เสียงเกิดจากการสั่นของวัตถุ
เสียงเป็นพลังงานรูปหนึ่งที่ทำให้ประสาทหูเกิดความรู้สึกได้
การเคลื่อนที่ของเสียงจากตัวก่อกำเนิด เสียงต้องอาศัยตัวกลางในการถ่ายโอนพลังงาน การสั่นของตัวก่อกำเนิดเสียงนั้นไปยังสิ่งต่าง ๆ
การเกิดคลื่นเสียงเคลื่อนที่จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งได้ จะต้องประกอบด้วย
1. มีแหล่งกำเนิดเสียง
2. มีการสั่นของแหล่งกำเนิดเสียง
3. มีตัวกลางให้คลื่นเสียงเคลื่อนที่ผ่าน
เสียงกับการแทรกสอด ถ้าคลื่นเสียงเคลื่อนที่มาพบกันจะมีการแทรกสอดขึ้น ณ จุดที่พบกันนั้น ผลที่ได้ คือ การรวมคลื่นเข้าด้วยกัน
ในกรณีที่คลื่นเสียง 2 คลื่น ที่มีความยาวคลื่น
เคลื่อนที่ในอากาศในทางเดียวกัน (เช่น ไปทางที่ X เป็นบวก) จาก Source 2 source
เนื่องจากความดังของเสียงขึ้นอยู่กับความเข้มของเสียง ซึ่งเป็นปฏิภาคโดยตรงกับกำลังสองของแอมพลิจูด
ดังนั้น ผลรวมของคลื่นทั้งสองจึงทำให้ได้ยินเสียงดังที่สุด และ เราเรียกการแทรกสอดนี้ว่า การแทรกสอดแบบเสริมสร้าง (Constructive Interference)
ถ้าผลรวมคลื่นที่จุด O จะมีแอมพลิจูดเป็นศูนย์ทั้งนี้เพราะคลื่นทั้งสองมี Phase ต่างกันอยู่
ทำให้ไม่ได้ยินเสียง และเราเรียกการแทรกสอดนี้ว่า การแทรกสอดแบบหักล้าง (Destructive Interference)
1. การได้ยินเสียงดัง (เช่น เสียงปืน) เมื่ออยู่อีกมุมหนึ่งของตึก เป็นปรากฏการณ์อย่างหนึ่งที่แสดงว่าเสียงเลี้ยวเบนได้
2. การเลี้ยวเบนของเสียงผ่านช่องแคบเดียว เสียงจะเลี้ยวเบนได้ดีก็ต่อเมื่อความกว้างของช่องเดียวมีขนาดใกล้เคียงกับความยาวคลื่น ถ้าความยาวคลื่นเสียงมีค่าน้อย (ความถี่สูง) เมื่อเทียบกับความกว้างของช่องเดียว เสียงจะเลี้ยวเบนไม่ดี
3. การเลี้ยวเบนและการแทรกสอด มักเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นพร้อมกัน
จากรูป ณ ตำแหน่ง A ซึ่งอยู่ด้านหลังสิ่งกีดขวาง จะดังน้อยกว่าเสียงที่ได้ยิน ณ ตำแหน่ง B และ C อธิบายได้ว่า เสียงเคลื่อนที่อ้อมสิ่งกีดขวางไปยังด้านหลังของสิ่งกีดขวางได้ (แสดงสมบัติการเลี้ยวเบนได้)
อัตราเร็วของเสียง
อัตราเร็วของเสียงในตัวกลางต่าง ๆ มีขนาดไม่เท่ากัน มีปัจจัยดังนี้
1. ตัวกลาง อัตราเร็วของเสียงในของแข็งมากกว่าในของเหลว
อัตราเร็วของเสียงในของเหลวมากกว่าในแก๊ส
2. ความหนาแน่นของตัวกลาง หนาแน่นมาก ความเร็วมาก
หนาแน่นน้อย ความเร็วน้อย
3. อุณหภูมิของตัวกลาง
อัตราเร็วของเสียงเป็นปฏิภาคโดยตรงกับรากที่สองของอุณหภูมิสมบูรณ์ ขณะนั้น
