เสียง

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
แผนภูมิแสดงการได้ยินเสียง (น้ำเงิน : คลื่นเสียง; แดง: แก้วหู; เหลือง: คลอเคลีย; เขียว: เซลล์รับรู้การได้ยิน; ม่วง : สเปกตรัมความถี่ ของการตอบสนองการได้ยิน; ส้ม: อิมพัลส์ประสาท)

เสียง เป็นคลื่นเชิงกลที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของวัตถุ เมื่อวัตถุสั่นสะเทือน ก็จะทำให้เกิดการอัดตัวและขยายตัวของคลื่นเสียง และถูกส่งผ่านตัวกลาง เช่น อากาศ ไปยังหู เสียงสามารถเดินทางผ่านสสารในสถานะก๊าซ ของเหลว และของแข็งก็ได้ แต่ไม่สามารถเดินทางผ่านสุญญากาศได้ คลื่นเสียงเกิดจาก การสั่นสะเทือนของวัตถุ เมื่อวัตถุเกิดการสั่นสะเทือน จะเกิดการถ่ายโอนพลังงานให้กับอนุภาคของตัวกลาง ทำให้อนุภาคของตัวกลางสั่น แล้วถ่ายโอนไปยังอนุภาคอื่นๆที่อยู่ข้างเคียงให้สั่นตาม เป็นอย่างนี้ต่อเนื่องไปเรื่อยจนกระทั่งถึงอนุภาคตัวกลางที่อยู่ติดกับเยื่อแก้วหู อนุภาคเหล่านี้สั่นไปกระทบเยื่อแก้วหู ทำให้เยื่อแก้วหูสั่นตาม จึงทำให้เราได้ยินเสียง

           1.2 คลื่นเสียงจัดเป็นคลื่นกล
           ถ้าเราทำการทดลองโดยใช้กระดิ่งไฟฟ้าที่ส่งเสียงดังตลอดเวลาใส่ไว้ในครอบแก้ว จากนั้นจึงค่อยๆสูบอากาศภายในครอบแก้วออก เราจะได้ยินเสียงจากกระดิ่งไฟฟ้าค่อยลงเรื่อยจนในที่สุดจะไม่ได้ยินเสียงจากกระดิ่งไฟฟ้านี้ เมื่อในครอบแก้วเป็นสุญญากาศ แสดงว่าเสียงจำเป็นต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ ดังนั้น “เสียงจึงจัดเป็นคลื่นกล”

1.3 คลื่นเสียงจัดเป็นคลื่นความยาว

           เมื่อวัตถุสั่น วัตถุก็จะไปกระทบตัวกลางทำให้อนุภาคตัวกลางสั่นกลับไปกลับมาแบบ ซิมเปิลฮาร์มอนิก โดยทิศทางการสั่นของอนุภาคตัวกลางจะสั่นในทิศขนานกับการเคลื่อนที่ของคลื่น ดังนั้น “เสียงจึงจัดเป็นคลื่นตามยาว”            

เมื่อการสั่นสะเทือนนั้นมาถึงหู คลื่นเสียงจะถูกแปลงเป็นพัลส์ประสาท ซึ่งจะถูกส่งไปยังสมอง ทำให้เรารับรู้และจำแนกเสียงต่างๆ ได้

คุณลักษณะของเสียง[แก้]

คุณลักษณะเฉพาะของเสียง ได้แก่ ความยาวช่วงคลื่น แอมปลิจูด และความเร็ว

เสียงแต่ละเสียงมีความแตกต่างกัน เสียงสูง-เสียงต่ำ, เสียงดัง-เสียงเบา, หรือคุณภาพของเสียงลักษณะต่างๆ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดเสียง และจำนวนรอบต่อวินาทีของการสั่นสะเทือน


ความถี่[แก้]

ระดับเสียง (pitch) หมายถึง เสียงสูงเสียงต่ำ สิ่งที่ทำให้เสียงแต่ละเสียงสูงต่ำแตกต่างกันนั้น ขึ้นอยู่กับความเร็วในการสั่นสะเทือนของอากาศ วัตถุที่สั่นเร็วเสียงจะสูงกว่าวัตถุที่สั่นช้า โดยจะมีหน่วยวัดความถี่ของการสั่นสะเทือนต่อวินาที เช่น 60 รอบต่อวินาที, 2,000 รอบต่อวินาที (Hertz) และนอกจาก วัตถุที่มีความถี่ในการสั่นสะเทือนมากกว่า จะมีเสียงที่สูงกว่าแล้ว หากความถี่มากขึ้นเท่าตัว ก็จะมีระดับเสียงสูงขึ้นเท่ากับ 1 ออกเตฟ (octave) ภาษาไทยเรียกว่า 1 ช่วงคู่แปด

