- เสียงเป็นคลื่นกล เพราะมีสมบัติการสะท้อน การหักเห การแทรกสอด และการเลี้ยงเบน
- เสียงเป็นคลื่นกลตามยาว เพราะต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ ตัวกลางสั่นขนานกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น
- โมเลกุลของอากาศในบริเวณที่เป็นส่วนอัดจะมีมากกว่าเดิม ทำให้ความดันของอากาศบริเวณส่วนอัดมีค่าเพิ่มขึ้น
- โมเลกุลของอากาศในบริเวณที่เป็นส่วนขยายจะมีมากกว่าเดิม ทำให้ความดันของอากาศบริเวณส่วนอัดมีค่าลดลง
2.2 ความถี่ อัตราเร็ว และความยาวคลื่น
2.2.1. ความถี่ของเสียง ใช้บอกระดับเสียง ความถี่สูงจะมีระดับเสียงสูงและแหลม ถ้ามีความถี่ต่ำจะมีระดับเสียงต่ำและทุ้ม
- มนุษย์ทั่วไปได้ยินเสียงในช่วงความถี่ 20 - 20000 เฮิรตซ์
- ความถี่ต่ำกว่า 20 เฮิรตซ์ เรียกว่า อินฟาโซนิก เช่น การสื่อสารของช้าง
- ความถี่สูงกว่า 20000 เฮริตซ์ เรียกว่า อัลตราโซนิค เช่น การหาอาหารของค้างคาว โลมา วาฬ
2.2.2. อัตราเร็วของเสียง ขึ้นอยู่กับสภาพตัวกลาง เช่น อุณหภูมิ ความหนาแน่น ความยืดหยุ่น เป็นต้น อัตราเร็วเสียงที่เคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่มีอุณหภูมิสู.จะมีค่ามากกว่าตัวกลางที่มีอุณภูมิต่ำ
2.2.3. อัตราเร็วเสียงในอากาศ จะแปรผันตรงกับรากที่สองของอุณภูมิในหน่วยเคลวิน
- อุณหภูมิมาก อัตราเร็วมาก
- อุณภูมิน้อย อัตราเร็วน้อย
- ขณะอุณภูมิ + องศาเซลเซียส อัตราเร็วเสียงจะมีค่าประมาณ 331 เมตร/วินาที
สูตรนี้จะให้ค่าใกล้เคียงความจริง เมื่ออุณภูมิมีค่าไม่เกิน 45 องศาเซลเซียส
2.3 คุณสมบัติของเสียง
2.3.1. การสะท้อน เมื่อคลื่นเสียงตกกระผิวรอยต่อระหว่างตัวกลาง หรือตัวกลางขนิดเดียวกันแต่อุณหภูมิต่างกัน หรือตกกระทบสิ่งกีดขวางที่มีขนาดเท่ากันกับหรือโตกว่าความยาวคลื่นเสียงนั้น จะเกิดการสะท้อนเสียง
1. เมื่อคลื่นเสียงตกกระทบ ความถี่ ความเร็ว ความยาวคลื่น และแอมพลิจูด จะสะท้อนออกของเดิม
2. การเคลื่อนที่จากตัวกลางหนาแน่นน้อย ไป มาก การกระจัดที่สะท้อนมีเฟสตรงข้าม
3. การเคลื่อนที่จากตัวกลางหนาแน่นมาก ไป น้อย การกระจัดที่สะท้อนจะมีเฟสคงเดิม
4. ถ้าเสียงที่สะท้อนกลับมาสู๋หูของเราช้ากว่าเสียงที่ตะโกนออกไปเกินกว่า 0.1 วินาที หูของเราจะสมารถแยกเสียงตะโกนและเสียงที่สะท้อนกลับมาได้ เราเรียกว่า การเกิดเสียงก้อง
5. จากความรู้การสะท้อนของเสียง นำไปสร้างเครื่อวโซนาร์ ใช้หาความลึกของทะเล หาฝูงปลาในทะเล สร้างเครื่องอัลตราซาวด์
