في نوفمبر من العام 2005، تمكن قراصنة من الهجوم على سفينة تدعى Seabourn Spirit كانت تبحر بالقرب من الشواطئ الصومالية. كان القراصنة في قارب صغير، ولكن كان لديهم مدفع رشاش وقاذفة صواريخ. وكانت السفينة البحرية مزودة بجهاز إنذار صوتي ذو المدى الطويل والذي يعرف بالاختصار LRAD وهي اختصار للاسم العلمي LongRange Acoustic Device. أطلق رواد السفينة العنان لسلاحهم الصوتي الـ LRAD فما كان ألا أن هرب القراصنة دون أن يمسوا السفينة أو ركابها بأذى.
هذه قصة حقيقة بالرغم من إنها تبدو خيال أفلام هوليوود إلا ان الصوت الصادر عن هذا الجهاز قادر على إصابة الشخص الذي يقف في طريق هذه الأمواج الصوتي بفقدان السمع إلى الأبد لان الصوت الصادر عنه يكون مرتفع جدا ويمكن ان يصل لمسافات كبيرة تصل لـ 500 متر.
ما الذي يجعل الصوت قويا لدرجة انه بالإمكان استخدامه كسلاح؟ في هذه المقالة من كيف تعمل الأشياء سوف نقوم بشرح بعض الأساسيات المتعلقة بالصوت، وكذلك شرح كيف يعمل الـ LRAD ويستخدم الصوت ليتحول الصوت إلى سلاح فتاك كما سوف نتعرض لمزيد من الاستخدامات لجهاز LRAD.
معلومات حول الصوت والسمع
الصوت عبارة عن أمواج تنتشر خلال المادة مثل الهواء أو الماء أو الأرض. تتفاعل أمواج الصوت مع المادة وكذلك تتفاعل أمواج الصوت مع نفسها في بعض الأحيان.
في بعض الأحيان تنتشر الأمواج الصوتية دون أن يكون لها تأثير على بعضها البعض ولكن في بعض الظروف الخاصة تتفاعل الأمواج الصوتية مع بعضها البعض وتتداخل. فعلى سبيل المثال موجة صوتية يمكن أن تتلاشى مع موجة صوتية أخرى إذا كانا في طورين مختلفين out of phase وهذا ما نسميه التداخل الهدام، ففي هذه الحالة تصبح أعلى سعة موجبة للموجة يقابلها أعلى سعة سالبة للموجة الثانية وينتج عن ذلك بان تصبح سعة الموجة الناتجة عن هذا التداخل يساوي صفر.
وفي المقابل يمكن ان يحدث تزامن بين سعات الموجات بحيث تصبحا في نفس الطور in phase وهذا شرط التداخل البناء، وفي هذا الحالة تقوي الموجتين بعضهما البعض وينتج عن هذا التداخل زيادة في شدة الموجة الصوتية.
جمع الموجات: يوضح الشكل جمع موجتين في نفس الطور ويكون الناتج موجة مكبرة وفي
الأسفل موجتين في طور متعاكس فتتلاشيا معا.
بينما تنتقل الأمواج الصوتية في المادة فإنها تنتشر في كل الاتجاهات مثل الأمواج الناتجة عن إلقاء حجر صغير في مياه راكدة فان الأمواج تنتشر في شكل حلقات تتسع كلما ابتعدنا عن المركز. ويحدث نفس الشيء مع الأمواج الصوتية وكلما ابتعدنا عن مصدر الصوت كلما انخفض مستوى الصوت أكثر. وللعلم فان الأمواج الصوتية ذات الترددات العالية (مثل الصوت الصادر عن الجيتار) فان انتشارها يكون اقل من انتشار الأمواج الصوتية ذات الترددات المنخفضة (مثل صوت الطبلة). كما ان الأمواج الصوتية ذات الترددات العالية تنتقل لمسافات اكبر من الأمواج ذات الترددات المنخفضة.
هذه الأساسيات مهمة في توضيح فكرة عمل LRAD وفي الجزء التالي من المقال وف نقوم بتوضيح كيف ينتج الـ LRAD الصوت بالاستفادة من تلك الحقائق الفيزيائية التي تم توضيحها.
كيف تعمل وحدة LRAD
تقوم وظيفة الـ LRAD على إنتاج الصوت. حيث تنتج صوت مرتفع جدا ويمكن سماعه على مسافات كبيرة. ولكن ليس الهدف منه هو رفع مستوى الصوت فوق حد الألم 120dB ليستخدم كسلاح. بل يمكن أيضا ان يستخدم لتكبير الأصوات بطريقة واضحة وغير مزعجة. فبدلا من الاعتماد على حركة الجسم لإنتاج الصوت مثل حركة غشاء السماعة لتوليد الصوت فان الـ LRAD يستخدم شيء مختلف، وهو عبارة عن أجهزة صغيرة من الترانسديوسر التي تعمل على إنتاج اهتزازات صوتية بتأثير المجال الكهربي وتعرف هذه الظاهرة الفيزيائية باسم piezoelectric واسم الجهاز هو transducer piezoelectric. وكلمة ترانسديوسر هي مصطلح علمي يطلق على أي جهاز يقوم بتحويل الطاقة من شكل إلىأخر، وهنا يقوم الترانسديوسر بتحويل الطاقة الكهربية إلى نبضات صوتية.
