تويت
الصدى
الصدى echo لغةً هو رَجْع الصوت وارتداده. فإذا صرخ المرء في واد أو أمام حاجز بعيد، فإنه يسمع صوت صراخه بعد لأيٍ وكأن شخصاً آخر يقلِّده. تغادر الأمواج الصوتية الصادرة عن الشخص وتنطلق بعيداً عنه، فإذا صادفت حاجزاًً ارتدت عنه وسُمعت بصوت صدى من الشخص الذي أصدرها.
يسلك الصوت سلوكاً مماثلاً للضوء، فإذا وجِّه الضوء على مرآة فإنها تعكسه عنها بزاوية تساوي زاوية وروده. إلا أن الضوء ينتشر بسرعة عالية جداً هي 300ألف كيلو متر في الثانية، لذا يبدو أن انعكاس الضوء يتم آنياً. أما الصوت فسرعة انتشاره في الهواء لا تتجاوز 340 متراً في الثانية. فإذا انطلقت قذيفة من مدفع فإن الأمواج الصوتية الصادرة عن المدفع تنتشر في الهواء بعيداً عنه بهذه السرعة، فتقطع مسافة تقارب 340متراً خلال ثانية واحدة، وإذا انعكست هذه الأمواج عن حاجز يقع على هذه المسافة فستقطع الأمواج المنعكسة هذه المسافة خلال ثانية كذلك حتى تبلغ موقع الانفجار، وهكذا يسمع الشخص الذي أطلق القذيفة صوت الانفجار بعد ثانيتين. وعليه يمكِّننا قياس الزمن الفاصل بين لحظة الإطلاق ولحظة سماع الصدى من قياس بعد الحاجز عن موقع الإطلاق.
يستخدم ربان السفن غير المجهزة بالرادار أسلوباً مماثلاً لتقدير بعد السفينة عن جبل جليدي أو حاجز صخري، وذلك بإطلاق صوت صفارة وقياس الزمن الفاصل بين لحظة إطلاق الصوت ولحظة سماع صداه أو ارتداده. فإذا سمع صوت الصدى بعد عشر ثوان مثلاً كان بعد السفينة عن الحاجز مساوياً 5×340=1700متراً تقريباً، وذلك لأن نصف الزمن المقيس يمثل زمن ذهاب الصوت ومثل ذاك لعودته، وهذا ما يوضحه الشكل (1).
تستخدم ظاهرة الصدى لقياس عمق الماء تحت السفينة بأسلوب ممـاثل يوضِّحـه الشكل (2). ويلجأ هنا لاستخدام أمواج فوق صوتية ultrasonic تولِّدها دارات مهتزة لهذه الغاية، فتنعكس بعد ارتدادها على قاع البحر إلى ميكروفون مائي hydrophone تحمله السفينة على هيكلها. وبالطبع لا تتحسس أذن الإنسان بهذه الأمواج حيث أن ترددها يتجاوز الـ20كيلو هرتز، وتمتاز الأمواج فوق الصوتية بمقدرتها على الانتشار لمسافات بعيدة دون أن ينالها الضعف أو الوهن. ثم إن الصوت ينتشر في الماء بسرعة أعلى من سرعة انتشاره في الهواء، إذ تبلغ هذه السرعة 1450متراً في الثانية أي ما يعادل أربع مرات تقريباً سرعته في الهواء. ويعمل جهاز تحمله السفينة على تحويل المعلومات وتسجيلها بحيث يرتسم على أسطوانة دوارة تغير عمق الماء تحت السفينة على طول المسار الذي تسلكه.
يمكن في حالات خاصة سماع أكثر من صدى واحد للصوت، أي صدى تكراريmultiple echo. إلا أن شدة الأصداء هذه تتضاءل تدريجياً حتى لا تكاد تُسمع في نهاية المطاف. تحدث هذه الظاهرة إذا تكرر وجود السطوح العاكسة التي يمكن أن ترتد عنها الأمواج الصوتية، حيث يحدث امتصاص لشدة الصوت عند كل انعكاس، وهذا ما يوضحه الشكل (3) عندما يرتد الصوت مراراً وتكراراً على حافتي واد عميق.
لايرتد الصوت دوماً بالاتجاه الذي ورد منه، فهو يخضع لقوانين الانعكاس المعروفة في الضوء. فإذا وُجِّه ضوء بزاوية مائلة على مرآة، فإنه ينعكس عليها بحيث يصنع زاوية مماثلة مع الناظم على هذه المرآة. وبالمثل تُعدُّ السطوح المصقولة عاكساً جيداً للأمواج الصوتية، في حين تسلك السطوح الخشنة سلوكاً مغايراً فتبعثر هذه الأمواج. وتعكس جدران حجرة واسعة فارغة صوت المتكلم فيها، في حين لايلاحظ أمر كهذا عندما تمتلئ الحجرة بالناس نظراً لامتصاص ملابسهم لقدر كبير من شدة الأمواج الصوتية التي يتلقَّونها. يبين الشكل (4) إمكانية استقبال الأمواج الصوتية بالانعكاس على حاجز مصقول رغم وجود حاجز فاصل بين المنبع الصوتي وأذن السامع، كما يوضح خضوع هذه الأمواج لقوانين الانعكاس المعروفة في الضوء والتي تنص على أن زاوية الورود تساوي زاوية الانعكاس.
