คลื่นเสียง เกิดจากอะไร และทำไมเราได้ยินเสียง ทำไมสัตว์บางชนิดได้ยินเสียงที่เราไม่ได้ยิน

คลื่นเสียง (Sound wave) และการได้ยินเสียง

คลื่นเสียง (Sound wave) คือ คลื่นกล (Mechanical wave) ตามยาวที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของวัตถุ หรือ “แหล่งกำเนิดเสียง” ซึ่งต้องอาศัยตัวกลาง (Medium) ในการเคลื่อนที่

คลื่นเสียง สามารถเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางได้ทุกสถานะ ไม่ว่าจะเป็นวัตถุของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ คลื่นเสียงนั้น มีคุณสมบัติเช่นเดียวกับคลื่นอื่นๆ เช่น แอมพลิจูด (Amplitude) ความเร็ว (Velocity) หรือ ความถี่ (Frequency)

เสียง (Sound) คือ การถ่ายทอดพลังงานจากการสั่นสะเทือนของแหล่งกำเนิดเสียงผ่านโมเลกุลของตัวกลางไปยังผู้รับ โดยที่หูของเรานั้น สามารถรับรู้ถึงการสั่นสะเทือนของโมเลกุลเหล่านี้ได้ และได้ทำการแปลผลลัพธ์ออกมาในรูปของเสียงต่างๆ

การเคลื่อนที่ของคลื่นเสียง

เมื่อวัตถุเกิดการเคลื่อนที่หรือถูกกระทำด้วยแรงจากภายนอก ก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนของโมเลกุลภายในวัตถุนั้น ซึ่งส่งผลไปยังอนุภาคของอากาศหรือตัวกลางที่อยู่บริเวณโดยรอบ  ก่อให้เกิดการรบกวนหรือการถ่ายโอนพลังงาน ผ่านการสั่นและการกระทบกันเป็นวงกว้างทำให้อนุภาคของอากาศเกิด “การบีบอัด” (Compression) เมื่อเคลื่อนที่กระทบกัน และ “การยืดขยาย” (Rarefaction) เมื่อเคลื่อนที่กลับตำแหน่งเดิม ดังนั้น คลื่นเสียง จึงเรียกว่า “คลื่นความดัน” (Pressure wave) เพราะอาศัยการผลักดันกันของโมเลกุลในตัวกลางในการเคลื่อนที่

ตัวกลาง (Medium) จึงกลายเป็นปัจจัยสำคัญต่อการได้ยินเสียง เพราะคลื่นเสียงเคลื่อนที่โดยอาศัยตัวกลางในการถ่ายทอดพลังงานเท่านั้น ส่งผลให้ในภาวะสุญญากาศ ซึ่งเป็นพื้นที่ว่างที่ไม่มีอนุภาคตัวกลางใดๆ คลื่นเสียงจึงไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านไปได้

คลื่นเสียง, เดซิเบล,
ภาพเปรียบเทียบของคลื่นเสียงระดับต่าง

นอกจากนี้ สถานะและอุณหภูมิของตัวกลางยังเป็นตัวแปรสำคัญในการกำหนดความเร็วในการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียงอีกด้วย ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว เสียงเคลื่อนที่ผ่านวัตถุของแข็งได้ดีกว่าของเหลวและก๊าซ

ตารางการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียงผ่านตัวกลางทั้ง 3 สถานะ

ตัวกลาง

อุณหภูมิ (องศาเซลเซียส)

ความเร็ว (เมตรต่อวินาที)

ก๊าซ (Gases)

อากาศ

0

331

อากาศ

20

343

ฮีเลียม

0

965

ไฮโดรเจน

20

1,286

ของเหลว (Liquids)

ปรอท

25

1,450

น้ำ

25

1,493

น้ำทะเล

25

1,533

ของแข็ง (Solids)

ยาง

60

ทองคำ

3,240

แก้ว

5,640

เหล็ก

5,960

เพชร

12,000

อ้างอิง schoolnet.org.za, Soundproofpanda.com

สมบัติของเสียง

การสะท้อน (Reflection) คือ การเคลื่อนที่ของเสียงไปกระทบสิ่งกีดขวาง ส่งผลให้เกิดการสะท้อนกลับของเสียงที่เรียกว่า “เสียงสะท้อน” (Echo) ซึ่งโดยปกติแล้ว เสียงที่ผ่านไปยังสมองจะติดประสาทหูราว 0.1 วินาที ดังนั้นเสียงที่สะท้อนกลับมาช้ากว่า 0.1 วินาที ทำให้หูของเราสามารถแยกเสียงจริงและเสียงสะท้อนออกจากกันได้ นอกจากนี้ หากมุมที่รับเสียงสะท้อนเท่ากับมุมตกกระทบของเสียงจะส่งผลให้เสียงสะท้อนมีระดับความดังสูงที่สุดอีกด้วย

การหักเห (Refraction) คือ การเคลื่อนที่ของเสียงผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน หรือการเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่มีอุณหภูมิต่างกัน ส่งผลให้อัตราเร็วและทิศทางการเคลื่อนที่ของเสียงเปลี่ยนไป

