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

ค้นพบดีเอ็นเอของชนพื้นเมืองอเมริกันที่ไม่เคยถูกพบมาก่อน

จีโนมของมนุษย์โบราณนี้เป็นรูปแบบที่ไม่เคยพบมาก่อน เชื่อกันว่าพวกเขาแยกสายวิวัฒนาการออกมาจากชนพื้นเมืองในอเมริกาเผ่าอื่นๆ เมื่อราว 10,000 ปีก่อน

มารู้จักกับ งาช้าง และ ช้างเริ่มปรับตัวกันกับการล่าเอางาได้แล้ว

เมื่อเร็ว ๆ นี้ ผลการศึกษาพบว่า ช้างเริ่มปรับตัวกับพฤติกรรมการล่า งาช้าง ของมนุษย์ได้แล้ว ก่อนอื่นเลยต้องบอกก่อนว่าความเชื่อที่ว่าช้างทุกตัวต้องมีงานั้นเป็นเรื่องที่ผิด โดยมีแค่เฉพาะสายพันธุ์แอฟริกากับเพศผู้สายพันธุ์เอเชียเท่านั้นที่เกิดมาแล้วมีงา โดยเพศเมียสายพันธุ์เอเชียบางตัวก็มีงาเช่นเดียวกัน แต่เป็นงาที่มีขนาดสั้น ๆ เท่านั้น โดยในบทความนี้ ทางเนชั่ลแนล จีโอกราฟฟิก จะพาไปรู้จักกับงาช้าง พร้อมกับเหตุผลว่า “ทำไมช้างบางสายพันธุ์ถึงเริ่มปรับตัวกับพฤติกรรมการล่า งาช้าง ของมนุษย์ได้แล้ว” งาช้างสามารถแยกได้ว่าช้างตัวไหน เป็นตัวไหน งาช้างเป็นหนึ่งใน 2 อวัยวะของช้างที่สามารถบ่งบอกตัวตนของช้างได้ โดยอีกหนึ่งอวัยวะที่สามารถบอกได้ก็คือ “ใบหู” ของช้างนั่นเอง งาช้างบอกอายุช้างได้ไหม  คำตอบคือ ได้ แต่มีข้อแม้คือ งาช้างต้องไม่เสียหาย หรือแตกหักไปเสียก่อน โดยงาของช้างนั้นสามารถบอกอายุของช้างตัวนั้น ๆ ได้เมื่อเทียบกับช้างตัวอื่น ๆ เป็นเวลาหลายช่วงทศวรรษที่มนุษย์มีการล่าช้างเพื่อเอางา ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ พบว่า ช้างที่เกิดใหม่เริ่มที่จะมีงาที่สั้นและบางลง เพราะสารพันธุกรรม ที่กำหนดการสร้างงาไม่ถูกส่งต่อไปยังรุ่นลูก หรือถูกส่งต่อน้อยลงมากเมื่อเทียบกับแต่ก่อน อีกเหตุผลนึงคือ นักล่างาช้างนั้นเลือกเบี่ยงเป้าหมายไปหาตัวเมียและตัวผู้ที่ยังมีอายุน้อยด้วย ทำให้การสืบพันธุ์เป็นเรื่องที่ยากขึ้นไปอีกสำหรับช้าง อยากเอางาก็เอาไปสิ แต่ไม่ต้องฆ่าช้างได้ไหม  คำตอบก็คือไม่ได้ เพราะว่า งาช้างนั้นก็ถือว่าเป็นอวัยวะที่สำคัญอย่างหนึ่งของช้าง เทียบกับมนุษย์ก็สำคัญพอ […]

