Hameedo
11-08-2010, 16:05
في سبيل ادراك أشمل للحاسوب (الجزء 2)
اتحاد الطبيعة والانسان ..
هذه سلسلة من المقالات التي سأتناول فيها كل شئ عن الحاسوب (باذن الله) ، فكرة عمله ، بداية نشأته ، تدرج تطوره ، العوامل التي بدّلت من مسار هذا التطور ، وكيف تغيّر الحاسوب الي شئ مختلف تماما عن ما اعتقده الحالمون الأولون.
ناقشنا في الجزء الأول كيف أن بداية الحاسوب كانت بداية تقليدية ، اعتمدت علي حاجة الانسان ، ولم تكن مقصودة أو متعمّدة ، فنشأت الأحهزة التناظرية أولا (السماعة والشاشة) ، ثم تبعتها نشأة الذواكر ، ثم نشأة المعالجات .
و للقادمين الجدد ،فانني أنصح بقراءة الجزء الأول قبل قراءة هذا الجزء ، لأن الأفكار متصّلة في الجزئين ، والاستفادة ستكون أكثر اكتمالا عند قراءة الموضوعين بالترتيب .
الجزء الأول هنا : في سبيل ادراك أشمل للحاسوب (الجزء 1) : البداية .. (https://www.arabhardware.net/forum/showthread.php?t=169757)
حديثنا اليوم عن الأجهزة التناظرية ، وبالتحديد السمّاعة والشاشة ، أرجو الانتباه وتفتيح العقل ، فأنتم علي موعد مع بعض الأفكار التي ستعصف بالذهن بلا شك !
______________________________
1-وهم الصوت :
في الجزء الأول ، استخدمنا مثالا مبسّطا للسماعة ، وشرحنا به كيفية نشأة الحاسوب ، كما بيّنا أن الصوت هو مجرد اهتزاز منتظم لذرّات الهواء ، وكل ما تفعله السماعة هو أن تهتز ، فيهتز الهواء حولها فتسمع أنت صوت هذا الاهتزاز .
وكلمة "اهتزاز" لا تعني هنا سوي الحركة ، حركة منتظمة ذهابا وايابا ، فعندما أقول أن كفّة يدي تهتز أو ترتجف ، فانني أشير الي حركة يدي الخفيفة الي أعلي ثم الي أسفل ثم الي أعلي ثم الي أسفل .. ، أو الي اليمين ثم الي اليسار ثم اليمين ثم اليسار .. ، بحسب وضعيّة يدي .
كذا الأمر مع الصوت ، فعندما أقوم بالدق علي طبلة مثلا ، فان سطح هذه الطبلة يهتز الي أعلي والي أسفل بسرعة شديدة ، ولأن الهواء يحيط بسطح هذه الطبلة من أعلي ومن أسفل ، فانه يهتز أيضا بسرعة متأثرا باهتزاز سطح الطبلة ، ثمّ سرعان ما تنتشر هذه الاهتزازات في الهواء أكثر وأكثر ، وتتغلغل فيه ، حتي تهزّ الهواء المحيط بأذنك .
https://img46.imageshack.us/img46/6972/tfl.gif
عندما تهتز الأجسام ، فانها تهز الهواء المحيط بها ..
https://img20.imageshack.us/img20/5145/22313428.jpg
نعم يا صديقي ، هذه هي الاهتزازات التي يُحدثها الصوت في الهواء ..
ويطلق الفيزيائيون علي هذه المجموعة الكبيرة من الاهتزازات اسم الموجة Wave ، لذا فعندما تسمع كلمة موجة في أي شئ ، فيجب أن يتبادر الي ذهنك مفهوم الحركة والاهتزاز .
عندما تصل الذبذبات أو الاهتزازت الي الهواء البسيط المحيط بأذنك ، تستقبلها طبلة الأذن ، وهي غشاء رقيق في غاية المرونة ، ويتأثر بالاهتزازات بسهولة .
https://img192.imageshack.us/img192/6853/78682265.jpg
انتقال موجات الصوت في الهواء الي أذن الانسان ..
تهتز الطبلة ذهابا وايابا كذلك ، وتنقل اهتزازاتها الي ثلاثة عظمات صغيرة داخل تجويف الأذن ، ولأن العظم هو جسم صلب ، فانه يهتز بعنف شديد ، ويخدم هذا غرض تكبير الاهتزازات ومضاعفة مقدارها ، لأن اهتزاز الجوامد أقوي بالتأكيد من اهتزاز الهواء ، ثمّ -وفي أقل من لحظة- تتحول كل اهتزازت العظم الي نبضات كهربية ، تنتقل بسرعة شديدة الي المخ ، و ..
و فقط !
الي هنا ينتهي تماما مسار الصوت ، و الي هنا -أيها السادة- يقف العلم عاجزا عن المضي الي الأمام..
الي هنا نتوقف تماما عن الشرح ، وكل ما سنضيفه هنا أن المخ -مخّك أنت- يسمع الصوت !
الصوت ، والذي هو مجرّد اهتزازات تنتقل في الهواء ، يتحول في مخك الي نبضات كهربية ، فستمع أنت هذا "الصوت" .
