คลื่นเสียง เกิดจากอะไร และทำไมเราได้ยินเสียง ทำไมสัตว์บางชนิดได้ยินเสียงที่เราไม่ได้ยิน

คลื่นเสียง (Sound wave) และการได้ยินเสียง

การได้ยินเสียง

เสียงที่เราได้ยิน คือ อัตราการถ่ายโอนพลังงานของแหล่งกำเนิดเสียงต่อหนึ่งหน่วยเวลา หรือที่เรียกว่า “กำลังเสียง” (Power of sound wave) ซึ่งมีหน่วยเป็นจูลต่อวินาที (J/s) หรือ “วัตต์” (Watt)

โดยเสียงเคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิดในลักษณะของการแผ่ขยายออกไปในรูปทรงกลม มีแหล่งกำเนิดเสียงเป็นจุดศูนย์กลาง ซึ่งกำลังของเสียงที่ส่งออกจากแหล่งกำเนิดต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ผิวทรงกรม เรียกว่า “ความเข้มของเสียง” (Intensity) และระดับความเข้มของเสียงนั้น ถูกตรวจวัดในรูปของ “ความดัง” (Volume) ในหน่วยเดซิเบล (Decibel) ซึ่งมนุษย์สามารถรับรู้ถึงเสียงได้ตั้งแต่ที่ระดับเสียง 0 จนถึงราว 120 เดซิเบล โดยเสียงที่ดังเกินกว่า 120 เดซิเบล คือเสียงที่อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อผู้รับฟังได้

นอกจากนี้ ความเข้มของเสียงยังขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างแหล่งกำเนิดเสียงและผู้รับ เพราะเมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่ออกห่างจากแหล่งกำเนิดมากขึ้นเท่าใด ความเข้มและความดังของเสียงจะลดลงเท่านั้น

นอกจากความเข้มของเสียงแล้ว “ความถี่” (Frequency) ของคลื่นเสียง ยังเป็นอีกหนึ่งปัจจัยสำคัญต่อการได้ยินเสียงของมนุษย์ ความถี่มีหน่วยเป็น “เฮิรตซ์” (Hertz) ซึ่งมนุษย์สามารถรับคลื่นเสียงที่ระดับความถี่ ตั้งแต่ 20 ถึง 20,000 เฮิรตซ์ หรือเป็นช่วงความถี่ที่เรียกว่า “โซนิค” (Sonic)

มนุษย์สามารถรับเสียงได้ดีที่สุด ในช่วงความถี่ 1,000 ถึง 6,000 เฮิรตซ์ โดยเสียงที่มีระดับความถี่ต่ำกว่า 20 เฮิรตซ์ เรียกว่า “คลื่นใต้เสียง” หรือ “อินฟราโซนิค” (Infrasonic) เสียงที่เกิดจากแหล่งกำเนิดขนาดใหญ่ เช่น การสั่นสะเทือนของสิ่งก่อสร้าง เป็นเสียงที่มนุษย์ไม่สามารถรับรู้ได้เช่นเดียวกับคลื่นเสียงที่มีความถี่สูงกว่า 20,000 เฮิรตซ์ หรือที่เรียกว่า “คลื่นเหนือเสียง” หรือ “อัลตร้าโซนิค” (Ultrasonic)  แต่สัตว์บางชนิด เช่น ค้างคาว หรือโลมา สามารถใช้ประโยชน์คลื่นเสียงในความถี่นี้ ในการสื่อสารและการระบุตำแหน่งได้

นอกจากนี้ แหล่งกำเนิดเสียงต่างกันยังให้กำเนิดเสียงในช่วงความถี่ที่ต่างกันอีกด้วย โดยที่มนุษย์เราสามารถจำแนกเสียงต่างๆตามระดับเสียง (Pitch) หรือเรียกเสียงที่มี “ความถี่ต่ำ” ว่า “เสียงทุ้ม” และเรียกเสียงที่มี “ความถี่สูง” ว่า “เสียงสูง/แหลม” ซึ่งแตกต่างจากระดับความดังเบาของเสียงที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของแหล่งกำเนิดเสียงหรือความเข้มของเสียง โดยมีแหล่งกำเนิดเสียง คุณสมบัติของตัวกลาง และระยะทางที่ส่งผลต่อระดับความดังเบาของเสียง

