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

13 สิ่งที่ทำให้กำเนิดชีวิตขึ้นบนโลก

13 สิ่งที่ทำให้กำเนิดชีวิตขึ้นบนโลก โลกเป็นดาวเคราะห์ซึ่งมีความพร้อมและอยู่ในที่อันเหมาะสมในระบบสุริยะและดาราจักรสำหรับรองรับชีวิตชนิดที่เรารู้จัก โลกของเราเป็นผลผลิตของการก่อสร้างระดับจักรวาลยาวนานราว 4,600 ล้านปี และเต็มไปด้วยชีวิตเพราะสภาพหลายอย่างเป็นใจ จากองค์ประกอบทางเคมีในแก่นโลกที่เหมาะสมที่สุดไปจนถึงระยะที่ปลอดภัยจากหลุมดำซึ่งซ่อนอยู่ ณ ใจกลางดาราจักรของเรา จุดเริ่มต้นจากหินประหลาดก้อนหนึ่ง 1.ดาวเคราะห์ของเรานำคาร์บอนหมุนเวียนกลับมาใหม่ตลอดเวลา คาร์บอนไดออกไซด์เป็นหนึ่งในบรรดาแก๊สเรือนกระจกที่กักความร้อนและรักษาพื้นผิวโลกให้อบอุ่นพอต่อการเอื้อแก่ชีวิต ต่างจากพื้นผิวที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงของดาวศุกร์และดาวอังคารที่เพียงแค่เก็บคาร์บอนไว้ในอากาศและหิน แต่สำหรับโลกเป็นเวลาหลายล้านปีมาแล้วที่โลกหมุนเวียนธาตุสำคัญธาตุนี้อย่างมีพลวัตสู่อากาศ พื้นดินและทะเล ด้วยความเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นตลอดเวลาจากการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก 2.เรามีชั้นโอโซนคอยกั้นรังสีมรณะ สิ่งมีชีวิตดึกดำบรรพ์คล้ายพืชในมหาสมุทรช่วยเติมออกซิเจนในบรรยากาศ และสร้างชั้นโอโซนในระดับสูงที่ปกป้องชนิดพันธุ์สัตว์บกรุ่นแรกๆ จากรังสีมรณะ 3.เรามีดวงจันทร์ขนาดใหญ่ช่วยบังคับแกนโลกให้ไม่ส่ายมาก แกนโลกมีความเอียงเมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์ และหมุนด้วยอาการส่ายไปส่ายมาเล็กน้อย ซึ่งทำให้ภูมิอากาศเปลี่ยนจากร้อนเป็นเย็นเยือกทุก 41,000 ปี และอาจแปรปรวนมากขึ้น ถ้าไม่มีดวงจันทร์คอยกำกับให้เสถียรได้ขนาดนี้ 4.พื้นผิวหลากหลายของโลกรองรับรูปแบบชีวิตได้มากมาย ผลกระทบรุนแรงจากการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกก่อเกิดถิ่นอาศัยบนพื้นผิว และลักษณะภูมิประเทศที่แตกต่างกันมากมาย ซึ่งกระตุ้นให้ต้องปรับตัว ชีวิตจึงเกิดความหลากหลายและรอดพ้นจากการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่หลายครั้ง 5.สนามแม่เหล็กของเราหักเหพายุสุริยะ แสงเหนือใต้อันเรืองรองด้วยอนุภาคมีประจุจากดวงอาทิตย์ คือภาพมหัศจรรย์ที่เตือนว่าเรามีสนามแม่เหล็กซึ่งสามารถหักเหรังสีอันตรายและการปะทุจากดวงอาทิตย์ได้เกือบทั้งหมด ไม่ร้อนเกินไปหรือเย็นเกินไป ไม่ใช่ว่าดาวเคราะห์ทุกดวงจะเอื้อต่อชีวิตชนิดที่เรารู้จัก แม้ระบบสุริยะจะมีดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นถึงแปดดวง แต่โลกเป็นเพียงดวงเดียวที่เรารู้ว่าชีวิตเกิดขึ้นและรุ่งเรืองได้ การมีส่วนผสมถูกต้องมารวมกันในบริเวณถูกต้องรอบดาวที่สงบและอบอุ่นดูเหมือนเป็นเรื่องสำคัญในการสร้างพิภพที่เอื้อต่อการดำรงอยู่ของชีวิต 6.เราอยู่ในระยะห่างที่ถูกต้องจากดวงอาทิตย์พอดี โลกโคจรอยู่ในเขตที่เอื้อต่อชีวิต คือไม่ใกล้เกินไปและไม่ไกลเกินไปจากดวงอาทิตย์ น้ำจึงยังคงสถานะของเหลวอยู่บนพื้นผิวได้ เปรียบเทียบกับดาวพุธ ดาวเคราะห์ดวงนี้เล็กเกินกว่าจะมีชั้นบรรยากาศไว้ปกป้อง และใกล้ดวงอาทิตย์เกินกว่าน้ำในสถานะของเหลวจะคงอยู่บนพื้นผิว 7.เราอยู่ในระยะปลอดภัยจากดาวเคราะห์แก๊สยักษ์ ถ้าวงโคจรของดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ที่สุดของระบบสุริยะอยู่ใกล้กว่านี้ แรงดึงดูดจากความโน้มถ่วงมหาศาลของดาวเหล่านั้นอาจทำให้ระยะห่างจากโลกถึงดวงอาทิตย์เกิดความผันผวนจนถึงขั้นหายนะ 8.ดวงอาทิตย์เป็นดาวเสถียรอายุยืน ดาวที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์เผาไหม้ได้ร้อนกว่า และมักอยู่ไม่นานพอให้ดาวเคราะห์พัฒนาชีวิตขึ้นทัน […]