اذن كيف تسمع أنت هذا الصوت ؟ كيف تشعر بالصوت من الأصل ؟ بل قل كيف تشعر أنت بأي شئ ؟ ما هو "الشعور" أصلا ؟
لا اجابة علي هذا السؤال ! ، الشئ الوحيد الذي نستطيع استبيانه هنا هو أن الصوت ليس الا مجرد وهم ، فالأجسام من حولنا لا تصدر صوتا ولا تتعامل بالصوت ، وانما تهتز وتتحرك فقط ، والأذن ليست الا لاقط للحركة والاهتزازات ، أما احساس الصوت نفسه ، فهو شئ مختلف تماما ، ويحدث في عقلك فقط .
نعم ، لا وجود للصوت الا في مخك وعقلك فقط ، فاذا فرضنا أننا صممنا انسانا آليا ، وأردنا تزويده بالقدرة علي السمع ، فان أقصي ما سنستطيع عمله هو تركيب حسّاسات صناعية للحركة داخل هذا الآلي ، وسيتعامل هو معها علي أنها حسّاسات للحركة أو لاهتزازات الهواء ، ولن يميز المسكين ساعتها بين اهتزاز الهواء بغرض نقل الصوت وبين حركة الرياح ، فكلّها بالنسبة اليه مجرد "حركة" ، أما قابليته لأن يسمع أو أن "يشعر" بالصوت فستكون مستحيلة تماما .
وعندما أقول "مستحيلة تماما" فانني أعني ما أقول ، حرفيا وعلميا .
https://img693.imageshack.us/img693/6960/81898181.jpg
الأذن هي لاقط حيوي للحركة ، فهي تستقبل اهتزازت الهواء ، وتولد من كل هزة تيارا كهربيا الي المخ ..
لكن وهم الصوت ليس وهما عاديا ، انه وهم متطور للغاية ، فالانسان يستطيع سماع ملايين النغمات والأصوات المختلفة .
وهذه الحقيقة في حدّ ذاتها مذهلة للغاية ، فقدرة العقل علي خلق وهم بهذا التنوع من مجرّد حركات واهتزازات الهواء هي قدرة عجيبة و معجزة في نفس الوقت .
والعقل يفعل ذلك عن طريق ملاحظة الاختلافات الصغيرة بين اهتزاز جسم ما ، واهتزاز جسم آخر مختلف عنه في الحجم ونوع المادة ، فاهتزاز الهواء الناشئ عن اهتزاز الطبلة يختلف عن اهتزاز الهواء الناشئ عن اهتزاز جرس معدني مثلا .
فالطبلة تهتز بسرعة أقل من الجرس (عدد اهتزازتها قليل )، لذلك تعطي لعقلك صوتها معينا (صوت غليظ) ، أما الجرس فيهتز بسرعة شديدة لأنه من المعدن (عدد اهتزازته كبير) ، لذلك يعطي لعقلك صوتا مختلفا (صوت حاد) .
اذن اختلاف نغمات الصوت نابع أصلا من الاختلاف في عدد اهتزازات الهواء حولنا ، فالاهتزاز البطئ (ذو الاهتزازت القليلة) يُحدث نغمة معينة ، والاهتزاز السريع (ذو الاهتزازت الكثيرة) يحدث نغمة أخري مختلفة ..
والمرجّح أن الاختلافات في سرعة الاهتزازات تسبب اختلافات في تردد التيار الكهربي الخاص بالمخ ، وهذا بدوره يعطي للمخ الفرصة لترجمة هذه الاختلافات الي أصوات مختلفة .
حتي مسألة علو وانخفاض الصوت ترتبط أيضا بالاهتزازات ، فاذا فرضنا وجود طبلة كبيرة ، وطبلة صغيرة ، فانه من المنطقي أن تولد الطبلة الكبيرة صوتا أعلي من الطبلة الصغيرة ، وذلك بسبب أن الطبلة الكبيرة تهز كمّية أكبر من ذرات الهواء ، وهذا سبب صوتها العالي ، أما الطلبة الصغيرة فهي تهز كمية أقل من ذرات الهواء ، لذا يكون صوتها منخفضا .
وتستغل الآلات الموسيقية هذه المبادئ في توليد آلاف النغمات ، عن طريق التحكم في سرعة وقوّة اهتزاز الأوتار و المعادن ، فتارة تصبح سريعة ، وتارة تصبح سريعة جدا ، ثم تصبح بطيئة فجأة ، ثم متوسطة السرعة ، ثم سريعة ، ثم بطيئة جدا ، ثم سريعة وهكذا ...
وكذا الأمر مع قوّة الاهتزاز ، فتارة يكون الاهتزاز قويا جدا وسريعا في نفس الوقت ، لكنه يتحول فجأة الي اهتزاز سريع ضعيف ، ثم الي بطئ قوي ، او بطئ ضعيف .. و هكذا ..
يستقبل العقل هذه الاهتزازات المختلفة ، ويوّلد منها باقة متنوعة من الأصوات و النغمات التي نطلق عليها "موسيقي" .
لكن انتبه ! ، لا تترك هذه القدرة العقلية علي توليد النغمات من الاهتزازت تخدعك .. فمن المستحيل أن تأتي تلك القدرة من فراغ ..
فعلي سبيل المثال ، لن يستطيع أحد أن يجيبك لماذا عندما يحدث انفجار فاننا نسمع صوت "بووووم" بالذّات ؟ ، فالانفجار أولا وأخيرا هو مجرد موجة اهتزازية كاسحة ، لماذا نسمع هذا الصوت تحديدا عند حدوث الانفجار ؟ لماذا لا نسمع صوت "كراك" مثلا ؟
لماذا يصدر الزجاج صوت "كراش" عندما يتهشّم ؟ ولماذا يصدر الماء صوت البقبقة عندما يغلي ؟ لماذا يصدر الطائر صوت الرفرفة عندما يطير ؟ بل لماذا تصدر الفأرة صوت "كليك" عند الضغط عليها ؟
الاجابة ببساطة ، أن عقل الانسان مبرمج مسبقا علي ترجمة الاهتزازات المحيطة به الي هذه الأصوات .