การรับเสียงของมนุษย์

หู (Ear) เป็นอวัยวะที่ใช้ในการรับเสียงของมนุษย์ โดยมีองค์ประกอบที่สำคัญ 3 ส่วน ได้แก่

1) หูชั้นนอก ประกอบด้วยใบหูซึ่งจะทำหน้าที่รับคลื่นเสียง ก่อนส่งเสียงไปตามช่องหูจนถึงชั้นเยื่อแก้วหู (Tympanic membrane) ซึ่งกั้นระหว่างหูชั้นนอกและหูชั้นกลาง

2) หูชั้นกลาง มีลักษณะเป็นโพรงอากาศ ประกอบด้วยกระดูกขนาดเล็ก 3 ชิ้น ที่เรียงต่อกันเป็นโซ่ที่เรียกว่า “ค้อน” (Malleus) “ทั่ง” (Incus) และ “โกลน” (Stapes) ทำหน้าที่รับแรงสั่นสะเทือนและขยายเสียงต่อจากเยื่อแก้วหูก่อนส่งต่อไปยังหูชั้นใน

3) หูชั้นใน ประกอบด้วยอวัยวะรูปก้นหอย หรือ “คลอเคลีย” (Cochlea) ภายในบรรจุของเหลวและเซลล์ขนจำนวนมากที่ทำหน้าที่รับเสียงจากกระดูกโกลนในหูชั้นกลาง ก่อนแปลงเป็นสัญญาณส่งไปยังโสตประสาทและสมอง ซึ่งทำหน้าที่จำแนก แยกแยะ และแปลความหมายของคลื่นเสียงต่างๆ

หู, การได้ยิน, เสียง, เสียงและการได้ยิน
ลักษณะภายวิภาคของหู

ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับเสียง

แสงเดินทางเร็วกว่าเสียงหลายล้านเท่า

เสียงในธรรมชาติที่ดังที่สุด คือ เสียงจากการระเบิดของภูเขาไฟ

หากเราเดินทางเร็วกว่าเสียงจะก่อให้เกิดการทะลุกำแพงเสียง (Sound barrier) หรือก่อให้เกิดคลื่นกระแทกที่เรียกว่า “โซนิคบูม” (Sonic boom) คือการชนกันของคลื่นเสียงในอากาศ เพราะว่าแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่เร็วกว่าเสียงของมันเอง เช่น การบินของเครื่องบินเจ็ตที่ก่อให้เกิดคลื่นกระแทกคล้ายวงกลมสีขาวด้านหลัง ซึ่งเกิดจากการควบแน่นของไอน้ำในอากาศ

เมื่อวัตถุถูกทำให้สั่นด้วยความถี่ตรงกับความถี่ธรรมชาติ (Natural frequency) ของวัตถุนั้น จะทำให้เกิด “ปรากฏการณ์เรโซแนนซ์” (Resonance) ขึ้น ซึ่งเป็นการสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงจากการสะสมพลังงานไว้เป็นจำนวนมากของวัตถุชิ้นนั้น ส่งผลให้เกิดเสียงที่มีระดับความดังมากขึ้นกว่าปกติ โดยมนุษย์ได้นำหลักการนี้ มาใช้ในการสร้างเครื่องดนตรีหลายชนิด เช่น ซอ กีตาร์ และไวโอลิน

ถ้าเราสามารถเปล่งเสียงต่อเนื่องกันเป็นระยะเวลา 8 ปี 7 เดือน 6 วัน เราสามารถอุ่นกาแฟหนึ่งแก้วให้ร้อนได้ด้วยพลังงานจากคลื่นเสียงของเราเอง


ข้อมูลอ้างอิง

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)
คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี
ducksters.com
scienceforkidsclub.com


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : ดอกไม้รับรู้คลื่นเสียงจากแมลงผสมเกสรโดยใช้กลีบดอก