2.3.2. การหักเห คลื่นเสียงเมื่อเดินทางผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นแตกต่างกันจะเกิดการเปลี่ยนแปลงทิศทางความเร็วและความยาวคลื่น แต่ความถี่คลื่นยังคงที่ กล่าวคือเมื่อเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย (อากาศ) เข้าสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า(น้ำ) เสียงจะหักเหออกจากเส้นตั้งฉาก หลักการนี้ใช้อธิบาย การเห็นฟ้าแลบ แต่ไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง เพราะเมื่อเกิดฟ้าแลบ แม้จะมีเสียงเกิดขึ้นแต่เราไม่ได้ยินเสียง ทั้งนี้เพราะอากาศใกล้พื้นดินมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศเบื้องบน ทำให้การเคลื่อนที่ของเสียงเคลื่อนที่ได้ในอัตราที่ต่างกัน คือ เคลื่อนที่ในอากาศที่มี อุณหภูมิสูงได้เร็วกว่าในอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำ ดังนั้น เสียงจึงเคลื่อนที่เบนขึ้นทีละน้อยๆ จนข้ามหัวเราไป จึงทำให้ไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง
1. บริเวณที่มีอุณภูมิสูง เสียงจะเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วมากกว่าบริเวณที่มีอุณภูมิต่ำ
2. เสียงเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีอุณภูมิสูงไปสู่บริเวณที่มีอุณภูมิต่ำ คลื่นเสียงจะหักเหเข้าเส้นแนวฉาก
3. เสียงเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีอุณภูมิต่ำไปสู่บริเวณที่มีอุณภูมิสูกว่า เสียงจะหักเหออกจาเส้นแนวฉาก
4. ในเวลากลางวันพื้นโลกจะมีอุณภูมิสูงกว่าอุณหภูมิที่ระดับสูงจากพื้นโลกขึ้นไปทำให้เสียงหักเหขึ้นสู่ที่สูง ส่วนในเวลากลางคืนอุณหภูมิที่พื้นโลกจะต่ำกว่าอุณภูมิที่ระดับสูงกว่าพื้นโลกทำให้เสียงหักเหลงสู่พื้น
2.3.3. การแทรกสอด ถ้าแหล่งกำเนิดเสียง 2 แหล่ง ที่มีแอมพลิจูด และความถี่เท่ากัน ซึ่งมีเฟสตรงกันหรือต่างกันคงตัว เคลื่อนที่มาซ้อมทับกัน แล้วทำให้เกิดจุดปฏิบัพ (เสียงดัง) และจุดบัพ (เสียงค่อย) สลับกัน
2.3.4. การเลี้ยวเบน นอกจากการหักเหของเสียงที่เกิดขึ้น เมื่อผ่านตัวกลางต่างชนิดกันแล้วยังมีการเลี้ยวเบนได้ การเลี้ยวเบนของเสียงมักจะเกิดพร้อมกับการสะท้อนของเสียง เสียงที่เลี้ยวเบน จะได้ยินค่อยกว่าเดิม เพราะพลังงานของเสียงลดลง
ในชีวิตประจำวันที่เราพบได้อย่างเสมออย่างหนึ่งคือการได้ยินเสียงของผู้อื่นได้โดยไม่เห็นตัวผู้พูด เช่น ผู้พูดอยู่คนละด้านของมุมตึก ปรากฏการณ์ดังนี้ แสดงว่าเสียงสามารถเลี้ยวเบนได้ การอธิบายปรากฏการณ์นี้สามารถจะกระทำได้โดยใช้หลักการของฮอยเกนท์อธิบายว่า ทุกๆจุดบนหน้าคลื่นสามารถทำหน้าที่เป็นต้นกำเนิดคลื่นอันใหม่ได้ ดังนั้นอนุภาคของอากาศที่ทำหน้าที่ส่งผ่านคลื่นเสียงตรงมุมตึกย่อมเกิดการสั่น ทำหน้าที่เหมือนต้นกำเนิดเสียงใหม่ ส่งคลื่นเสียงไปยังผู้ฟังได้