عقل الانسان مبرمج أن يحول الاهتزاز الرهيب الناتج عن الانفجار الي صوت "بوووم" ، وأن يترجم آلاف الاهتزازات الصغيرة التي تنشأ من تهشم الزجاج الي صوت" كراش" .
عقل الانسان مبرمج بدقة شديدة ، ليستقبل هذه الاهتزازات ، ويترجمها الي أصوات مميزة ، ثم لا يكتفي بذلك ، بل يحولها الي مشاعر وأحاسيس ذات معني ، فمن الأًصوات ما يثير في النفس الخطر ، الخوف ، الفرح ، الاطمئنان ، الشجن .. الخ ..
كيف تمت برمجة عقل الانسان ليفعل هذا ؟ الاجابة هي بالطبع في علم الله الخالق وحده ..
الخالق الذي يعلم جيدا كيف تتحول موجات اهتزازية تافهة الي ما نسميه بالصوت ، الي مشاعر وأحاسيس غاية التعقيد والتركيب ... الي عالم آخر من الاحساس السمعي ذو الجودة الفائقة والتنوع المذهل .
ولأن الطبيعة والكون يعمل بنظام دقيق محكم ،فان الانسان لا يملك الا أن يتحدّ معه لتحقيق ما يريد .. فكل اختراعات الانسان هي مجرد استغلال للطريقة التي تعمل بها الطبيعة ، واعادة توظيفها وتسخيرها لخدمته .
والسماعة ليست بأي حال من الأحوال استثناء من هذه القاعدة .
السماعة تستغل فكرة الاختلافات في الاهتزازات ، لتوليد كل صوت وأي صوت يمكن تخيّله ، فالجزء المسئول عن الاهتزاز في السماعة يمتلك المرونة اللازمة للاهتزاز بسرعات متفاوتة ، من البطئ للغاية وحتي السريع جدا ، تاركا مسئولية توليد الصوت (أو وهم الصوت ) ، لتقع علي عاتق المخ كما ذكرنا .
اذن فالسماعة ما هي الا مولّد للاهتزازات ، والأذن ما هي الا مستقبل للاهتزازات ، والعقل ما هو الا مولّد للوهم !
أري الآن أننا أصبحنا نسبح في نفس الصفحة أيها السادة ، فأنتم تعرفون كل شئ عن الصوت الآن ، يبقي فقط أن تعرفوا كيف يولد الحاسوب وهم الصوت !
__________________________________________________ ____
2-توليد الوهم :
رأينا كيف أن الصوت هو مجرد اهتزاز للهواء ، وكيف أن :
1-سرعة اهتزاز الهواء هي ما يحدد نوع النغمة التي نسمعها ، فالاهتزازات السريعة مثلا تولد نغمات حادة ، والاهتزازت البطيئة تولد نغمات غليظة .
2-كمية الهواء المهتز هي ما يحدد علو الصوت الذي نسمعه ، فالصوت العالي مثلا يهزّ كمية أكبر من الهواء ، والصوت المنخفض يولّد يهز كمية اقل .
والتوافيق والتباديل بين هذه الخصائص الأربع (سريع-بطئ-عال-منخفض) هي ما يكون لعقلنا النغمات المختلفة التي نسمعها باستمرار .
لهذا فلكي نقوم بتصميم جهاز ما لتوليد الصوت ، فانه يصبح من الأهمية بمكان أن يحتوي هذا الجهاز علي القدرة علي استخدام هذه الخصائص الأربع في توليد الصوت .
الذين قرأوا الجزء الأول ، يعلمون أن السماعة تحتوي علي غشاء رقيق قابل للاهتزاز ، وعندما تتسلّم السماعة نبضات كهربية فان الغشاء يهتزّ مع كل نبضة .
في كل هزة يجب علي السمّاعة أن تحدد اذا كانت هذه الهزة ستكون سريعة أم بطيئة ، قويّة أم ضعيفة ، أي يجب عليها أن تختار من الخصائص الأربعة السابقين .
اذا تسلّمت السماعة عددا كبيرا من نبضات التيار في الثانية الواحدة ، فانها تقوم بقدر مماثل من الاهتزازات ، لذا يكون عدد الاهتزازات كبيرا (اهتزاز سريع) ، واذا تسلمت عددا أقل من النبضات كان عدد الاهتزازت قليلا (اهتزاز بطئ).
مثال : اذا تسلّمت السماعة 200 نبضة كهربية في الثانية.. فانها تهتز 200 مرة في الثانية الواحدة ، مولدة صوتا معيّنا ، واذا تسلمت 100 نبضة ، فانها تهتز 100 مرة في الثانية مولدة صوتا مختلفا .
https://img251.imageshack.us/img251/3134/loudspkr.gif
تهتز السماعة عند استلام النبضات الكهربية ، وتهز من حولها ذرات الهواء ، فيتولّد الصوت ..
وفي عصر الالكترونيات ، فانني سأفترض أن الجميع يعلم أن التيار الكهربي يتولّد عن طريق تكوين فرق جهد(فولت).