أحمد حصري
 |
| الشكل (1) استخدام الصدى لتقدير بعد جبل جليدي عن السفينة |
 |
| الشكل (2) قياس عمق الماء تحت جسم السفينة باستخدام أمواج فوق صوتية |
يسلك الصوت سلوكاً مماثلاً للضوء، فإذا وجِّه الضوء على مرآة فإنها تعكسه عنها بزاوية تساوي زاوية وروده. إلا أن الضوء ينتشر بسرعة عالية جداً هي 300ألف كيلو متر في الثانية، لذا يبدو أن انعكاس الضوء يتم آنياً. أما الصوت فسرعة انتشاره في الهواء لا تتجاوز 340 متراً في الثانية. فإذا انطلقت قذيفة من مدفع فإن الأمواج الصوتية الصادرة عن المدفع تنتشر في الهواء بعيداً عنه بهذه السرعة، فتقطع مسافة تقارب 340متراً خلال ثانية واحدة، وإذا انعكست هذه الأمواج عن حاجز يقع على هذه المسافة فستقطع الأمواج المنعكسة هذه المسافة خلال ثانية كذلك حتى تبلغ موقع الانفجار، وهكذا يسمع الشخص الذي أطلق القذيفة صوت الانفجار بعد ثانيتين. وعليه يمكِّننا قياس الزمن الفاصل بين لحظة الإطلاق ولحظة سماع الصدى من قياس بعد الحاجز عن موقع الإطلاق.
يستخدم ربان السفن غير المجهزة بالرادار أسلوباً مماثلاً لتقدير بعد السفينة عن جبل جليدي أو حاجز صخري، وذلك بإطلاق صوت صفارة وقياس الزمن الفاصل بين لحظة إطلاق الصوت ولحظة سماع صداه أو ارتداده. فإذا سمع صوت الصدى بعد عشر ثوان مثلاً كان بعد السفينة عن الحاجز مساوياً 5×340=1700متراً تقريباً، وذلك لأن نصف الزمن المقيس يمثل زمن ذهاب الصوت ومثل ذاك لعودته، وهذا ما يوضحه الشكل (1).
 |
| الشكل (3) إن ارتداد الصوت المتكرر على حافتي الوادي يقود إلى صدى متكرر |
 |
| الشكل (4) تخضع الأمواج الصوتية عند انعكاسها لقوانين انعكاس الأمواج الضوئية |
يمكن في حالات خاصة سماع أكثر من صدى واحد للصوت، أي صدى تكراريmultiple echo. إلا أن شدة الأصداء هذه تتضاءل تدريجياً حتى لا تكاد تُسمع في نهاية المطاف. تحدث هذه الظاهرة إذا تكرر وجود السطوح العاكسة التي يمكن أن ترتد عنها الأمواج الصوتية، حيث يحدث امتصاص لشدة الصوت عند كل انعكاس، وهذا ما يوضحه الشكل (3) عندما يرتد الصوت مراراً وتكراراً على حافتي واد عميق.
لايرتد الصوت دوماً بالاتجاه الذي ورد منه، فهو يخضع لقوانين الانعكاس المعروفة في الضوء. فإذا وُجِّه ضوء بزاوية مائلة على مرآة، فإنه ينعكس عليها بحيث يصنع زاوية مماثلة مع الناظم على هذه المرآة. وبالمثل تُعدُّ السطوح المصقولة عاكساً جيداً للأمواج الصوتية، في حين تسلك السطوح الخشنة سلوكاً مغايراً فتبعثر هذه الأمواج. وتعكس جدران حجرة واسعة فارغة صوت المتكلم فيها، في حين لايلاحظ أمر كهذا عندما تمتلئ الحجرة بالناس نظراً لامتصاص ملابسهم لقدر كبير من شدة الأمواج الصوتية التي يتلقَّونها. يبين الشكل (4) إمكانية استقبال الأمواج الصوتية بالانعكاس على حاجز مصقول رغم وجود حاجز فاصل بين المنبع الصوتي وأذن السامع، كما يوضح خضوع هذه الأمواج لقوانين الانعكاس المعروفة في الضوء والتي تنص على أن زاوية الورود تساوي زاوية الانعكاس.
أحمد حصري