อัตราเร็วของเสียงในอากาศที่ 0 องศาเซลเซียส ประมาณ 331 m/s และถ้าอุณหภูมิเปลี่ยนไป 1 องศาเซลเซียส อัตราเร็วของเสียงจะเปลี่ยนไป 0.6 m/s ในอากาศที่อุณหภูมิไม่เกิน 40 องศาเซลเซียส
4. ความยืดหยุ่นของตัวกลาง
เพิ่มเติม
1. อัตราเร็วของเสียงในของแข็ง
การสะท้อนของเสียงเมื่อคลื่นเสียงจากต้นกำเนิดเสียงเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่งที่มีความหนาแน่นต่างกัน เสียงจะเกิดการสะท้อน เช่น เสียงเดินทางจากอากาศไปยังกำแพง
1. เสียงเดินทางจากตัวกลางที่หนาแน่นมากไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า จะทำให้เสียงสะท้อนเพียงบางส่วนเท่านั้น โดยที่คลื่นสะท้อนกลับจะมีเฟสเดิม ส่วนที่เหลือจะเคลื่อนที่ต่อไป
2. เสียงเดินทางจากตัวกลางที่หนาแน่นน้อยกว่าไปยังตัวกลางที่หนาแน่นมากกว่า จะทำให้เสียงสะท้อนกลับมีเฟสเปลี่ยนไป 180 องศา
3. การสะท้อนของคลื่นเสียงมีหลักการเดียวกับคลื่นทั่วไป คือ
3.1 รังสีตกกระทบ เส้นปกติและรังสีสะท้อนต้องอยู่ในระนาบเดียวกัน
3.2 มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน
4. ถ้าเราได้ยินเสียงที่สะท้อนมาห่างกับการได้ยินครั้งแรกน้อยกว่า 0.1 วินาที จะได้ยินเสียงก้อง (Echo) นั่นคือ ผิวสะท้อนอยู่ห่างจากเราน้อยกว่ากว่า 16.5 เมตร หรือประมาณ 17 เมตร
การหักเหของคลื่นเสียง
เมื่อเสียงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่างชนิดกันหรือแม้แต่ตัวกลางชนิดเดียวกัน แต่อุณหภูมิต่างกัน จะมีผลทำให้อัตราเร็วของเสียง และทิศทางของเสียงเปลี่ยนไป เช่น ขณะที่พายุฝนฟ้าคะนอง ในบางครั้งปรากฎว่าเห็นฟ้าแลบแต่ไม่มีเสียง เนื่องจากเสียงที่เกิดขึ้น เกิดการหักเหในชั้นบรรยากาศกลับไปหมด จึงไม่มีคลื่นเสียงส่งมายังหูเรา
กฎการหักเห
กฎการหักเห มี 2 ข้อ คือ
1. ทิศทางเคลื่อนที่ตกกระทบ เส้นปกติ ทิศทางคลื่นหักเหต้องอยู่ในระนาบเดียวกัน
2. อัตราส่วนระหว่าง sin ของมุมตกกระทบกับ sin ของมุมหักเหมีค่าคงที่ ค่าคงที่นั่นคือ ดรรชนีหักเหตัวกลางที่สองเทียบกับตัวกลางแรก
- คลื่นเสียงที่เคลื่อนที่จากตัวกลางที่มี ความเร็วเสียงต่ำสู่ตัวกลางที่มีความเร็วเสียงสูง จะหักเหคลื่น ออกจากเส้นปกติ
- คลื่นเสียงที่เคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความเร็วเสียงสูงสู่ตัวกลางที่มีความเร็วเสียงต่ำ จะหักเหเข้าหาเส้นปกติ
ลักษณะของเสียงที่ได้ยิน แบ่งได้ 3 ลักษณะ คือ
1. เสียงดัง-ค่อย
เสียงดัง-ค่อย ขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดของคลื่นเสียง