เสียงหึ่งๆ จากปีกผึ้งกระตุ้นให้ดอกไม้ผลิตน้ำต้อยที่มีรสหวานเพิ่มขึ้นระยะหนึ่ง

เรื่องแนะนำ

ระบบไหลเวียนโลหิต ของมุนษย์

ระบบไหลเวียนโลหิต เป็นหนึ่งในระบบของร่างกายที่มีความสำคัญในสิ่งมีชีวิตแทบทุกชนิด โดยระบบไหลเวียนโลหิตในมนุษย์มีความซับซ้อน และเป็นระบบปิด ซึ่งแตกต่างจากสัตว์บางกลุ่ม เช่น แมลง ที่มีระบบไหลเวียนแบบเปิด ระบบหมุนเวียนเลือด ระบบไหลเวียนโลหิต (Circulatory System) คือ ระบบภายในของมนุษย์ที่มีหน้าที่ลำเลียงสาร แร่ธาตุ และก๊าซชนิดต่าง ๆ ไปล่อเลี้ยงยังเซลล์และเนื้อเยื่อทั่วทั้งร่างกาย ระบบหมุนเวียนเลือด ในขณะเดียวก็ทำหน้าที่ลำเลียงของเสียที่เกิดจากกระบวนการเผาผลาญและการสันดาปในร่างกาย เช่น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ กรดยูริก และแอมโมเนีย ไปขับออกจากร่างกายยังอวัยวะที่ทำหน้าที่เกี่ยวข้อง นอกจากนี้ ระบบไหลเวียนโลหิตยังทำหน้าที่ควบคุมและรักษาดุลของน้ำและอุณหภูมิภายในร่างกายอีกด้วย ระบบไหลเวียนโลหิตทั้งหมดอาศัยการทำงานร่วมกันขององค์ประกอบที่สำคัญ 3 ส่วน ดังนี้ 1. เลือด (Blood) : ประกอบด้วยน้ำเลือด (Plasma) ประมาณร้อยละ 55 ซึ่งอยู่ในสถานะของเหลว และเม็ดเลือดชนิดต่าง ๆ ที่ทำหน้าที่ลำเลียงสารอาหาร ฮอร์โมน ก๊าซ และแร่ธาตุต่าง ๆ ไปยังเซลล์ เม็ดเลือดสามารถจำแนกออกเป็น 3 ชนิด ประกอบด้วย เกล็ดเลือด (Platelet) คือ […]

ไขปริศนา “The Pool” จระเข้ปีนขึ้นท่อได้จริงไหม?

จระเข้ปีนขึ้นท่อได้ด้วยหรือ? ขอบอกให้รู้ว่าหางของจระเข้แข็งแรงกว่าที่คิด! และอันที่จริงในต่างประเทศพวกมันยังปีนต้นไม้ ปีนรั้ว กันเป็นว่าเล่น