ยินดีต้อนรับสู่ฟาร์มศพ

สถานที่แห่งนี้ไม่เหมาะสำหรับคนขวัญอ่อน เพราะไม่ว่าคุณจะมองไปที่ไหนก็ตาม คุณจะเห็นแต่ศพ ศพ และศพเต็มไปหมด และทั้งหมดนี้คือของจริงล้วนๆ ร่างของผู้เสียชีวิตทั้งหมดนี้เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาจากคณะมานุษยวิทยา สาขามานุษยวิทยานิติเวช ของมหาวิทยาลัยเท็กซัส ศพเหล่านี้ถูกทิ้งให้เน่าเปื่อยตามเงื่อนไขและสภาพแวดล้อมต่างๆ เพื่อช่วยให้นักวิจัยศึกษาวิธีการเน่าสลายที่แตกต่างกัน ในการไขปริศนาอาชญากรรม Krystle Lewis นักศึกษาผู้เข้าร่วมการศึกษาครั้งนี้ด้วยกล่าวว่า เธอกำลังศึกษาว่าเสื้อผ้าที่ติดอยู่กับร่างของผู้ตายนั้น จะส่งผลอย่างไรต่อศพ ในขณะที่ Justin Demere นักศึกษาอีกคนศึกษาเกี่ยวกับศพที่ถูกฆาตกรรมซึ่งร่องรอยที่ฆาตกรอำพรางไว้ จะถูกไขให้กระจ่าง ทั้งนี้ร่างของผู้เสียชีวิตทั้งหมด ทางคณะได้รับมาจากการบริจาค เพื่อการศึกษาทดลองโดยเฉพาะ   อ่านเพิ่มเติม : กลไกการเสพติดของสมอง, ทำความรู้จักกับสุริยุปราคาให้มากขึ้น

ศึกชิงนางอันดุเดือดของหมึกกระดอง

ศึกชิงนางอันดุเดือดของหมึกกระดอง พวกมันอาจดูปวกเปียกนุ่มนิ่ม แต่คลิปวิดีโอใหม่เผยให้เห็นว่า หมึกกระดองเป็นนักสู้ผู้ดุร้าย นักวิทยาศาสตร์ถ่ายคลิปวิดีโอการต่อสู้อันดุเดือดเพื่อแย่งชิงคู่ผสมพันธุ์ของหมึกกระดองได้ในทะเลอีเจียน นอกชายฝั่งประเทศตุรกี หมึกกระดองซึ่งเป็นญาติของหมึกสายและหมึกกล้วย เป็นที่รู้จักจากการเปลี่ยนสีผิวได้อย่างรวดเร็ว อันเป็นกลยุทธ์ที่มันใช้ทั้งในการพรางตัวและการสื่อสาร หมึกกระดองเพศผู้ทำให้หมึกเพศเมียพิศวงงงงวยด้วยสีสันต่างๆซึ่งเปลี่ยนแปลงได้ในเวลาเพียงครึ่งวินาที นักวิทยาศาสตร์เฝ้าสังเกตสัตว์ชนิดนี้จับคู่ผสมพันธุ์กันในห้องปฏิบัติการ แต่ไม่เคยเห็นในธรรมชาติมาก่อน เมื่อปี 2011 จัสทีน แอลเลน จากมหาวิทยาลัยบราวน์ และเพื่อนร่วมงาน กำลังถ่ายภาพยนตร์หมึกกระดองเพศเมียตัวเดียวอยู่ตอนที่หมึกเพศผู้ตัวหนึ่งโผล่ออกมาจากไหนก็ไม่รู้ หลังจากพวกมันผสมพันธุ์กัน หมึกเพศผู้คอยอยู่ใกล้ๆ หมึกเพศเมียเพื่อปกป้อง เมื่อหมึกเพศผู้ที่คล้ายคลึงกันอีกตัวหนึ่งเข้ามาใกล้ หมึกเพศผู้ทั้งสองก็แสดงความก้าวร้าวเข้าใส่กันเป็นชุด พวกมันโบกหนวดไปมาและเปล่งแสงวาบเหมือนแถบม้าลายบนลำตัว จากนั้นมันก็เริ่มลงไม้ลงมือ ด้วยการปลุกปล้ำกัน กัดกัน และหมุนอีกฝ่ายเป็นเกลียวท่ามกลางน้ำหมึกที่ปล่อยออกมา ในที่สุดหมึกเพศผู้ตัวแรกก็ขับไล่ผู้รุกรานไปได้ “เรารู้ทันทีว่านี่หาดูได้ยาก และเราโชคดีค่ะ” แอลเลนบอก เรื่อง แมรี เบตส์   อ่านเพิ่มเติม โลมาปากขวดดับอนาถ หมึกติดคอ