2.4. เสียงและการได้ยิน
2.4.1. บีตส์ จะเกิดเมื่อเสียง 2 ชุด ที่มีความถี่ต่างกันเล็กน้อย จากแหล่งกำเนิดเสียงประเภทเดียวกันหรือคนละประเภทก็ได้ เคลื่อนที่มาแทรกสอดกันจะเป็นเสียงดังเสียงค่อยสลับกันเป็นจังหวะคงตัว
สมมุติให้ f1 และ f2 แทนความถี่ของเสียงจากแหล่งกำเนิดสองเสียงที่มีความถี่ต่างกันไม่เกิด 7 เฮิรตซ์ เมื่อมาซ้อมทับกันแล้วจะทำให้เกิดบีตส์
2.4.2. ความเข้มเสียง คือ กำลังเสียงที่แหล่งกำเนิดเสียงส่งออกไปต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ของหน้าคลื่นวงกลม
เมื่อ I แทน ความเข้มเสียง ตำแหน่งต่างๆ มีหน่วยเป็นวัตต์ต่อตารางเมตร
P แทน กำลังเสียงของแหล่งกำเนิดเสียง มีหน่วยเป็นวัตต์
A แทน พื้นที่ของหน้าคลื่นทรงกลม มีหน่อยเป็นตารางเมตร
R แทน ระยะจากแหล่งกำเนิดเสียถึงตำแหน่งที่ต้องการหาความเข้มเสียง มีหน่วยเป็น เมตร
สิ่งที่ควรรู้
1. เสียงค่อยที่สุดที่มนุษย์สามารถได้ยินมีความเข้มเสียง 10 กำลัง -12 วัตต์ต่อตารางเมตร
2. เสียงดังที่สุดที่มนุษย์ปกติสามารถทนฟังได้ โดยไม่เป็นอันตราย มีความเข้มเสียงเป็น 1 วัตต์ต่อตารางเมตร
2.4.3. ระดับความเข้มเสียง คือ ปริมาณที่ใช้บอกความดังเสียง โดยเทียวความเข้มเสียงที่ต้องการวัด กับความเข้มเสียงที่ค่อยที่สุดที่คนปกติได้ยิน
โดย 
คือความเข้มของเสียง มีหน่วยเป็นเดซิเบล
คือความเข้มของเสียง มีหน่วยเป็นเดซิเบล
I คือความเข้มของเสียง
I0 คือความเข้มของเสียงต่ำสุดที่มนุษย์จะได้ยิน คือ 10-12 วัตต์/ตารางเมตร
2.4.4. ปรากฎการณ์ดอปเพลอร์ และคลื่นกระแทก
ปรากฎการณ์ดอปเพลอร์ของเสียง คือ ผู้ฟังได้ยินเสียงที่มีความถี่เปลี่ยนไปจากความถี่ของแหล่งกำเนิดเสียง
คลื่นกระแทก คือ หน้าคลื่นที่เคลื่อนที่มาเสริมกันในลักษณะที่เป็นคลื่นวงกลมซ้อนเรียงกันไป แหล่งกำเนิดที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วของคลื่นในตัวกลาง
a. อัตราเร็วแหล่งกำเนิด น้อยกว่า อัตราเร็วของเสียง
b. อัตราเร็วแหล่งกำเนิด เท่ากับ อัตราเร็วเสียง
c. อัตราเร็วแหล่งกำเนิด มากกว่า อัตราเร็วเสียง
2.4.5. คุณภาพเสียงและเสียงดนตรี แหล่งกำเนิดเสียงต่างๆขณะสั่น จะให้เสียงซึ่งมี่ความถี่มูลฐานและฮาร์มอนิกต่างๆ ออกมาพร้อมกันเสมอ แต่จำนวนฮาร์มอนิกและความเข้มเสียงจะแตกต่างกันไป จึงจะทำให้ลักษณะของคลื่นเสียงแตกต่างกันสำหรับแต่ละแหล่งกำเนิดที่ต่างกัน โดยจะมีลักษณะเฉพาะตัวที่ต่างกัน
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น