صوت و فراصوت

صوت و فراصوت

     موجودات زنده از طریق امواج مختلف با محیط اطراف خود ارتباط برقرار می کنند آن ها به کمک امواج نوری از وقایع اطراف خود با خبر می شوند و به کمک امواج صوتی با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند . گرمای اضافی به صورت امواج گرمایی ( ماورای قرمز ) از بدن دفع می شود. در این میان امواج صوت و فراصوت اهمیت ویژه ای در حیات موجودات زنده داشته و کاربردهای مختلفی در صنعت و پزشکی دارد.

کشف فراصوت

    گوش انسان می تواند نوساناتی را که محدوده آن بین 40 تا 20000 هرتز باشد را درک کند. اگر فرکانس صدا از این محدوده خارج شود گوش های انسان قادر به درک آن نیست. اما بعضی از جانوران می توانند فرکانس های بالاتری را نیز درک کنند. برای مثال سگ ها قادرند امواج صوتی با فرکانس خیلی زیاد 30000 و حتی 40000 هرتز را درک کنند گالتن در 1883 با ساخت سوتکی موفق به کشف فراصوت شد.

     سوتک گالتن متشکل از لوله ای بود که به کمک پیچ طول آن قابل تغییر بوده هرگاه طول لوله کوچک تر می شد صدا ریزتر می شد یعنی در واقع فرکانس آن افزایش می یافت با ادامه کاهش طول لوله صدا ریزتر و ریزتر شد تا جایی که دیگر صدایی نشنید . اما در این حالت سگی که در فاصله دور دست بود نسبت به آن عکس العمل نشان داد.

اهمیت صوت و فراصوت در دنیای زنده

    امواج صوتی و صدا مهم ترین وسیله ارتباطی در انسان ها و سایر جانوران است  ما به کمک صدا افکار و ایده های خود را به دیگران منتقل می کنیم  و به همین وسیله از رفتار و ایده های دیگران با خبر می شویم.

     در میان سایر جانوران نیز علاوه بر استفاده از صوت و صدا برای ارتباط ، استفاده های دیگری نیز می شود که به ذکر برخی نمونه ها می پردازیم.

ردیابی به وسیله امواج صوتی

     در سال 1940 یک دانشجوی دکترا به نام دونال گریفین ، در دانشگاه هاروارد نشان داد که خفاش قهوه ای بزرگ می تواند امواج صوتی بین 2500 تا 50000 هرتز تولید کند و به کمک این امواج و انعکاس آن می تواند حتی از میان سیم هایی که در یک اتاق تاریک کشیده شده است بدون برخورد با سیم ها به راحتی عبور کند.

     برای مانع های کوچک خفاش ها از فرکانس های بلندتر استفاده می کنند. مزیت استفاده از فرکانس بالا ( طول موج کوتاه ) این است که دقت جهت یابی آن خیلی بیش تر از اصوات با فرکانس کم است. فرکانس ها ی پایین انعکاس های گمراه کننده و نامناسبی را در مورد تعیین محل جسم به دست می دهد علاوه بر آن هر چه جسم کوچک تر باشد طول  موج نیز باید کوتاه تر باشد تا انعکاس مناسبی را از جسم فراهم سازد.

    علاوه بر خفاش ها ، نهنگ ها ، دلفین ، موش های شیگرد حتی برخی پرندگان از امواج صوتی برای ردیابی استفاده می کنند . استفاده از امواج برای ردیابی محدود به فراصوت نشده و از فرکانس های قابل درک برای انسان نیز استفاده می کنند.

     در رودخانه گنگ نوعی دلفین زندگی می کند که تقریبا" فاقد قدرت بینایی است در آب گل آلود رودخانه گنگ چشم ها تقریبا" کاربردی ندارند بنابراین دلفین ها با علائم شنوایی می توانند از محیط اطراف خود با  خبرشوند.

                                                                                                                            استفاده از امواج فراصوت

                                                                                                                                              سونوگرافی

    شاید مهم ترین و متداول ترین استفاده از امواج با فرکانس بالا در سونوگرافی باشد. اساس کار سونوگرافی بر انعکاس امواج فراصوت می باشد برای این منظور امواج با فرکانس بالا به کمک میله ای به بدن فرستاده می شود. این امواج وقتی به لایه ها و   بافت های مختلف بدن برخورد می کند انعکاس می یابد. انعکاس ها به کمک دستگاه پردازش شده و تصویر ویدئیی از بدن به دست می دهد. به کمک سونوگرافی می توان از اندام های داخلی بدن عکس گرفت و از سلامت آن ها اطمینان حاصل کرد. با استفاده از سونوگرافی می توان جنین را از ماه اول به بعد مورد مطالعه قرار داد و ناهنجاری های آن را قبل از تولد تشخیص داد.

مزیت سونوگرافی نسبت به روش های دیگر بی ضرر بودن است . نزدیک به چهل سال است که از سونوگرافی استفاده می شود اما تاکنون هیچ گزارشی از مضر بودن این گزارش منتشر نشده است. به علاوه امواج اولتراسونی بر خلاف اشعه ایکس مولکول را یونیزه نمی کند . یونیزه شدن مولکول ها باعث واکنش های مضر ، تخریب قسمت هایی از مولکول دی ان ای و... می شوند که خود ممکن است منجر به سرطان شود.

شست و شو به کمک فراصوت

    به کمک امواج فرا صوتی می توان لکه های کثیف و خون چسبیده به لوازم پزشکی و جراحی را تمییز کرد . ظرف موجود در آب به وسیله امواج فراصوت دچار تکان هایی می شوند ، لرزش های ایجاد شده باعث جدایی لکه های کثیف از ظروف می شود.

درمان بیماری ها

   با استفاده از همواج فراصوت و پدیده تشدید می توان بسیاری از بیماری ها را درمان کرد برای مثال دستگاه سنگ شکن که برای شکستن سنگ کلیه و کیسه صفرا به کار می رود بر همین اساس کار می کند. امواج فراصوت با فرکانس مشخص به سنگ تابیده شده و باعث لرزشی در سنگ شده که سنگ را خورد کرده و ریزه های آن توسط آب بدن شسته شده و از بدن خارج می شود.

به کمک امواج فراصوت همچنین می توان غده های سرطانی را تخریب کرد.

صوت های زیر شنوایی

    فرکانس های طبیعی زیر شنوایی توسط  منابع مختلفی مانند رعد و برق، زمین لرزه ، وزش باد و... ایجاد می شود. تضعیف صدا با عکس مجذور طول موج متناسب است و بنابراین امواج زیر شنوایی می توانند مسافت های زیادی را از منبع تولید خود طی کنند. ثابت شده است که کبوترهای خانگی می توانند صوت هایی با فرکانس حدود 05/0 هرتز را درک کنند و به کمک آن به تعیین جهت بپردازند.فیل های آفریقایی صداهای با فرکانس 14 تا 35 هرتز می توانند تولید کنند و چون صدای تولید شده با این فرکانس در هوا کم تضعیف می شود بنابراین فیل های دیگر می توانند این صداها را از چند کیلومتر دورتر حس کنند . چنین ارتباطی برای این حیوانات اجتماعی بسیار مهم است .

   کشف این واقعیت که حیوانات می توانند صوت های زیر شنوایی را درک کنند شاید دلیلی برای رفتارهای غیر طبیعی حیوانات قبل از وقوع زلزله باشد.

منبع:  مجله فرآیند