لاحظ تغير شكل المادة البيزو إلكتريك عند توصيل التيار الكهربي وفصله
ما هي المواد البيزو إلكتريك piezoelectric material؟
مواد البيزو إلكتريك هي مواد مستقطبة كهربية بصورة دائمة حيث تحتوي على الشحنات الموجبة على جانب والشحنات السالبة على الجانب الآخر. وإذا ما تعرضت هذه المادة إلى ضغط فإنها تصدر نبضات كهربية، والعكس صحيح فإذا ما تعرضت هذه المادة إلى مجال كهربي فان جزئياتها تتحرك وتغير شكلها وينتج عن هذه الحركة أمواج صوتية. ويستخدم الـ LRAD هذه المواد لتوليد الصوت.
يستخدم الـ LRAD العديد من الترانسديوسر في صورة مصفوفة لتوليد الصوت
يتم ترتيب اكبر عدد ممكن من الترانسديوسر وتثبيتها على السطح. وكلما زاد عددها كلما أمكن توليد مستوى صوت أعلى. حيث يصدر كل ترانسديوسر موجات صوتية وتكون هذه الموجات متشابهة تماما في التردد والطور وبالتالي فإنها تتحد مع بعضها البعض من خلال تداخلها البناء وينتج عنه صوت مرتفع جداً.
خلف قاعدة الـ LRAD يوجد مقابض للتحكم في توجيه الصوت الناتج
وبهذه الطريقة يستطيع الـ LRAD ان ينتج الصوت. وتعتمد شدة الصوت على حجم الجهاز وعلى خصائص الهواء. ومن هذه الخصائص ما يلي:
(1) تكون الترانسديوسر على حواف الجهاز مخالفة للطور وهذا يقلل من شدة الصوت عند الحد الخارجي للشعاع الصوتي وبالتالي يكون الصوت أقوى ما يمكن في المركز.
(2) نصف قطر الجهاز اكبر بكثير من الطول الموجي للصوت الناتج، وهذا يؤدي إلى ان تكون جبهة الموجة مسطحة وليست كروية الشكل وهذا يساعد على التقليل من تشتت الصوت.
(3) تداخل الهواء مع الأمواج الصوتية يصدر ترددات إضافية داخل الموجة الصوتية، ويقوم الـ LRAD بالاستفادة من هذه الترددات في تكبيرها وإضافتها للموجة الصوتية الأصلية.
وبهذا يمكن ان نفكر في جهاز الـ LRADعلى انه نظام تكبير صوتي يستقبل الصوت من ميكرفون أو مسجل أو غيره ويقوم بتكبيره بدرجة تسمح لاستخدامه في حالات الطوارئ كإخلاء مبنى أو لتشتيت مظاهرة أو إعطاء تعليمات لحشود كبيرة من البشر المتواجدون على مساحة كبيرة. هذا بالإضافة إلى ان جهاز الـ LRAD يمكن ان يصدر نغمة صوتية مرتفعة جدا تصل لحدود أعلى من حد الألم.
وفي الجزء التالي من المقال سوف نوضح بعض التطبيقات المستخدمة للـ LRAD.
مزايا وخصائص واستخدامات
طورت وكالة التكنولوجيا الأمريكية الـ LRAD بعد الاعتداء الذي تعرضت له السفينة الحربية الأمريكية USS Cole في 12 أكتوبر 2000. والهدف الأساسي من الـ LRAD هو فرض منطقة أمنة لمناطق التواجد العسكرية. فباستخدام الـ LRAD تتمكن السفن الحربية باستخدام النظام العادي من توجيه الإنذار لأي سفينة أو مركب يقترب من حدود معينة. وإذا لم تتم الاستجابة فان طاقم السفينة يمكنهم تحويل نظام عمل الـ LRAD إلى النظام النبضي فيصدر صوت هائل بقوة 151dB كافية للفت انتباه المقترب من انه وصل لمنطقة خطرة وإذا استمر بالتقدم بالرغم من هذا الصوت الهائل والمزعج والغير محتمل ففي هذه الحالة يصبح عرضة لتوجيه سلاح تدميري مثل قصفه بصاروخ أو ما شابه.
تستخدم القوات المسلحة والشرطة أجهزة LRAD بنفس الطريقة مثل توجيه الإنذارات الصوتية أو إصدار التعليمات الصوتية لتفريق المتظاهرين حيث توجد وحدات اصغر من للـ LRAD تسمى MRAD أو LRAD500.
وبالرغم من التحذيرات التي أطلقتها مجموعات حقوق الإنسان وأخصائيين في مجال الصوتيات بان استخدام صوت أعلى من 90dB يمكن ان يسبب خلل في الوظائف السمعية للإنسان. ولهذا فان الـ LRAD من الممكن ان يفقد الإنسان سمعه إذا وجد في مسار الأمواج الصوتية المركزة الصادرة عنه.
لمزيد من المعلومات يمكنك الاطلاع على هذه الروابط:
- American Technology Corporation
- Acoustics.org: Acoustical FAQs & Tutorials
- The Soundry: Physics of Sound
- University of Georgia Hyperphysics
- Non-Lethal Weapons
وإلى اللقاء في موضوع أخر من كيف تعمل الأشياء
دكتور حازم فلاح سكيك