การเลี้ยวเบน (Diffraction) คือ การเดินทางอ้อมสิ่งกีดขวางหรือเลี้ยวเบนผ่านช่องว่างต่างๆของเสียง โดยคลื่นเสียงที่มีความถี่และความยาวคลื่นมาก สามารถเดินทางอ้อมสิ่งกีดขวางได้ดีกว่าคลื่นสั้นที่มีความถี่ต่ำ

การแทรกสอด (Interference) เกิดจากการปะทะกันของคลื่นเสียงจากหลายแหล่งกำเนิด ซึ่งอาจทำให้เกิดเสียงที่ดังขึ้นหรือเบาลงกว่าเดิม หากคลื่นเสียงที่มีความถี่ต่างกันเล็กน้อย (ไม่เกิน 7 เฮิรตซ์) เมื่อเกิดการแทรกสอดกันจะทำให้เกิดเสียงบีตส์ (Beats)

อ่านต่อหน้า 2 เรื่องการได้ยินเสียง

เรื่องแนะนำ

ยลโฉมฟอสซิลลูกงูที่พบในอำพัน

ยลโฉมฟอสซิลลูกงูที่พบในอำพัน เหมืองบริเวณหุบเขาโอคานากัน ในรัฐคะฉิ่น ทางตอนเหนือของเมียนมา นอกจากจะเป็นแหล่งผลิตแร่สำคัญแล้ว ช่วงหลายปีมานี้สถานที่ดังกล่าวยังมีความสำคัญในฐานะแหล่งข้อมูลใหม่ทางบรรพชีวินวิทยาอีกด้วย มีฟอสซิลสัตว์โบราณมากมายที่ถูกค้นพบและเก็บรักษาไว้อย่างดีในก้อนอำพัน ไม่ว่าจะเป็นหมัด, แมลง, กบ ไปจนถึงหางไดโนเสาร์ และฟอสซิลของลูกงูโบราณตัวนี้คือหนึ่งในฟอสซิลชิ้นล่าสุด นับเป็นครั้งแรกที่มีการค้นพบฟอสซิลลูกงูในก้อนอำพัน จากการตรวจสอบลูกงูตัวนี้มีชีวิตอยู่เมื่อ 99 ล้านปีก่อน มันมีความยาวเพียงแค่ 2 นิ้วเท่านั้น มีกระดูกสันหลังรวม 97 ข้อ นักบรรพชีวินวิทยาสันนิษฐานว่ามันเป็นลูกงูที่เพิ่งฟักไม่นาน และในบริเวณไม่ไกลกันนัก ทีมนักวิทยาศาสตร์ยังพบเกล็ดและผิวหนังของงูที่ถูกฝังอยู่ในอำพัน ซึ่งเชื่อกันว่าน่าจะเป็นของงูสายพันธุ์นี้ที่โตเต็มวัยแล้ว ต้องรอดูกันต่อไปว่าจะมีการค้นพบอะไรใหม่ๆ จากเหมืองมหัศจรรย์นี้อีก…   อ่านเพิ่มเติม ฟอสซิลทวดกบโบราณในอำพัน

เจมส์เวบบ์ ตรวจจับคาร์บอนไดออกไซด์บนดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้เป็นครั้งแรก