ถ้าคลื่นเสียงมีแอมพลิจูดมาก เสียงดังมาก
ถ้าคลื่นเสียงมีแอมพลิจูดน้อย เสียงจะดังน้อย
2. เสียงแหลม-ทุ้ม
เสียงแหลม-ทุ้ม (หรือระดับเสียง) ขึ้นกับความถี่ของเสียง
ถ้าคลื่นเสียงมีความถี่สูง เสียงจะแหลม
ถ้าคลื่นเสียงมีความถี่ต่ำ เสียงจะทุ้ม
ความถี่ต่ำสุด และ ความถี่สูงสุดที่หูคนปกติได้ยิน = 20 ถึง 20,000 Hz
- คลื่นเสียงที่มีความถี่ต่ำกว่า ช่วงคลื่นที่เราได้ยิน เรียกว่า Infrasonic
- คลื่นเสียงที่มีความถี่สูงกว่า ช่วงคลื่นที่เราได้ยิน เรียกว่า Ultrasonic
คุณภาพของเสียง หมายถึงเอกลักษณ์ของเสียงจากแหล่งกำเนิดเสียงต่างชนิดกัน ขึ้นอยู่กับจำนวนฮาร์มอนิกของเสียงจากแหล่งกำเนิดนั้น
เสียงดนตรีเป็นเสียงที่น่าฟัง จะน่าฟังหรือไม่ต้องประกอบด้วยสิ่งต่อไปนี้
- ระดับเสียง
- ความดัง
- คุณภาพ
ระดับเสียง
ขึ้นอยู่กับความถี่ ความถี่สูงเสียงจะแหลม ความถี่ต่ำเสียงจะทุ้ม คนธรรมดาฟังเสียงที่มีคลื่นความถี่จาก 20 ถึง 20,000 Hz ได้ หรือความยาวคลื่น 17 ถึง 0.017 เมตร
ความดังของเสียง
ขึ้นอยู่กับความเข้มของเสียงหรือแอมพลิจูด แอมพลิจูดมากเสียงจะดัง แอมพลิจูดน้อยเสียงจะมีเสียงค่อย
คุณภาพของเสียง
ขึ้นอยู่กับจำนวนฮาร์มอนิกของคลื่นเสียงจากแหล่งกำเนิด คุณภาพของเสียงทำให้เราแยกได้ว่าเสียงดังกล่าวมาจากเครื่องดนตรีชนิดใด
บีตส์และคลื่นนิ่งของเสียง
บีตส์ (Beats)
บีตส์เกิดจากการแทรกสอดของเสียงจากแหล่งกำเนิด 2 แหล่งที่มีความถี่ต่างกันเพียงเล็กน้อย เสียงที่ได้ยินเป็นเสียงเดียวแต่ดังและค่อยสลับกัน จำนวนครั้งของเสียงดัง (หรือจำนวนครั้งของเสียงค่อย) ใน 1 วินาที เรียกว่า ความถี่ของบีตส์
ข้อควรจำ
จากการวิเคราะห์ปรากฏการณ์บีตส์ พบว่า
1. ปรากฏการณ์บีตส์จะสังเกตได้ชัดเจน คือ
นั่นคือ ผลต่างของความถี่ของคลื่นสองขบวนต้องน้อยกว่าเมื่อเทียบกับความถี่ของคลื่นลัพธ์ หรือเทียบกับความถี่ของคลื่นแต่ละขบวนที่มารวมกัน
2. ความถี่บีตส์ต้องไม่มากนัก ไม่ควรเกิน 7 Hz ถ้าสูงกว่านี้จะไม่ได้ยินการเกิดบีตส์
3. แอมพลิจูดของคลื่นทั้งสองกระบวนต้องมีขนาดใกล้เคียงกัน มิฉะนั้นเสียงดังและค่อยจะไม่แตกต่างกัน อาจฟังไม่ชัดเจน ทำให้ไม่รู้สึกว่าได้ยินการเกิดบีตส์
3. แอมพลิจูดของคลื่นทั้งสองกระบวนต้องมีขนาดใกล้เคียงกัน มิฉะนั้นเสียงดังและค่อยจะไม่แตกต่างกัน อาจฟังไม่ชัดเจน ทำให้ไม่รู้สึกว่าได้ยินการเกิดบีตส์
คลิป
ข้อมูลhttp://force8949.blogspot.com/2015/07/blog-post_30.html
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น