การแบ่งออกเตฟ การแบ่งออกเตฟที่นิยมกัน มี 2 แบบ ดังรูป:

การแบ่งออกเตฟ

ความยาวช่วงคลื่น[แก้]

ความยาวช่วงคลื่น (wavelength) หมายถึง ระยะทางระหว่างยอดคลื่นสองยอดที่ติดกันซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการอัดตัวของคลื่นเสียง (คล้ายคลึงกับยอดคลื่นในทะเล) ยิ่งความยาวช่วงคลื่นมีมาก ความถึ่ของเสียง (ระดับเสียง) ยิ่งต่ำลง

แอมปลิจูด[แก้]

แอมปลิจูด (amplitude) หมายถึง ความสูงระหว่างยอดคลื่นและท้องคลื่นของคลื่นเสียง ที่แสดงถึงความเข้มของเสียง (Intensity) หรือความดังของเสียง (Loudness) ยิ่งแอมปลิจูดมีค่ามาก ความเข้มหรือความดังของเสียงก็ยิ่งเพิ่มขึ้น

ธรรมชาติและความดันของเสียง[แก้]

ธรรมชาติและความดันของเสียง เสียงเป็นคลื่นความดัน (Pressure Wave) จะต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ ดังนั้นจึงสามารถเคลื่อนที่ผ่านอากาศ ของแข็งหรือของเหลว แต่ไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านสูญญากาศได้

       คลื่นเสียงเป็นคลื่นตามยาวเกิดจากการสั่นของวัตถุ ความถี่ของเสียงจะมีค่าเท่ากับความถี่ของแหล่งกำเนิด และในขณะที่มี การสั่น โมเลกุลของตัวกลางจะมีการถ่ายทอดพลังงานทำให้เกิดความดันอากาศที่เปลี่ยนแปลงไปตามตำแหน่ง ทำให้เกิดเป็นช่วงอัด และ ช่วงขยายโดยที่ช่วงอัดคือบริเวณที่อนุภาคของตัวกลางอัดเข้าหากัน บริเวณนี้มีจะมีความดันสูงสุดโดยเทียบกับความดันที่ตำแหน่ง สมดุลของอนุภาค โดยการขจัดของอนุภาคน้อยที่สุด ส่วนช่วงขยายคือบริเวณที่อนุภาคตัวกลางแยกห่างจากกัน บริเวณนี้มีความดัน ต่ำสุดโดยเทียบกับความดันที่ตำแหน่งสมดุลของอนุภาค การขจัดของอนุภาคมากที่สุด ซึ่งสามารถเขียนเป็นกราฟได้ ดังรูป

อัตราเร็วเสียง[แก้]

อัตราเร็วเสียง อัตราเร็วเสียงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติตัวกลางที่เสียงเคลื่อนที่ผ่าน ได้แก่ ความหนาแน่น ความยืดหยุ่น เป็นต้น โดยปกติเสียงเดินทาง ในของแข็งได้ดีที่สุด รองลงมาคือของเหลวและก๊าซ นอกจากนี้อัตราเร็วเสียงยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของตัวกลางที่เสียงเคลื่อนที่ผ่าน โดยพบว่า เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อัตราเร็วเสียงจะมีค่ามากขึ้น สำหรับตัวกลางที่เป็นอากาศ อัตราเร็วเสียงที่อุณหภูมิใด ๆ หาได้จาก

   =โดย     v 0 คือ อัตราเร็วเสียงที่อุณหภูมิ 0oC มีค่า 331.5 m/s
           t คือ อุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซียส (oC)

ความเข้มเสียงและระดับความเข้มเสียง[แก้]

ความเข้มเสียงและระดับความเข้มเสียง ในขณะที่เสียงเคลื่อนที่จะมีการถ่ายทอดพลังงานไปให้กับวัตถุที่เสียงตกกระทบ โดยอัตราการถ่ายทอดพลังงานของเสียง ต่อพื้นที่ที่ตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของเสียง เรียกว่าความเข้มเสียง (Intensity) หรืออาจกล่าวได้ว่า ความเข้มเสียง หมายถึง กำลังของเสียงจากแหล่งกำเนิดที่ตกกระทบบนพื้นที่ 1 ตารางหน่วยในแนวตั้งฉากที่พิจารณา เนื่องจากเสียงแผ่ออกทุกทิศทาง ดังนั้นพื้นที่ที่เสียงตกกระทบ คือ A = 4?r2 จะได้ I = =

โดยที่ I แทนความเข้มเสียง มีหน่วยเป็นวัตต์ต่อตารางเมตร (W/m2)