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ตรวจจับคาร์บอนไดออกไซด์บนดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้เป็นครั้งแรก ไม่มีกล้องโทรทรรศน์ใด ๆ แม้กระทั่งกับฮับเบิลที่เคยตรวจพบก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะมาก่อน นี่ถือเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่นักดาราศาสตร์สามารถสังเกตและศึกษาดาวเคราะห์ในห้วงอวกาศได้อย่างละเอียดและลึกซึ้ง ซึ่งจะช่วยเพิ่มพูนความรู้ความเข้าใจในการก่อตัวของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะให้มากยิ่งขึ้น ดาวเคราะห์ที่ตรวจพบในครั้งนี้มีชื่อว่า “WASP-39b” เป็นดาวเคราะห์ก๊าซขนาดยักษ์ซึ่งมีมวลใกล้เคียงกับดาวเสาร์ แต่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าดาวพฤหัสบดีราว 1.3 เท่า และอยู่ห่างจากโลกประมาณ 700 ปีแสง มันมีวงโคจรที่ใกล้กับดาวฤกษ์ของมันมาก ซึ่งนาซาระบุว่าใช้เวลาในการโคจรเพียง 4 วันโลกเพื่อครบหนึ่งรอบ ส่งผลให้มันมีอุณหภูมิที่สูงมากประมาณ 900 องศาเซลเซียส ก่อนหน้านี้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลและสปิตเซอร์เคยตรวจสอบดาวเคราะห์ดวงนี้ ซึ่งได้เผยให้เห็นว่ามันมีไอน้ำ โซเดียม และโพแทสเซียมอยู่ในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ กระนั้นก็ยังไม่มีการยืนยันถึงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อย่างเป็นทางการ แต่ด้วยกล้องอินฟาเรดระยะใกล้ (NIRSpec)เทคโนโลยีใหม่ของเจมส์เวบบ์ นักวิทยาศาสตร์จึงมองเห็นก๊าซเรือนกระจกนี้ได้อย่างชัดเจนในทันที “ทันทีที่ข้อมูลปรากฏบนหน้าจอ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมากก็โผล่ออกมา” ซาฟาร รัสตามคุลอฟ (Zafar Rastamkulov) นักวิจัยระดับบัณฑิตศึกษาจากมหาวิทยาลัยจอห์นฮอปกินส์และหนึ่งในทีมที่ดูแลเจมส์เวบบ์ในการตรวจสอบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะกล่าว “มันเป็นช่วงเวลาที่พิเศษที่เราก้าวข้ามขีดจำกัดที่สำคัญในด้านวิทยาศาสตร์ของดาวเคราะห์นอกระบบ” ขณะที่ศาสตราจารย์นาตาลี บาตาลฮา (Natalie Batalha) จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียอธิบายเสริมว่า “การสังเกตการณ์ดาวเคราะห์ดวงนี้ด้วยฮับเบิลและสปิตเซอร์ครั้งก่อนได้ให้คำใบ้ที่น่าสนใจว่าอาจมีคาร์บอนไดออกไซด์ แต่ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์เจมส์เวบบ์นั้น แสดงให้เห็นลักษณะเฉพาะของคาร์บอนไดออกไซด์ที่ชัดเจนโดดเด่น” นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบของเจมส์เวบบ์ ไม่มีใครรู้ว่ายังมีอะไรอยู่ข้างนอกนั้นรอให้เราค้นพบ แต่การตรวจพบนี้เป็นสัญญาณที่ดีที่จะช่วยให้ชุมชนวิทยาศาสตร์ได้ร่วมกันศึกษาและพัฒนาความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับดาวเคราะห์อื่น ๆ ที่เกิดขึ้นและก่อตัวในจักรวาลที่ยิ่งใหญ่นี้ “ในขณะที่เราค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบหลายพันดวงในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา เราตระหนักดีว่าดาวเคราะห์อื่น ๆ […]

โรคระบาด จะจบลงได้อย่างไร

คำตอบที่ว่า โรคระบาด จะจบลงได้อย่างไร ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ซึ่งอาจเป็นภาวะที่สำคัญในธรรมชาติของวิกฤตบนโลก หลังจากผ่านช่วงเวลาหลายเดือนที่สถานการณ์เริ่มดีขึ้น แต่ช่วงเดือนกรกฎาคมที่ผ่านมา จำนวนผู้ติดเชื้อโควิด-19 ที่เพิ่มมากขึ้นทำให้แสงแห่งความหวังปลายอุโมงค์ที่จะได้เห็นการสิ้นสุดของ โรคระบาด นี้กลับมาริบหรี่อีกครั้ง ในช่วงเดือนพฤษภาคม จำนวนผู้ติดเชื้อทั้งในสหรัฐฯ บางส่วนในยุโรป และตะวันออกกลางลดลงเรื่องจากอัตราการฉีดวัคซีนเพิ่มขึ้น ทำให้มีการออกมาตรการผ่อนคลายการเว้นระห่างทางสังคม การเดินทาง และธุรกิจต่างๆ เริ่มกลับมาเปิดทำการอีกครั้ง ทว่าเรื่องน่ายินดีดังกลับเป็นช่วงเวลาแสนสั้น ในช่วงเดือนกรกฎาคม อย่างน้อยในสหรัฐฯ อัตราการฉีดวัคซีนเริ่มหยุดนิ่ง จำนวนผู้ติดเชื้อเพิ่มมากขึ้นทั่วประเทศ ทำให้มีคำแนะนำการใส่หน้ากากและเรียกร้องให้ประชาชนออกไปฉีดวัคซีนเพิ่มมากขึ้น องค์การอนามัยโลกได้ประกาศให้โรคติดเชื้อโควิด-19 เป็นโรคระบาดระดับโลกในวันที่ 11 มีนาคม 2020 หลังจากผ่านช่วงเวลา 17 เดือนแห่งความวุ่นวาย ทำให้ผู้คนจำนวนมากเกิดความสงสัยว่า “เมื่อไหร่ที่ โรคระบาด นี้จะสิ้นสุดลง” “แม้แต่ในชุมชนวิทยาศาสตร์เองก็มีคำตอบที่แตกต่างกันออกไป” Rachael Piltch-Loeb นักวิจัยแห่งคณะแพทยศาสตร์ ที.เอช. ชาน มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด กล่าวและเสริมว่า “มันไม่มีคำนิยามหนึ่งเดียวว่าการสิ้นสุดของ โรคระบาด คืออะไรค่ะ” “จนกว่าที่ไวรัสนี้สามารถถูกควบคุมหรือจำกัดการระบาดได้ในระดับโลก มันก็ไม่ได้หายไปไหน” Piltch-Loeb กล่าว นั่นหมายความว่าการประกาศว่าโรคระบาดนี้ ‘สิ้นสุด’ ไปแล้วยังคงเป็นเป้าหมายที่ห่างไกลออกไป […]