بتحديد قيمة فرق الجهد ، ستستطيع السماعة تحديد شدة التيار ، وبالتالي قوة الاهتزاز ، فالتيار ذو الشدة العالية يولد اهتزازا قويا ، وبالتالي صوتا عاليا ، والتيار ذي الشدة المنخفضة يولد اهتزازا ضعيفا ، وبالتالي صوتا منخفضا .
اذن هكذا ستستطيع السماعة تحديد الخصائص الأربعة :
1-عدد نبضات التيار في الثانية ستحدد سرعة اهتزاز السماعة (سريع/بطئ/متوسط ..الخ) ، وسيتم ارسال هذه النبضات من الحاسوب .
هذه النقطة سهلة التنفيذ للغاية ، حيث يتم ارسال نبضات كهربية (واحدات) من الحاسوب (الذاكرة) الي السماعة نبضةً نبضةً ، وبسرعة معينة ، مثلا 50 نبضة في الثانية ، وهنا تهتز السماعة 50 مرة في الثانية ، ونسمع نحن صوت هذا الاهتزاز (راجع الجزء الأول) ، وكأن كلّ نبضة هي صاروخ موجّه يحمل أمرا للسماعة بالاهتزاز .
2-لكننا نحتاج الي تحديد شدّة تيار كل نبضة والتي ستحدد قوة اهتزاز السماعة (قوي/ضعيف/متوسط ..الخ) . وسُيحدد شدة التيار قيمة فرق الجهد (الفولت) .
هذه النقطة صعبة التنفيذ للغاية ، لأن قيمة فرق الجهد ذات تنوّع كبير ، فللحصول علي اهتزاز قوي جدا ، يأخذ فرق الجهد قيمة 99 فولت مثلا ، وللحصول علي اهتزاز أضعف قليلا ، يكون فرق الجهد95 ، وللحصول علي اهتزاز أضعف يكون الجهد 92 ، وللحصول علي اهتزاز أضعف و أضعف واضعف تكون القيمة 91 و 89 و 82 .. وهكذا تنازليا حتي نحصل علي أضعف اهتزاز ممكن ، ويكون هذا ذو قيمة 1 مثلا.
وبمعني آخر ، يحتاج الاهتزاز القوي الي فرق جهد مرتفع ، يكفي لارسال نبضة قوية (ذات شدة تيار عال) ، والعكس مع الاهتزاز الضعيف ، والذي يحتاج اليفرق جهد منخفض يكفي لارسال نبضة ضعيفة (ذات شدة تيار منخفضة) .
كيف يمكن تمثيل كل قيم فروق الجهد المتباينة هذه ؟ ان مجرد ارسال نبضات كهربية فردية لن يكفي لتمثيل أي قيمة منهم ، فكل نبضات الحاسوب متشابهة في الشدة الكهربية ، ولا توجد أي فروق بينها ، ولهذا لن تستطيع السماعة تحديد شدة الاهتزاز . فكيف يمكن لأي نبضة أن تحمل أمرا بالاهتزاز و أمرا آخر بتحديد قوة الاهتزاز في نفس الوقت ؟ والنبضة هي كينونة فردية أحادية البُعد ؟
والحل المباشر لهذه المشكلة يكون في جعل كل نبضة تخرج من الحاسوب هي نبضة ذات خاصية مميزة ، ذات ذاتية مستقلة ، تختلف عن النبضات الأخري .
كيف نجعل كل نبضة مختلفة عن الأخري ؟
__________________________________________________ ____
3-رحلة البحث عن الاختلاف :
في عالم يقتات علي الاختلاف في كل شئ ، في الكائنات الحية ، في العادات والتقاليد والمجتمعات ، في الطعام ، في الشراب ، في الطقس والهواء ، في طبيعة الأرض و حتي الأمراض ، في مثل هذا العالم الذي تندر فيه الأشياء المتماثلة نجد أن صناعة الحاسوب تنبذ التماثل وتبحث عن الاختلاف .
هذه الآلة متقنة الصنع مُحكمة التصميم ، والتي تعمل بمبادئ حسابية دقيقة ، قابلة للتكرار في تماثل و تناسق دائم ، تبحث عن الاختلاف لتستطيع أداء عملها .
وليس بهذا غريب ، فمنبع الحاسوب هو الطبيعة حولنا ، والتي لا تكف عن الاختلاف والتبدّل في كل لحظة .
فحتي عملية توليد وهم الصوت والتي تبدو يسيرة التنفيذ ، تقابلها عقبة أن موجات الصوت نفسها شديدة الاختلاف علي الرغم من اعتمادها علي عاملين فقط : السرعة (سريع ، بطئ ) وقوة الاهتزاز (قوي ، ضعيف ) .
وعلي هذا كانت أول عقبة واجهت الحاسوب هي أن يمتلك القدرة علي "الاختلاف" .
في المرة القادمة باذن الله سنعرف كيف بدأت رحلة البحث عن هذا الاختلاف، سنتعلم التعارض بين الطبيعة بتنوعها واختلافها المذهل ، وبين الحاسوب بضيق أفقه و ثبات حاله .
في المرة القادمة أيضا سنعرف المزيد عن حاسة البصر والألوان ، تري هل تكون وهما هي الأخري ، أم أنها شئ مختلف تماما عن "وهم الصوت" ؟
سؤال الحلقة :
1-هل تعتقد أن الاحساس بالألوان والصور هو وهم أيضا ؟
2-في رايك كيف سيستطيع الحاسوب تحقيق الاختلاف الذي ينشده ؟
اتحاد الطبيعة والانسان ..