ชินรินโยคุ การอาบป่าบำบัดแบบญี่ปุ่น

การใช้ชีวิตอยู่ในสังคมเมืองอันห่างไกลธรรมชาติอาจบั่นทอนมนุษย์ได้ทั้งทางร่างกายและจิตใจ สำหรับชาวญี่ปุ่นมีวิธีการรักษาแบบใช้ธรรมชาติบำบัดที่เรียกว่า “การอาบป่า” หรือ ชินรินโยคุ ซึ่งได้รับการรับรองว่าได้ผล แม้ใช้เวลาเพียงไม่นาน มนุษย์ล้วนกำเนิดมาจากธรรมชาติ จึงเป็นเรื่องธรรมดาที่เราจะรู้สึกดีทุกครั้งเมื่อได้ไปท่องเที่ยวเพื่อสัมผัสธรรมชาติ การได้ฟังเสียงธรรมชาติ ได้สูดกลิ่นป่า หายใจเอาอุ่นไอของอากาศบริสุทธิ์จากต้นไม้ที่ล้อมรอบนั้นล้วนส่งผลดีต่อร่างกายและจิตใจ ราวกับว่าร่างกายได้ฟื้นคืนพลังขึ้นมาใหม่ ซึ่งชาวญี่ปุ่นรับรู้ถึงข้อดีของการอยู่ท่ามกลางธรรมชาติมานานจนเกิดเป็นวิถีการบำบัดที่เรียกว่าชินรินโยคุ คำว่าชินรินโยคุ (Shinrin-yoku / 森林浴) แยกออกเป็นคำว่า Shinrin (森林) แปลว่า ป่า และ yoku (浴) แปลว่า อาบ จึงแปลรวมกันว่า การอาบป่า หรือการรับรู้บรรยากาศป่าผ่านประสาทสัมผัสของเรา การอาบป่าในญี่ปุ่นมีประวัติการนำเสนอโดยผู้ที่เกี่ยวข้องกับหน่วยงานป่าไม้ในจังหวัดนางาโนะตั้งแต่ทศวรรษ 1980 อันเป็นยุครุ่งเรืองสุดขีดของเศรษฐกิจญี่ปุ่น รัฐบาลในตอนนั้นเริ่มเห็นผลเสียของการที่ประชาชนอยู่ในเมืองท่ามกลางเทคโนโลยีที่กำลังรุดหน้า ไม่ว่าจะเป็นภาวะซึมเศร้า อาการเสียสมาธิ รวมไปถึงอาการเจ็บปวดต่างๆในร่างกาย เมื่อเวลาผ่านไป อาการเหล่านี้ยิ่งแย่ลงเรื่อยๆ ซึ่งล้วนเกิดจากการที่ประชาชนอยู่ในเมืองที่มีการจราจรติดขัด ผู้คนหนาแน่น ชีวิตในออฟฟิศที่ใช้เวลายาวนาน พื้นที่สีเขียวในเมืองถูกลดทอน จึงมีการส่งเสริมให้ผู้คนไป “อาบป่า” ให้มากขึ้น ต่อมาได้มีการนำแนวคิดชินรินโยคุไปศึกษาผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และมีการวิจัยอย่างต่อเนื่อง จนได้รับการยอมรับให้เป็นวิธีการรักษาเชิงป้องกัน (preventative healthcare) ที่ใช้ในประเทศญี่ปุ่น ผลการศึกษาระบุว่า การอาบป่าส่งผลให้อารมณ์ คุณภาพในการนอนหลับ […]

