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

แรงโน้มถ่วง ของโลก (Gravitational Force)

แรงโน้มถ่วง เป็นหนึ่งในสี่แรงหลักของธรรมชาติ ร่วมกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์อ่อน และแรงนิวเคลียร์เข้ม แรงโน้มถ่วง คือแรงที่กระทำระหว่างมวล แรงซึ่งดึงดูดวัตถุรอบข้างเข้าสู่จุดศูนย์กลางของตัวเอง และในจักรวาลแห่งนี้ ทุกวัตถุมีมวล ส่งผลให้ทุกวัตถุมีแรงดึงดูดหรือแรงโน้มถ่วงของตัวเอง ไม่ว่าจะเป็นดวงดาวขนาดใหญ่ในกาแล็กซีหรือร่างกายของเรา มวลและน้ำหนัก มวล (Mass) คือ ปริมาณเนื้อสสารทั้งหมดที่ประกอบเป็นวัตถุนั้นๆ ซึ่งไม่ว่าวัตถุชิ้นนั้นจะไปอยู่ในสถานที่ใด มวลจะไม่มีวันเปลี่ยนแปลง มวลมีหน่วยเป็นกิโลกรัม (Kg) แตกต่างจากน้ำหนัก (Weight) ซึ่งเป็นผลของแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุนั้นๆ และในทางวิทยาศาสตร์ น้ำหนักมีทิศทางและเป็นปริมาณเวกเตอร์ (Vector) โดยแปรผันตามค่าแรงโน้มถ่วงและมวลของวัตถุ โดยมีหน่วยเป็นนิวตัน (Newton) แตกต่างจากภาษาพูดทั่วไปของเราที่เรียกน้ำหนักเป็นหน่วยกิโลกรัม ในจักรวาล หากทำการชั่งน้ำหนักตัวบนดวงจันทร์ ย่อมได้ผลที่แตกต่างจากน้ำหนักที่ชั่งบนโลก เพราะแรงโน้มถ่วงบนดาวแต่ละดวงมีค่าไม่เท่ากัน และถ้าเรา มีน้ำหนักราว 100 ปอนด์ (45 กิโลกรัม) บนโลก บนดวงจันทร์เราจะมีน้ำหนักเพียง 17 ปอนด์ (8 กิโลกรัม) นอกจากนี้ บนดาวพุธและดาวอังคารเราจะหนักราว 38 ปอนด์ (17 กิโลกรัม), หนัก 91 […]

เซลล์พืช และส่วนประกอบภายในเซลล์

โครงสร้างเซลล์พืช มีรูปร่างคงที่ มีความแข็งแรง และมีออร์แกเนลล์พิเศษที่สำคัญต่อกระบวนการสังเคราะห์แสง สำหรับพืชก็ประกอบขึ้นด้วยเซลล์เช่นกัน แต่ส่วนประกอบภายใน เซลล์พืช จะแตกต่างออกไปจากเซลล์สัตว์ ทำให้เซลล์พืชและเซลล์สัตว์มีลักษณะและสมบัติบางอย่างที่แตกต่างกัน โดย โครงสร้างเซลล์พืช ประกอบไปด้วย 1. ผนังเซลล์ (Cell wall) เป็นส่วนที่อยู่ชั้นนอกสุดของเซลล์ จะพบใน เซลล์พืช แต่ไม่พบในเซลล์สัตว์ เป็นโครงสร้างที่กำหนดขอบเขต และรูปร่างของสิ่งมีชีวิต มีหน้าที่เพิ่มความแข็งแรง ค้ำจุนโครงสร้างของเซลล์ ทำให้เซลล์คงรูป และป้องกันการสูญเสียน้ำของเซลล์พืช ในผนังเซลล์ประกอบด้วยเซลลูโลส (Cellulose) และเพกติน (Pectin) 2. เยื่อหุ้มเซลล์ (Cell membrane) ประกอบด้วยฟอสโฟลิพิด (Phospholipid bilayer) และโปรตีนเป็นส่วนมาก ทำหน้าที่ห่อหุ้มส่วนที่เป็นของเหลวและออร์แกเนลล์ภายใน ทั้งยังเป็นเยื่อเลือกผ่าน ควบคุมการเข้าออกของสารต่าง ๆ จากสิ่งแวดล้อมเข้าสู่เซลล์ 3. นิวเคลียส (Nucleus) มีลักษณะค่อนข้างกลม ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของเซลล์ และการถ่ายทอดพันธุกรรมจากพ่อแม่ไปสู่ลูกหลาน 4. ไซโทพลาซึม (Cytoplasm) เป็นของเหลวที่อยู่ภายในเซลล์ ประกอบด้วยออร์แกเนลล์ และสารประกอบต่าง ๆ […]