هذه سلسلة من المقالات التي سأتناول فيها كل شئ عن الحاسوب (باذن الله) ، فكرة عمله ، بداية نشأته ، تدرج تطوره ، العوامل التي بدّلت من مسار هذا التطور ، وكيف تغيّر الحاسوب الي شئ مختلف تماما عن ما اعتقده الحالمون الأولون.
ناقشنا في الجزء الأول كيف أن بداية الحاسوب كانت بداية تقليدية ، اعتمدت علي حاجة الانسان ، ولم تكن مقصودة أو متعمّدة ، فنشأت الأحهزة التناظرية أولا (السماعة والشاشة) ، ثم تبعتها نشأة الذواكر ، ثم نشأة المعالجات .
و للقادمين الجدد ،فانني أنصح بقراءة الجزء الأول قبل قراءة هذا الجزء ، لأن الأفكار متصّلة في الجزئين ، والاستفادة ستكون أكثر اكتمالا عند قراءة الموضوعين بالترتيب .
الجزء الأول هنا : في سبيل ادراك أشمل للحاسوب (الجزء 1) : البداية .. (https://www.arabhardware.net/forum/showthread.php?t=169757)
حديثنا اليوم عن الأجهزة التناظرية ، وبالتحديد السمّاعة والشاشة ، أرجو الانتباه وتفتيح العقل ، فأنتم علي موعد مع بعض الأفكار التي ستعصف بالذهن بلا شك !
______________________________
1-وهم الصوت :
في الجزء الأول ، استخدمنا مثالا مبسّطا للسماعة ، وشرحنا به كيفية نشأة الحاسوب ، كما بيّنا أن الصوت هو مجرد اهتزاز منتظم لذرّات الهواء ، وكل ما تفعله السماعة هو أن تهتز ، فيهتز الهواء حولها فتسمع أنت صوت هذا الاهتزاز .
وكلمة "اهتزاز" لا تعني هنا سوي الحركة ، حركة منتظمة ذهابا وايابا ، فعندما أقول أن كفّة يدي تهتز أو ترتجف ، فانني أشير الي حركة يدي الخفيفة الي أعلي ثم الي أسفل ثم الي أعلي ثم الي أسفل .. ، أو الي اليمين ثم الي اليسار ثم اليمين ثم اليسار .. ، بحسب وضعيّة يدي .
كذا الأمر مع الصوت ، فعندما أقوم بالدق علي طبلة مثلا ، فان سطح هذه الطبلة يهتز الي أعلي والي أسفل بسرعة شديدة ، ولأن الهواء يحيط بسطح هذه الطبلة من أعلي ومن أسفل ، فانه يهتز أيضا بسرعة متأثرا باهتزاز سطح الطبلة ، ثمّ سرعان ما تنتشر هذه الاهتزازات في الهواء أكثر وأكثر ، وتتغلغل فيه ، حتي تهزّ الهواء المحيط بأذنك .
https://img46.imageshack.us/img46/6972/tfl.gif
عندما تهتز الأجسام ، فانها تهز الهواء المحيط بها ..
https://img20.imageshack.us/img20/5145/22313428.jpg
نعم يا صديقي ، هذه هي الاهتزازات التي يُحدثها الصوت في الهواء ..
ويطلق الفيزيائيون علي هذه المجموعة الكبيرة من الاهتزازات اسم الموجة Wave ، لذا فعندما تسمع كلمة موجة في أي شئ ، فيجب أن يتبادر الي ذهنك مفهوم الحركة والاهتزاز .
عندما تصل الذبذبات أو الاهتزازت الي الهواء البسيط المحيط بأذنك ، تستقبلها طبلة الأذن ، وهي غشاء رقيق في غاية المرونة ، ويتأثر بالاهتزازات بسهولة .
https://img192.imageshack.us/img192/6853/78682265.jpg
انتقال موجات الصوت في الهواء الي أذن الانسان ..
تهتز الطبلة ذهابا وايابا كذلك ، وتنقل اهتزازاتها الي ثلاثة عظمات صغيرة داخل تجويف الأذن ، ولأن العظم هو جسم صلب ، فانه يهتز بعنف شديد ، ويخدم هذا غرض تكبير الاهتزازات ومضاعفة مقدارها ، لأن اهتزاز الجوامد أقوي بالتأكيد من اهتزاز الهواء ، ثمّ -وفي أقل من لحظة- تتحول كل اهتزازت العظم الي نبضات كهربية ، تنتقل بسرعة شديدة الي المخ ، و ..
و فقط !
الي هنا ينتهي تماما مسار الصوت ، و الي هنا -أيها السادة- يقف العلم عاجزا عن المضي الي الأمام..
الي هنا نتوقف تماما عن الشرح ، وكل ما سنضيفه هنا أن المخ -مخّك أنت- يسمع الصوت !
الصوت ، والذي هو مجرّد اهتزازات تنتقل في الهواء ، يتحول في مخك الي نبضات كهربية ، فستمع أنت هذا "الصوت" .
اذن كيف تسمع أنت هذا الصوت ؟ كيف تشعر بالصوت من الأصل ؟ بل قل كيف تشعر أنت بأي شئ ؟ ما هو "الشعور" أصلا ؟
لا اجابة علي هذا السؤال ! ، الشئ الوحيد الذي نستطيع استبيانه هنا هو أن الصوت ليس الا مجرد وهم ، فالأجسام من حولنا لا تصدر صوتا ولا تتعامل بالصوت ، وانما تهتز وتتحرك فقط ، والأذن ليست الا لاقط للحركة والاهتزازات ، أما احساس الصوت نفسه ، فهو شئ مختلف تماما ، ويحدث في عقلك فقط .