ยีราฟ: สัตว์แปลกประหลาดแห่งทวีปแอฟริกา

ยีราฟ: สัตว์แปลกประหลาดแห่งทวีปแอฟริกา ยีราฟเป็นหนึ่งในสัตว์ที่มีความโดดเด่นของทวีปแอฟริกา ด้วยความสูงและคอที่ยาวมากของมัน ยีราฟถือได้ว่าเป็นสัตว์บกที่สูงที่สุด พวกมันจึงสามารถกินใบไม้หรือยอดไม้ที่อยู่บนต้นไม้สูงได้ในขณะที่สัตว์ประเภทอื่นเอื้อมไปกินไม่ถึง นอกจากนี้ ยีราฟยังสามารถมองศัตรูหรือภัยอันตรายที่กำลังจะเข้าไปหามันได้ ยีราฟมีผนังหัวใจที่แข็งแรงมาก เพราะว่า หัวใจและสมองของยีราฟอยู่ห่างกันมากระหว่างช่วงคอที่ยาวมากของมันจึงทำให้ยีราฟต้องสูบฉีดเลือดมากกว่าสัตว์ชนิดอื่นๆมากกว่าถึง 2 เท่า หัวใจที่แข็งแรงของยีราฟช่วยบีบตัวส่งเลือดขึ้นไปหล่อเลี้ยงถึงสมองของมันได้ รวมถึงยีราฟตัวผู้ใช้คอของมันในการต่อสู้แย่งตัวเมียกันและแบ่งชนชั้นกันในฝูงของมัน นอกจากนี้ยีราฟมีความสามารถยืนหลับได้ โดยนอนเพียง 5 นาทีถึง 30 นาทีต่อวัน หรืออาจจะงีบหลับเป็นช่วงๆ ช่วงละ 2 นาที ซึ่งเวลาที่เหลือในแต่ละวันประมาณ 16 ถึง 20 ชั่วโมงพวกยีราฟจะออกไปหาใบไม้กิน ปัจจุบันจำนวนประชากรยีราฟในแอฟริกาลดลงไปมาจากแต่ก่อน เนื่องจากมีการล่ายีราฟเพื่อเอาขนและเนื้อของมัน เเม้กระทั้งหางก็ยังเป็นที่ต้องการของมนุษย์    อ่านเพิ่มเติมต่อที่ นกทำความสะอาดรักแร้ให้ยีราฟ

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง : หน้าที่หลักของผู้ผลิต

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นกระบวนการที่พืชเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานคมีในรูปของอาหาร ถือเป็นหน้าหลักของผู้ผลิตในระบบนิเวศ พืชเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีบทบาทสำคัญต่อทุกระบบนิเวศบนโลก คือเป็นจุดเริ่มต้นที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานเคมีในรูปอาหาร โดยการนำเอาน้ำและแก๊สคาร์บอนไดออกไซต์มาทำปฏิกิริยาเคมีกัน และมีแสงเป็นพลังงานกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยา ผลผลิตที่ได้คือ “น้ำตาลกลูโคส” ซึ่งน้ำตาลส่วนหนึ่งจะนำไปสังเคราะห์เป็นสารอื่นเก็บสะสมไว้ และยังได้ไอน้ำ และแก๊สออกซิเจน ซึ่งจะปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม กระบวนการนี้เรียกว่าการสร้างอาหารของพืช หรือ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง โครงสร้างของใบพืช กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นที่ใบในภาพ คือ ใบพืชตัดตามขวางจากด้านบน (ด้านที่รับแสง) มายังด้านล่าง ซึ่งประกอบด้วยเซลล์ที่มีรูปร่างและหน้าที่แตกต่าง ดังนี้ หลังใบ (Upper Epidermis) มักจะมีสารคิวติเคิล (Cuticle) เคลือบไว้ชะลอการสูญเสียน้ำออกจากใบ เนื่องจากความร้อนของแสงแดด พาลิเสดมีโซฟิลล์ (Palisade mesophyll) เป็นเซลล์รูปกระสวยที่บรรจุคลอโรฟิลล์ไว้เป็นจำนวนมาก วางตัวอยู่ถัดจากหลังใบลงมา เป็นส่วนที่มีกิจกรรมการสังเคราะห์ด้วยแสงมากที่สุด สปอนจีมีโซฟิลล์ (Spongy mesophyll) เป็นกลุ่มเซลล์ที่อยู่ติดถัดลงมาจากพาลิเสดมีโซฟิลล์ แต่มีปริมาณความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์น้อยกว่า เซลล์เรียงตัวกันอย่างหลวมๆ คล้ายฟองน้ำ พื้นที่ว่างระว่างเซลล์บรรจุของเหลว และอากาศ เอาไว้ กลุ่มท่อลำเลียง (Vascular bundle) ประกอบด้วยท่อลำเลียงน้ำ (Xylem) และท่อลำเลียงอาหาร (Phloem) ทำหน้าที่ลำเลียงอาหารและน้ำจากรากมาสู่ใบ รวมถึงลำเลียงสารอาหารที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสงทีใบ […]