สรุปเนื้อหาเรื่อง คลื่นเสียง คืออะไร
คลื่นเสียง (Sound wave) คือ คลื่นกล (Mechanical wave) ตามยาวที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของวัตถุ หรือ “แหล่งกำเนิดเสียง” ซึ่งต้องอาศัยตัวกลาง (Medium) ในการเคลื่อนที่ ซึ่งลักษณะของคลื่นเสียง ประกอบด้วย 2 ส่วนคือ ส่วนอัด และส่วนขยาย ดังรูป
ทั้งนี้ การเคลื่อนที่ของเสียงผ่านตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง ความถี่จะมีค่าคงที่ โดยความเร็วของคลื่นเสียงจะขึ้นอยู่กับชนิดของตัวกลางและอุณหภูมิ ดังรูป
สมบัติของเสียง
- การสะท้อน (Reflection) คือ การเคลื่อนที่ของเสียงไปกระทบสิ่งกีดขวาง ส่งผลให้เกิดการสะท้อนกลับของเสียงที่เรียกว่า “เสียงสะท้อน” (Echo)
- การหักเห (Refraction) คือ การเคลื่อนที่ของเสียงผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน หรือการเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่มีอุณหภูมิต่างกัน ส่งผลให้อัตราเร็วและทิศทางการเคลื่อนที่ของเสียงเปลี่ยนไป
- การเลี้ยวเบน (Diffraction) คือ การเดินทางอ้อมสิ่งกีดขวางหรือเลี้ยวเบนผ่านช่องว่างต่างๆของเสียง โดยคลื่นเสียงที่มีความถี่และความยาวคลื่นมาก สามารถเดินทางอ้อมสิ่งกีดขวางได้ดีกว่าคลื่นสั้นที่มีความถี่ต่ำ
- การแทรกสอด (Interference) เกิดจากการปะทะกันของคลื่นเสียงจากหลายแหล่งกำเนิด ซึ่งอาจทำให้เกิดเสียงที่ดังขึ้นหรือเบาลงกว่าเดิม หากคลื่นเสียงที่มีความถี่ต่างกันเล็กน้อย (ไม่เกิน 7 เฮิรตซ์) เมื่อเกิดการแทรกสอดกันจะทำให้เกิดเสียงบีตส์ (Beats)
การได้ยินเสียงและความเข้มของเสียง
เสียงที่เราได้ยิน คือ อัตราการถ่ายโอนพลังงานของแหล่งกำเนิดเสียงต่อหนึ่งหน่วยเวลา หรือที่เรียกว่า กำลังเสียง (Power of sound wave) ซึ่งมีหน่วยเป็นจูลต่อวินาที (J/s) หรือ วัตต์ (Watt)
โดยเสียงเคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิดในลักษณะของการแผ่ขยายออกไปในรูปทรงกลม มีแหล่งกำเนิดเสียงเป็นจุดศูนย์กลาง ซึ่งกำลังของเสียงที่ส่งออกจากแหล่งกำเนิดต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ผิวทรงกรม เรียกว่า “ความเข้มของเสียง” (Intensity) และระดับความเข้มของเสียงนั้น ถูกตรวจวัดในรูปของ “ความดัง” (Volume) ในหน่วยเดซิเบล (Decibel) ซึ่งมนุษย์สามารถรับรู้ถึงเสียงได้ตั้งแต่ที่ระดับเสียง 0 จนถึงราว 120 เดซิเบล โดยเสียงที่ดังเกินกว่า 120 เดซิเบล คือเสียงที่อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อผู้รับฟังได้
ทั้งนี้ นอกจากความเข้มของเสียงแล้ว ความถี่ (Frequency) ของคลื่นเสียง ยังเป็นอีกหนึ่งปัจจัยสำคัญต่อการได้ยินเสียงของมนุษย์ ความถี่มีหน่วยเป็น เฮิรตซ์ (Hertz) ซึ่งมนุษย์สามารถรับคลื่นเสียงที่ระดับความถี่ ตั้งแต่ 20 ถึง 20,000 เฮิรตซ์ หรือเป็นช่วงความถี่ที่เรียกว่า โซนิค (Sonic)
ข้อควรรู้
- มนุษย์สามารถรับเสียงได้ดีที่สุด ในช่วงความถี่ 1,000 ถึง 6,000 เฮิรตซ์ โดยเสียงที่มีระดับความถี่ต่ำกว่า 20 เฮิรตซ์ เรียกว่า คลื่นใต้เสียง หรือ อินฟราโซนิค (Infrasonic)