        P  แทนกำลังของแหล่งกำเนิดเสียง มีหน่วยเป็นวัตต์ (W)
        A  แทนพื้นที่ที่เสียงตกกระทบ มีหน่วยเป็นตารางเมตร (m2)

คุณลักษณะของเสียง[แก้]

คุณลักษณะของเสียง คลื่นเสียง คือ คลื่นตามยาวซึ่งหูของคนเราสามารถได้ยินเสียงได้ โดยคลื่นนี้มีความถี่ตั้งแต่ประมาณ 20 Hz ถึง 20,000 Hz ความถี่เสียงในช่วงนี้เรียกว่า audio frequency

       เสียงที่คนเราสามารถได้ยินแต่ละเสียงอาจเหมือนกันหรือแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับคุณลักษณะของเสียงซึ่งมีอยู่ 3 ข้อ คือ
       1. ความดัง (Loundness) หมายถึง ความรู้สึกได้ยินของมวลมนุษย์ว่าดังมากดังน้อย ซึ่งเป็นปริมาณที่ไม่อาจวัดด้วยเครื่องมือใด ๆ ได้โดยตรง ความดังเพิ่มขึ้นตามความเข้มเสียง ความรู้สึกเกี่ยวกับความดังจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับระดับความเข้มเสียง โดยถ้า I แทนความเข้มเสียง ความดังของเสียงจะแปรผันโดยตรงกับ log I หรืออาจกล่าวได้ว่า ความดังก็คือระดับความเข้มเสียงนั่นเอง หูของคนสามารถรับเสียงที่มีความดังน้อยที่สุดคือ 0 dB และมากที่สุดคือ 120 dB
       2. คุณภาพของเสียง (quality) หมายถึง คุณลักษณ์ของเสียงที่เราได้ยิน เมื่อเราฟังเพลงจากวงดนตรีวงหนึ่งนั้น เครื่องดนตรี ทุกชนิดจะเล่นเพลงเดียวกัน แต่เราสามารถแยกได้ว่า เสียงที่ได้ยินนั้นมาจากดนตรีประเภทใด เช่น มาจากไวโอลิน หรือเปียโน เป็นต้นการที่เราสามารถแยกลักษณะของเสียงได้นั้นเพราะว่าคลื่นเสียงทั้งสองมีคุณภาพของเสียงต่างกัน คุณภาพของเสียงนี้ขึ้นอยู่กับ จำนวนโอเวอร์โทนที่เกิดจากแหล่งกำเนิดเสียงนั้น ๆ และแสดงออกมาเด่น จึงไพเราะต่างกัน นอกจากนี้คุณภาพของเสียงยังขึ้นกับ ความเข้มของเสียงอีกด้วย
       3. ระดับเสียง (pitch) หมายถึง เสียงที่มีความยาวคลื่นและความถี่ต่างกัน โดยเสียงที่มีความถี่สูงจะมีระดับเสียงสูงส่วนเสียงที่มี ีความถี่ต่ำจะมีระดับเสียงต่ำ

ข้อสังเกตการสะท้อนของเสียงที่ควรทราบ[แก้]

  1. การสะท้อนของเสียงเกิดขึ้นเมื่อเสียงเคลื่อนที่ไปกระทบตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า
  2. ขนาดวัตถุหรือตัวกลางที่ไปตกกระทบต้องมีขนาดเท่ากับหรือใหญ่กว่าความยาวคลื่นเสียงนั้น
  3. เสียงสะท้อนได้ดีกับวัตถุผิวเรียบ แข็ง
  4. คลื่นเสียงความถี่สูงสะท้อนได้ดีกว่าความถี่ต่ำ(เมื่ออัตราเร็วเสียงคงตัว จะได้ความถี่เสียงแปรผกผันกับความยาวคลื่นเสียง ดังนั้นความถี่สูงจึงมีความยาวคลื่นสั้น จึงสามารถสะท้อนได้กับวัตถุที่มีขนาดเล็กๆ เช่น Ultra sound )
  5. การคำนวณการทะท้อนเสียงใช้สมการชุดเดียวกับคำนวณการเดินทางของเสียง

อ้างอิง[แก้]

  • McKeever,Susan;Foote,Martyn (1993).The Random House science encyclopedia.Toronto:Random House. ISBN 0-394-22341-1
  • ศิวเวทกุล,ประชา.คู่มือวิทยาศาสตร์คำนวณ ม.ต้น (ม.1-ม.2-ม.3).กรุงเทพฯ:สำนักพิมพ์เดอะบุคส์.ISBN 974-394-126-6
  • ธรรมธร ไกรก่อกิจ (ZEN ACOUSTIC), "ความถี่เสียง", สืบค้นวันที่ 9 มีนาคม 2559

แหล่งข้อมูลอื่น[แก้]