เทียบกันตาต่อตา

การจำลองภาพการมองเห็นของสัตว์อย่างสมบูรณ์แบบเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ แต่ช่างภาพของเราสร้างภาพให้ใกล้เคียงได้โดยใช้ชุดอุปกรณ์ของเขาผสมผสานข้อมูลจากห้องปฏิบัติการ เช่น ความหนาแน่นของตัวรับแสงและปฏิกิริยาต่อแสง จากภาพเปรียบเทียบนี้ ภาพด้านซ้ายคือการมองเห็นของมนุษย์ เทียบกับภาพด้านขวาแทนการมองเห็นของสัตว์ หนอนตัวแบน (พลานาเรีย) (Dugesia dorotocephala) ตาของหนอนตัวแบนประกอบด้วยเซลล์ ตัวรับแสงรูปทรงคล้ายถ้วยขนาดเล็กที่สามารถระบุได้ว่า แสงมาจากทิศทางใด หนอนจำเป็นต้องใช้เบาะแสนี้ในการระบุถิ่นอาศัยที่เหมาะสม ซึ่งต้องมีที่กำบังแสงอาทิตย์ แมงกะพรุนกล่อง (Tripedalia cystophora) แมงกะพรุนกล่องไม่มีสมองสำหรับแปลผลข้อมูล ที่ได้จากประสาทรับความรู้สึก แต่มันตอบสนองต่อภาพความคมชัดตํ่าแบบเรียบง่ายได้ ดวงตาที่มีเลนส์สี่ดวงมองขึ้นด้านบนเพื่อรับรู้ร่มเงาพืชชายเลนซึ่งเป็นบริเวณที่มีอาหารอุดมสมบูรณ์ ดวงตาที่มีเลนส์อีก สี่ดวงมองลงด้านล่างผ่านร่างกายโปร่งใสเพื่อช่วยให้มันหลบหลีกสิ่งกีดขวางด้านล่างได้ ผีเสื้อเหยี่ยวงวงช้าง (Deilephila elpenor) รูม่านตาขนาดใหญ่ของผีเสื้อเหยี่ยวงวงช้างเอื้อให้แสงปริมาณมากผ่านเข้าสู่ดวงตา ช่วยให้มันแยกแยะสีได้แม้แต่ในแสงสลัวของดวงดาวในคืนข้างแรม ดังนั้นผีเสื้อที่หากินในเวลากลางคืนและมีเครื่องนำทางชนิดนี้จึงสามารถเสาะหานํ้าต้อยในดอกไม้ ซึ่งมีสีสันที่มนุษย์มองไม่เห็นในเวลากลางคืนได้ แมว (Felis catus) ดวงตาของแมวบ้านมีเซลล์รูปแท่งที่ไวต่อสภาวะแสงน้อยดีกว่าของมนุษย์ และรูม่านตาแบบช่องเล็กยาวเปิดได้กว้างในความมืด ช่วยให้แมวล่าสัตว์ขนาดเล็กในเวลากลางคืนได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตาม ความที่มีเซลล์รูปกรวยที่ไวต่อสีน้อยกว่า แมวจึงแยกแยะสีเขียวกับสีแดงไม่ได้ นกอินทรีหัวล้าน (Haliaeetus leucocephalus) ถ้าอยากมองหาดวงตาที่มีความคมชัดสูงเป็นพิเศษ (2.5 เท่าของดวงตามนุษย์) ให้ดูนกอินทรีหัวล้าน เป็นตัวอย่าง ขณะที่จอตาของมนุษย์มีบริเวณที่มี ตัวรับแสงหนาแน่นอยู่บริเวณเดียว นกอินทรีมี สองบริเวณ ซึ่งช่วยให้มันเห็นตรงด้านหน้าและ ด้านข้างได้ในเวลาเดียวกัน […]

เชื้อเพลิงฟอสซิล (Fossil Fuel)

เชื้อเพลิงฟอสซิล (Fossil fuel) คืออินทรีย์สารใต้พื้นโลกที่เกิดจากการทับถมกันของซากพืชซากสัตว์ใต้ทะเลลึกเมื่อหลายพันล้านปีก่อนพร้อมกับได้รับความร้อนจากใต้พื้นพิภพ ทำให้ซากพืชซากสัตว์ที่ทับถมกันหนาแน่นใต้ชั้นหินตะกอนเกิดการย่อยสลายกลายเป็นแหล่งสะสมของสารประกอบไฮโดรคาร์บอน (Hydrocarbon) ขนาดใหญ่ ที่มนุษย์นำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงและแหล่งกำเนิดพลังงานต่างๆ เชื้อเพลิงฟอสซิล จำแนกออกเป็น 3 ประเภทตามสถานะของสาร ได้แก่ ของแข็ง: ถ่านหิน (Coal) หินตะกอนสีน้ำตาลดำ หรือถ่านหิน เกิดจากซากพืชในพื้นที่ชื้นแฉะทับถมกันเป็นเวลานาน (ราว 300 ถึง 360 ล้านปี) ภายใต้แรงดันและความร้อนสูงที่อยู่ลึกลงไปจากพื้นผิวโลก ส่งผลให้เกิดการย่อยสลายและเกิดเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนในสถานะของแข็ง ถ่านหินแบ่งออกเป็น 5 ประเภทตามองค์ประกอบทางเคมี ได้แก่ พีต (Peat) ลิกไนต์ (Lignite) ซับบิทูมินัส (Sub-Bituminous) บิทูมินัส (Bituminous) และแอนทราไซต์ (Anthracite) การนำมาใช้ประโยชน์: เป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่สำคัญในการผลิตพลังงานไฟฟ้า พลังงานความร้อน และการผลิตข้าวของเครื่องใช้มากมาย ผู้ผลิตหลัก: จีน อินเดีย และสหรัฐอเมริกา ของเหลว: น้ำมันดิบ (Crude oil) น้ำมันดิบประกอบด้วยคาร์บอน (Carbon) และไฮโดรเจน […]