- เสียงที่เกิดจากแหล่งกำเนิดขนาดใหญ่ เช่น การสั่นสะเทือนของสิ่งก่อสร้าง เป็นเสียงที่มนุษย์ไม่สามารถรับรู้ได้เช่นเดียวกับคลื่นเสียงที่มีความถี่สูงกว่า 20,000 เฮิรตซ์ หรือที่เรียกว่า คลื่นเหนือเสียง หรือ อัลตร้าโซนิค (Ultrasonic) ยกเว้น สัตว์บางชนิด เช่น ค้างคาว หรือโลมา สัตว์เหล่านี้จะสามารถใช้ประโยชน์คลื่นเสียงในความถี่นี้ ในการสื่อสารและการระบุตำแหน่งได้
- มนุษย์สามารถจำแนกเสียงต่าง ๆ ตามระดับเสียงหรือเรียกเสียงที่มี ความถี่ต่ำ ว่า “เสียงทุ้ม” และเรียกเสียงที่มีความถี่สูงว่า “เสียงสูง/แหลม”
ปรากฏการการกำทอนของเสียง คืออะไร
ปรากฏการการกำทอนของเสียง คือ ปรากฏการณ์ที่เสียงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางแล้วอนุภาคของตัวกลางมีการสั่นด้วยความถี่เดียวกับความถี่ของแหล่งกำเนิดเสียง ถ้าเราให้คลื่นเสียงเคลื่อนที่ผ่านอากาศที่อยู่ในท่อกำทอนซึ่งมีปริมาตรต่างๆ กัน ณ ตำแหน่งที่เกิดการกำทอนเราจะได้ยินเสียงดังที่สุด ในขณะที่เกิดการกำทอนของเสียงในท่อกำทอนจะมีการแทรกสอดระหว่างคลื่นเสียงจากแหล่งกำเนิดกับเสียงที่สะท้อนจากท่อกำทอน ทำให้เกิดคลื่นนิ่งขึ้น และระยะทางระหว่างตำแหน่งถัดกันที่ได้ยินเสียงดังสองครั้งจะเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นเสียง
ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ของเสียง คืออะไร
ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ของเสียง คือ ปรากฏการณ์ที่เกิดจากการรับคลื่นของผู้ฟังหรือผู้สังเกต อันเนื่องมาจากการเคลื่อนที่สัมพัทธ์กันของแหล่งกำเนิดคลื่นหรือการเคลื่อนที่ของผู้ฟัง “ความเร็วสัมพัทธ์ระหว่างผู้ฟังกับแหล่งกำเนิดไม่เท่ากับศูนย์”
ตัวอย่างข้อสอบเรื่อง คลื่นเสียง
1. ตัวกลางที่คลื่นเสียงผ่าน 3 ชนิด คือ น้ำทะเล เหล็ก และอากาศ ณ อุณหภูมิเดียวกัน ข้อใดเรียงลำดับความสามารถในการถ่ายทอดคลื่นเสียงจากดีที่สุดไปหาน้อยที่สุด
ก. น้ำทะเล เหล็ก อากาศ
ข. เหล็ก น้ำทะเล อากาศ
ค. อากาศ น้ำทะเล เหล็ก
ง. ทุกข้อถ่ายทอดได้ดีเท่ากัน เนื่องจากอุณหภูมิเท่ากัน
2. อัตราเร็วเสียงในอากาศที่มีอุณหภูมิ 27 องศาเซลเซียส มีค่าเป็น 350 เมตร/วินาที อัตราเร็วเสียงในอากาศที่มีอุณหภูมิ 927 องศาเซลเซียสจะมีค่าเท่าใด
ก. 900 เมตร/วินาที
ข. 700 เมตร/วินาที
ค. 1,250 เมตร/วินาที
ง. 1,050 เมตร/วินาที
3. ข้อใดถูกต้องเกี่ยวกับอัตราเร็วเสียงในอากาศ
ก. เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิอากาศที่เพิ่มขึ้น
ข. เพิ่มขึ้นตามแอมปลิจุดของคลื่นเสียง
ค. ลดลง เมื่ออุณหภูมิอากาศเพิ่มขึ้น
ง. มีค่าคงที่เสมอ
4.ความดังและระดับเสียงขึ้นกับปัจจัยในข้อใด
ก. ความถี่และความยาวคลื่น ตามลำดับ
ข. อัมปลิจูดและความถี่ ตามลำดับ
ค. อัตราเร็วและความถี่ ตามลำดับ
ง. ความยาวคลื่นและอัมปลิจุด ตามลำดับ
5. เสียงที่มีความเข้มเสียง 10-8 w/m2 มีระดับความเข้มเสียงเท่าไร
ก. 40 dB
ข. 60 dB
ค. 80 dB
ง. 50 dB
