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

เหตุใดนักวิทย์จึงเพาะหลอดอาหารมนุษย์ขึ้นในแล็บ?

อวัยวะมนุษย์ในขนาดย่อมเยานี้ช่วยฉายภาพให้เห็นว่าระบบย่อยอาหารมีวิธีการทำงานอย่างไร ตลอดจนช่วยให้แพทย์ลองใช้ยาที่หลากหลายมากขึ้นในการรักษาอาการป่วย

ไก่เองก็สนใจมนุษย์

พฤติกรรมแปลกๆ ในสัตว์ เมื่อดูเหมือนว่าไก่มักนิยมชมชอบคนที่หน้าตาดีมากกว่าคนที่หน้าตาธรรมดา

เกาหลีใต้ ป้องกันการระบาดอย่างไร

เกาหลีใต้ ต่อสู้กับการระบาดของเชื้อโควิด-19 ด้วยการตรวจหาผู้ติดเชื้อให้ได้มากที่สุด พวกเขาจะรักษาความสำเร็จนี้ไว้ได้หรือไม่ ณ กรุงโซล เกาหลีใต้ หากมองจากภายนอก ศูนย์ตรวจโควิด-19 ที่โรงพยาบาลเอชพลัสยางจีอาจดูไม่เหมือนห้องตรวจสักเท่าไหร่ อาคารปฏิบัติการชั่วคราวที่หน้าตาคล้ายกับบ้านสำเร็จรูปแห่งนี้ตั้งอยู่ในลานจอดรถใกล้กับทางลาดลำเลียงพัสดุ ฉากด้านหนึ่งของมันเป็นกระดานไม้ ส่วนกำแพงถูกคลุมด้วยป้ายสีแดงขาวที่ประกาศว่าโรงพยาบาลแห่งนี้คือหนึ่งใน 100 โรงพยาบาลที่ดีที่สุดของเกาหลีใต้ ภายในศูนย์คือซุ้มตรวจ 4 แถวที่กั้นด้วยกำแพงพลาสติกใส ถุงมือยางสอดผ่านพลาสติกในลักษณะที่คล้ายกับการทำงานในห้องปฏิบัติการด้านความปลอดภัยทางชีวภาพขั้นสูง เมื่อผู้ป่วยเข้ามา พวกเขาจะได้ปรึกษากับหมอด้านนอกผ่านระบบอินเตอร์คอม ส่วนหมอด้านในที่ป้ายเก็บตัวอย่างในจมูกและคอจะต้องสวมถุงมือยางเพื่อป้องกันการสัมผัสกับผู้ป่วย ความกดอากาศด้านในถูกควบคุมให้ติดลบซึ่งไม่เอื้ออำนวยต่อฝอยละอองที่มีไวรัสมาด้วย หลังการตรวจ เจ้าหน้าที่ในชุดป้องกันหนึ่งคนจะเข้าไปฆ่าเชื้อภายในซุ้ม ซุ้มตรวจแบบวอล์กอินที่คล้ายกันหลายร้อยอันซึ่งติดตั้งอยู่ทั่วประเทศคือหนึ่งในเสาหลักของยุทธศาสตร์การควบคุมโควิด-19 ที่ประสบความสำเร็จของเกาหลีใต้ พวกมันช่วยให้ทางการสามารถทำการวินิจฉัยโรคได้อย่างละเอียดและรวดเร็ว นอกจากซุ้มตรวจแล้ว ประเทศที่มีประชากรอยู่ 51 ล้านคนแห่งนี้ยังได้นำประวัติการติดต่อสื่อสาร การใช้บัตรเครดิต และการเดินทางจากเครือข่ายมือถือมาวิเคราะห์เพื่อแกะรอยการเคลื่อนไหวของผู้ติดเชื้อ ผลการสำรวจชี้ว่า ประชาชนชาวเกาหลีใต้ส่วนใหญ่ยินดีที่จะเสียสละความเป็นส่วนตัวทางดิจิทัลของตนเพื่อหยุดการแพร่ระบาด ซึ่งในขณะเดียวกัน เจ้าหน้าที่ก็ออกมารณรงค์เรื่องการเว้นระยะห่างทางสังคม (Social distancing) อย่างจริงจัง แต่ส่วนใหญ่ไม่ได้บังคับ ร้านเหล้า บาร์ ร้านอาหาร และโรงหนังหลายแห่งยังเปิดให้บริการตามปกติ จุดจบของการแพร่การะจายในเกาหลีใต้นั้นยังอยู่อีกไกล จากรายงานในวันที่ 12 พฤษภาคม การระบาดซึ่งเกี่ยวข้องกับไนท์คลับหลายแห่งเมื่อเร็วๆ นี้มียอดผู้ติดเชื้อถึง 102 ราย อย่างไรก็ตาม […]