โอกาสการแพร่ระบาดใหญ่ระลอกสองของ COVID-19

อิสตันบูล ตุรกี พนักงานทำความสะอาดฉีดพ่นยาฆ่าเชื้อ COVID-19 ตามท้องถนนในเขต Beyoglu ซึ่งวันนี้ กลายเป็นเขตที่ไร้นักท่องเที่ยว ภาพถ่ายโดย EMIN OZMEN, MAGNUM PHOTOS เพราะยังมีอีกหลายสิ่งที่เรายังไม่รู้จาก COVID-19 ดังนั้น การเฝ้าระมัดระวังจึงเป็นสิ่งจำเป็น รัฐบาลในหลายประเทศที่เริ่มมีการคลายมาตรการปิดเมือง (Lockdown) กำลังพบเจอกับความท้าทายที่ว่า “จะสามารถป้องกันการแพร่ระบาดของไวรัสอีกครั้งได้อย่างไร” โดยองค์การอนามัยโลกกล่าวว่า เพราะยังมีสิ่งที่โลกไม่รู้เกี่ยวกับโควิด-19 อีกมาก การเฝ้าระวัง และวิธีการจัดการกับไวรัสอย่างชาญฉลาดคือสิ่งที่ต้องทำในช่วงเวลาที่กำลังจะมาถึง “การปิดเมืองที่ผ่านมาช่วยระงับการแพร่กระจายของไวรัสโดยการป้องกันไม่ให้ไวรัสสามารถหาเหยื่อรายใหม่ได้” ไมเคิล เจ. ไรอัน ประธานบริหารของโครงการสุขภาพฉุกเฉินขององค์การอนามัยโลก กล่าวและเสริมว่า “เพื่อที่จะทำเช่นนั้น เราต้องกดดันไม่ให้ไวรัสมีความสามารถในการดำรงชีวิตอยู่ต่อไปได้” เขากล่าวเพิ่มเติมว่า “ผมคิดว่าเป็นเรื่องสมเหตุสมผลถ้ามีการยกเลิกมาตรการนี้เร็วเกินไป ไวรัสก็อาจจะกลับมาระบาดอีกได้” การระบาดระลอกสอง (Second Wave) คืออะไร โรคระบาดต่างๆ นั้นเกิดจากเชื้อก่อโรค (Pathogens) ชนิดใหม่ๆ ที่ประชากรมนุษย์ส่วนใหญ่ยังไม่มีภูมิคุ้มกัน ซึ่งสิ่งนี้ก่อให้เกิดการระบาดของไวรัสไปทั่วโลก สิ่งที่มักจะเกิดขึ้นคือไวรัสจะแพร่กระจายไปทั่วโลกก่อนที่จะลดการแพร่กระจายลง ก่อนที่ในอีกไม่กี่เดือนต่อมาจะกลับมาแพร่บาดทั่วโลกอีกครั้ง การระบาดระลอกแรกที่บรรเทาลงอาจจะมีปัจจัยจากการเปลี่ยนฤดูกาล การแพร่ระบาดของไวรัสที่ย้ายจากภูมิภาคหนึ่งสู่อีกภูมิภาคหนึ่งของโลก หรือแม้กระทั่งปัจจัยการเกิดภูมิคุ้มกันหมู่ (herd immunity) ที่เกิดจากคนส่วนใหญ่ในสังคมได้การรับเชื้อไวรัสและสามารถรักษาจนหาย […]