نعم ، لا وجود للصوت الا في مخك وعقلك فقط ، فاذا فرضنا أننا صممنا انسانا آليا ، وأردنا تزويده بالقدرة علي السمع ، فان أقصي ما سنستطيع عمله هو تركيب حسّاسات صناعية للحركة داخل هذا الآلي ، وسيتعامل هو معها علي أنها حسّاسات للحركة أو لاهتزازات الهواء ، ولن يميز المسكين ساعتها بين اهتزاز الهواء بغرض نقل الصوت وبين حركة الرياح ، فكلّها بالنسبة اليه مجرد "حركة" ، أما قابليته لأن يسمع أو أن "يشعر" بالصوت فستكون مستحيلة تماما .
وعندما أقول "مستحيلة تماما" فانني أعني ما أقول ، حرفيا وعلميا .
https://img693.imageshack.us/img693/6960/81898181.jpg
الأذن هي لاقط حيوي للحركة ، فهي تستقبل اهتزازت الهواء ، وتولد من كل هزة تيارا كهربيا الي المخ ..
لكن وهم الصوت ليس وهما عاديا ، انه وهم متطور للغاية ، فالانسان يستطيع سماع ملايين النغمات والأصوات المختلفة .
وهذه الحقيقة في حدّ ذاتها مذهلة للغاية ، فقدرة العقل علي خلق وهم بهذا التنوع من مجرّد حركات واهتزازات الهواء هي قدرة عجيبة و معجزة في نفس الوقت .
والعقل يفعل ذلك عن طريق ملاحظة الاختلافات الصغيرة بين اهتزاز جسم ما ، واهتزاز جسم آخر مختلف عنه في الحجم ونوع المادة ، فاهتزاز الهواء الناشئ عن اهتزاز الطبلة يختلف عن اهتزاز الهواء الناشئ عن اهتزاز جرس معدني مثلا .
فالطبلة تهتز بسرعة أقل من الجرس (عدد اهتزازتها قليل )، لذلك تعطي لعقلك صوتها معينا (صوت غليظ) ، أما الجرس فيهتز بسرعة شديدة لأنه من المعدن (عدد اهتزازته كبير) ، لذلك يعطي لعقلك صوتا مختلفا (صوت حاد) .
اذن اختلاف نغمات الصوت نابع أصلا من الاختلاف في عدد اهتزازات الهواء حولنا ، فالاهتزاز البطئ (ذو الاهتزازت القليلة) يُحدث نغمة معينة ، والاهتزاز السريع (ذو الاهتزازت الكثيرة) يحدث نغمة أخري مختلفة ..
والمرجّح أن الاختلافات في سرعة الاهتزازات تسبب اختلافات في تردد التيار الكهربي الخاص بالمخ ، وهذا بدوره يعطي للمخ الفرصة لترجمة هذه الاختلافات الي أصوات مختلفة .
حتي مسألة علو وانخفاض الصوت ترتبط أيضا بالاهتزازات ، فاذا فرضنا وجود طبلة كبيرة ، وطبلة صغيرة ، فانه من المنطقي أن تولد الطبلة الكبيرة صوتا أعلي من الطبلة الصغيرة ، وذلك بسبب أن الطبلة الكبيرة تهز كمّية أكبر من ذرات الهواء ، وهذا سبب صوتها العالي ، أما الطلبة الصغيرة فهي تهز كمية أقل من ذرات الهواء ، لذا يكون صوتها منخفضا .
وتستغل الآلات الموسيقية هذه المبادئ في توليد آلاف النغمات ، عن طريق التحكم في سرعة وقوّة اهتزاز الأوتار و المعادن ، فتارة تصبح سريعة ، وتارة تصبح سريعة جدا ، ثم تصبح بطيئة فجأة ، ثم متوسطة السرعة ، ثم سريعة ، ثم بطيئة جدا ، ثم سريعة وهكذا ...
وكذا الأمر مع قوّة الاهتزاز ، فتارة يكون الاهتزاز قويا جدا وسريعا في نفس الوقت ، لكنه يتحول فجأة الي اهتزاز سريع ضعيف ، ثم الي بطئ قوي ، او بطئ ضعيف .. و هكذا ..
يستقبل العقل هذه الاهتزازات المختلفة ، ويوّلد منها باقة متنوعة من الأصوات و النغمات التي نطلق عليها "موسيقي" .
لكن انتبه ! ، لا تترك هذه القدرة العقلية علي توليد النغمات من الاهتزازت تخدعك .. فمن المستحيل أن تأتي تلك القدرة من فراغ ..
فعلي سبيل المثال ، لن يستطيع أحد أن يجيبك لماذا عندما يحدث انفجار فاننا نسمع صوت "بووووم" بالذّات ؟ ، فالانفجار أولا وأخيرا هو مجرد موجة اهتزازية كاسحة ، لماذا نسمع هذا الصوت تحديدا عند حدوث الانفجار ؟ لماذا لا نسمع صوت "كراك" مثلا ؟
لماذا يصدر الزجاج صوت "كراش" عندما يتهشّم ؟ ولماذا يصدر الماء صوت البقبقة عندما يغلي ؟ لماذا يصدر الطائر صوت الرفرفة عندما يطير ؟ بل لماذا تصدر الفأرة صوت "كليك" عند الضغط عليها ؟
الاجابة ببساطة ، أن عقل الانسان مبرمج مسبقا علي ترجمة الاهتزازات المحيطة به الي هذه الأصوات .
