیدن این بخش از آهنگ نخواهید بود. طیف فرکانسی شنوایی در افراد مختلف متفاوت است و بستگی به عواملی مثل سن و سلامت گوش دارد. کودکان قادر به شنیدن فرکانسهای بالاتری نسبت به بزرگسالان هستند، محدوده شنوایی با افزایش سن کاهش مییابد و آستانه شنوایی به سمت فرکانسهای بالاتر جابجا میشود. علاوه بر این، فرکانسهای بین 20 هرتز تا 20,000 هرتز در آزمونهای شنوایی نیز بسیار مهم هستند. در این آزمونها، فرد به صورت تدریجی در برابر فرکانس های مختلف از پایین به بالا قرار می گیرد و هنگامی که صدای بوق مانندی را شنید، باید مشخص کند که آن را شنیده است. این آزمونها به منظور ارزیابی قدرت شنوایی فرد در مقابل فرکانسهای مختلف استفاده میشوند و میتوان با این روش مشکلات شنوایی را تشخیص داد.

امواج صوتی

فرکانس های بالاتر از 20000 هرتز  :

فرکانس های بالاتر از 20000 نیز قابل شنیدن نیست. اما مانند فرکانس های اینفراسوند یا فروصوت کاربرد های زیادی در صنایع و علوم مختلف دارد. فرکانسهای بالاتر از 20000 هرتز، به طور عمده در دنیای فناوری به کار میروند.برای مثال استفاده فناوری سونار از امواج  فراصوت.

فناوری سونار

سونار یک فناوری پیشرفته است که برای شناسایی اشیاء یا سطوح در فضا یا درون محیط های جامد، مایع یا گازی استفاده میشود. این تکنولوژی از امواج فراصوتی استفاده میکند که توسط یک دستگاه فرستاده و سپس بازتاب آنها از سطوح مختلف یا اجسام تحت بررسی تحلیل میشود. از سونار برای اهداف مختلفی استفاده میشود. به عنوان مثال در صنایع دریایی، این فناوری برای پیدا کردن زیر آبها، شناورها و یا حتی موجودات دریایی استفاده میشود. در پزشکی نیز، سونار برای تصویربرداری بر روی اعضای داخلی بدن انسان و بررسی تغییرات در بافتها یا اندازه گیری جریان خون استفاده میشود.این تکنولوژی در صنایع هواپیمایی برای تشخیص اشیاء در فضا، مهندسی برق برای اندازه گیری فاصله و موقعیت اجسام و حتی در علوم زمین شناسی برای کشف ساختارهای زیرزمینی نیز به کار میرود. با کاربردهای متعدد، سونار یکی از فناوری های کلیدی و مؤثر در زمینه های مختلف میباشد.

از کاربرد های دیگر فرکانس های فرا صوت در سیستم های ارتباطات بیسیم است؛ در حوزه الکترونیک و ارتباطات، از فراصوت برای انتقال اطلاعات بی سیم استفاده شوند. در شبکه های بی سیم مانند وای فای، فرکانس های بالاتر از 20000 هرتز برای انتقال داده ها استفاده می شوند. همچنین، فناوری های بی سیم مانند بلوتوث و NFC نیز از این دسته از فرکانس ها برای انتقال اطلاعات استفاده می کنند. در حوزهی تحقیقات علمی، استفاده از فرکانسهای بالا برای بررسی پدیده هایی مانند انتقال داده ها و ارسال اطلاعات در محیطهای مختلف مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین، صنعت پزشکی نیز فرکانسهای فراصوت برای انجام تصاویربرداری های پیشرفته و دقیقتر استفاده میکند.

تأثیرات فرکانس‌های فراصوت بر انسان :

فرکانس های فراصوت هم مانند فروصوت ها می توانند مضر باشند و بر سلامتی انسان اثر بدی بگذارند، از جمله:

• سردرد و سرگیجه: مطالعات نشان داده است قرار گرفتن در معرض امواج فراصوت (بالاتر از 20 کیلوهرتز) باعث سردرد و سرگیجه می‌شود.
• اثر بر سیستم عصبی: فرکانس‌های بالا می‌توانند باعث تحریک سیستم عصبی شوند. البته این تاثیرات در صورتی رخ می‌دهد که فرد به مدت طولانی در معرض این امواج قرار بگیرد.
• آسیب به شنوایی: قرار گرفتن در معرض صداهای بسیار بلندِ با فرکانس بالا می‌تواند منجر به آسیب دائمی به حلزون گوش و از دست دادن شنوایی شود.
• اثرات دیگر: سایر اثرات احتمالی مانند تهوع، سرگیجه و تاثیر بر ضربان قلب نیز در مطالعات گزارش شده است.

در مجموع، قرار گرفتن طولانی مدت در معرض فرکانس‌های بالا می‌تواند برای سلامتی مضر باشد.

اهمیت فرکانس های صوتی :

فرکانس های صوتی یک جهان پر از رمز و راز هستند که درک آنها از اهمیت چشمگیری برخوردار است. این فرکانسها نه تنها در ایجاد صداهای زیبا و طبیعی تاثیرگذارند، بلکه در حوزههای مختلفی از جمله پزشکی، فناوری، صنعت و علم نیز نقش اساسی دارند. هر بخش از این طیف صوتی دارای ارزش و کاربرد خاصی است. از استفاده از فرکانس های پایین در صداهای عمیق و قدرتمند گرفته تا فرکانس های بالا، هرکدام جهانی متفاوت و جذاب را به ما نشان میدهند.

به عنوان یکی از اصولی ترین عناصر، فرکانسهای صوتی باعث شده اند که ما بتوانیم صداها را بهتر درک کنیم، از آنها برای اهداف مختلف استفاده کنیم و به عمقی بیشتر از جهان صوتی و فناوری های مرتبط با آن نفوذ کنیم. به طور کلی، فرکانسهای صوتی نه تنها باعث ایجاد صدا و موسیقی های زیبا هستند، بلکه در سطوح مختلف زندگی انسان تأثیرگذارند و در پیشرفت فناوری و تحولات علمی نقش مهمی ایفا میکنند.

برای خواندن مقالات بیستر ، میتوانید به صفحه مقالات در سایت تجهیزات اندازه گیری فلوک مراجعه کنید.