عقل الانسان مبرمج أن يحول الاهتزاز الرهيب الناتج عن الانفجار الي صوت "بوووم" ، وأن يترجم آلاف الاهتزازات الصغيرة التي تنشأ من تهشم الزجاج الي صوت" كراش" .
عقل الانسان مبرمج بدقة شديدة ، ليستقبل هذه الاهتزازات ، ويترجمها الي أصوات مميزة ، ثم لا يكتفي بذلك ، بل يحولها الي مشاعر وأحاسيس ذات معني ، فمن الأًصوات ما يثير في النفس الخطر ، الخوف ، الفرح ، الاطمئنان ، الشجن .. الخ ..
كيف تمت برمجة عقل الانسان ليفعل هذا ؟ الاجابة هي بالطبع في علم الله الخالق وحده ..
الخالق الذي يعلم جيدا كيف تتحول موجات اهتزازية تافهة الي ما نسميه بالصوت ، الي مشاعر وأحاسيس غاية التعقيد والتركيب ... الي عالم آخر من الاحساس السمعي ذو الجودة الفائقة والتنوع المذهل .
ولأن الطبيعة والكون يعمل بنظام دقيق محكم ،فان الانسان لا يملك الا أن يتحدّ معه لتحقيق ما يريد .. فكل اختراعات الانسان هي مجرد استغلال للطريقة التي تعمل بها الطبيعة ، واعادة توظيفها وتسخيرها لخدمته .
والسماعة ليست بأي حال من الأحوال استثناء من هذه القاعدة .
السماعة تستغل فكرة الاختلافات في الاهتزازات ، لتوليد كل صوت وأي صوت يمكن تخيّله ، فالجزء المسئول عن الاهتزاز في السماعة يمتلك المرونة اللازمة للاهتزاز بسرعات متفاوتة ، من البطئ للغاية وحتي السريع جدا ، تاركا مسئولية توليد الصوت (أو وهم الصوت ) ، لتقع علي عاتق المخ كما ذكرنا .
اذن فالسماعة ما هي الا مولّد للاهتزازات ، والأذن ما هي الا مستقبل للاهتزازات ، والعقل ما هو الا مولّد للوهم !
أري الآن أننا أصبحنا نسبح في نفس الصفحة أيها السادة ، فأنتم تعرفون كل شئ عن الصوت الآن ، يبقي فقط أن تعرفوا كيف يولد الحاسوب وهم الصوت !
__________________________________________________ ____
2-توليد الوهم :
رأينا كيف أن الصوت هو مجرد اهتزاز للهواء ، وكيف أن :
1-سرعة اهتزاز الهواء هي ما يحدد نوع النغمة التي نسمعها ، فالاهتزازات السريعة مثلا تولد نغمات حادة ، والاهتزازت البطيئة تولد نغمات غليظة .
2-كمية الهواء المهتز هي ما يحدد علو الصوت الذي نسمعه ، فالصوت العالي مثلا يهزّ كمية أكبر من الهواء ، والصوت المنخفض يولّد يهز كمية اقل .
والتوافيق والتباديل بين هذه الخصائص الأربع (سريع-بطئ-عال-منخفض) هي ما يكون لعقلنا النغمات المختلفة التي نسمعها باستمرار .
لهذا فلكي نقوم بتصميم جهاز ما لتوليد الصوت ، فانه يصبح من الأهمية بمكان أن يحتوي هذا الجهاز علي القدرة علي استخدام هذه الخصائص الأربع في توليد الصوت .
الذين قرأوا الجزء الأول ، يعلمون أن السماعة تحتوي علي غشاء رقيق قابل للاهتزاز ، وعندما تتسلّم السماعة نبضات كهربية فان الغشاء يهتزّ مع كل نبضة .
في كل هزة يجب علي السمّاعة أن تحدد اذا كانت هذه الهزة ستكون سريعة أم بطيئة ، قويّة أم ضعيفة ، أي يجب عليها أن تختار من الخصائص الأربعة السابقين .
اذا تسلّمت السماعة عددا كبيرا من نبضات التيار في الثانية الواحدة ، فانها تقوم بقدر مماثل من الاهتزازات ، لذا يكون عدد الاهتزازات كبيرا (اهتزاز سريع) ، واذا تسلمت عددا أقل من النبضات كان عدد الاهتزازت قليلا (اهتزاز بطئ).
مثال : اذا تسلّمت السماعة 200 نبضة كهربية في الثانية.. فانها تهتز 200 مرة في الثانية الواحدة ، مولدة صوتا معيّنا ، واذا تسلمت 100 نبضة ، فانها تهتز 100 مرة في الثانية مولدة صوتا مختلفا .
https://img251.imageshack.us/img251/3134/loudspkr.gif
تهتز السماعة عند استلام النبضات الكهربية ، وتهز من حولها ذرات الهواء ، فيتولّد الصوت ..
وفي عصر الالكترونيات ، فانني سأفترض أن الجميع يعلم أن التيار الكهربي يتولّد عن طريق تكوين فرق جهد(فولت).
بتحديد قيمة فرق الجهد ، ستستطيع السماعة تحديد شدة التيار ، وبالتالي قوة الاهتزاز ، فالتيار ذو الشدة العالية يولد اهتزازا قويا ، وبالتالي صوتا عاليا ، والتيار ذي الشدة المنخفضة يولد اهتزازا ضعيفا ، وبالتالي صوتا منخفضا .
اذن هكذا ستستطيع السماعة تحديد الخصائص الأربعة :
1-عدد نبضات التيار في الثانية ستحدد سرعة اهتزاز السماعة (سريع/بطئ/متوسط ..الخ) ، وسيتم ارسال هذه النبضات من الحاسوب .
هذه النقطة سهلة التنفيذ للغاية ، حيث يتم ارسال نبضات كهربية (واحدات) من الحاسوب (الذاكرة) الي السماعة نبضةً نبضةً ، وبسرعة معينة ، مثلا 50 نبضة في الثانية ، وهنا تهتز السماعة 50 مرة في الثانية ، ونسمع نحن صوت هذا الاهتزاز (راجع الجزء الأول) ، وكأن كلّ نبضة هي صاروخ موجّه يحمل أمرا للسماعة بالاهتزاز .
2-لكننا نحتاج الي تحديد شدّة تيار كل نبضة والتي ستحدد قوة اهتزاز السماعة (قوي/ضعيف/متوسط ..الخ) . وسُيحدد شدة التيار قيمة فرق الجهد (الفولت) .
هذه النقطة صعبة التنفيذ للغاية ، لأن قيمة فرق الجهد ذات تنوّع كبير ، فللحصول علي اهتزاز قوي جدا ، يأخذ فرق الجهد قيمة 99 فولت مثلا ، وللحصول علي اهتزاز أضعف قليلا ، يكون فرق الجهد95 ، وللحصول علي اهتزاز أضعف يكون الجهد 92 ، وللحصول علي اهتزاز أضعف و أضعف واضعف تكون القيمة 91 و 89 و 82 .. وهكذا تنازليا حتي نحصل علي أضعف اهتزاز ممكن ، ويكون هذا ذو قيمة 1 مثلا.
وبمعني آخر ، يحتاج الاهتزاز القوي الي فرق جهد مرتفع ، يكفي لارسال نبضة قوية (ذات شدة تيار عال) ، والعكس مع الاهتزاز الضعيف ، والذي يحتاج اليفرق جهد منخفض يكفي لارسال نبضة ضعيفة (ذات شدة تيار منخفضة) .
كيف يمكن تمثيل كل قيم فروق الجهد المتباينة هذه ؟ ان مجرد ارسال نبضات كهربية فردية لن يكفي لتمثيل أي قيمة منهم ، فكل نبضات الحاسوب متشابهة في الشدة الكهربية ، ولا توجد أي فروق بينها ، ولهذا لن تستطيع السماعة تحديد شدة الاهتزاز . فكيف يمكن لأي نبضة أن تحمل أمرا بالاهتزاز و أمرا آخر بتحديد قوة الاهتزاز في نفس الوقت ؟ والنبضة هي كينونة فردية أحادية البُعد ؟
والحل المباشر لهذه المشكلة يكون في جعل كل نبضة تخرج من الحاسوب هي نبضة ذات خاصية مميزة ، ذات ذاتية مستقلة ، تختلف عن النبضات الأخري .
كيف نجعل كل نبضة مختلفة عن الأخري ؟
__________________________________________________ ____
3-رحلة البحث عن الاختلاف :
في عالم يقتات علي الاختلاف في كل شئ ، في الكائنات الحية ، في العادات والتقاليد والمجتمعات ، في الطعام ، في الشراب ، في الطقس والهواء ، في طبيعة الأرض و حتي الأمراض ، في مثل هذا العالم الذي تندر فيه الأشياء المتماثلة نجد أن صناعة الحاسوب تنبذ التماثل وتبحث عن الاختلاف .
هذه الآلة متقنة الصنع مُحكمة التصميم ، والتي تعمل بمبادئ حسابية دقيقة ، قابلة للتكرار في تماثل و تناسق دائم ، تبحث عن الاختلاف لتستطيع أداء عملها .
وليس بهذا غريب ، فمنبع الحاسوب هو الطبيعة حولنا ، والتي لا تكف عن الاختلاف والتبدّل في كل لحظة .
فحتي عملية توليد وهم الصوت والتي تبدو يسيرة التنفيذ ، تقابلها عقبة أن موجات الصوت نفسها شديدة الاختلاف علي الرغم من اعتمادها علي عاملين فقط : السرعة (سريع ، بطئ ) وقوة الاهتزاز (قوي ، ضعيف ) .
وعلي هذا كانت أول عقبة واجهت الحاسوب هي أن يمتلك القدرة علي "الاختلاف" .
في المرة القادمة باذن الله سنعرف كيف بدأت رحلة البحث عن هذا الاختلاف، سنتعلم التعارض بين الطبيعة بتنوعها واختلافها المذهل ، وبين الحاسوب بضيق أفقه و ثبات حاله .
في المرة القادمة أيضا سنعرف المزيد عن حاسة البصر والألوان ، تري هل تكون وهما هي الأخري ، أم أنها شئ مختلف تماما عن "وهم الصوت" ؟
سؤال الحلقة :
1-هل تعتقد أن الاحساس بالألوان والصور هو وهم أيضا ؟
2-في رايك كيف سيستطيع الحاسوب تحقيق الاختلاف الذي ينشده ؟