บทที่ 2 เสียง
1. คลื่นเสียง (Sound waves)
คลื่นเสียงเกิดจากการสั่นสะเทือน เช่น
- เคาะส้อมเสียง
- ตีกลอง
2. คลื่นการกระจัดและคลื่นความดัน
- ไม่มีคลื่นเสียงผ่านเข้ามาในตัวกลาง โมเลกุลของตัวกลางจะอยู่นิ่ง และมีระยะห่างระหว่างโมเลกุลเท่าๆกัน
- ขณะที่เสียงผ่านตัวกลาง ทำให้โมเลกุลของตัวกลางนั้นสั่นในแนวขนานกับความเร็วเสียง
- ถ้ากำหนดให้
lโมเลกุลสั่นไปทางขวามีการกระจัด = + y
lโมเลกุลสั่นไปทางซ้ายมีการกระจัด = - y
l กราฟการกระนัดของโมเลกุล เรียกว่า คลื่นการกระจัด
l บริเวณที่โมเลกุลสั่นเข้าหากัน เรียกว่า ส่วนอัด
l บริเวณที่โมเลกุลสั่นหนีจากกัน เรียกว่า ส่วนขยาย
l ระยะระหว่างส่วนขยาย-ส่วนขยาย = ระยะระหว่างส่วนอัด-ส่วนอัด = ความยาวคลื่น = λ
3.อัตราเร็วเสียง
- อัตราเร็วเสียงในตัวกลางไม่เท่ากัน
- สมการคำนวณหาอัตราเร็วเสียงในอากาศได้
V = 331 + 0.6t = fλ
l เมื่อ V คือ อัตราเร็วเสียงในอากาศที่
อุณหภูมิ t 0C มีหน่วยเป็น m/s
l t คือ อัตราอุณหภูมิของอากาศ มี
หน่วยเป็น 0C
l f คือ ความถี่เสียง มีหน่วยเป็น Hz
l λ คือ ความยาวคลื่นเสียง มีหน่วย
เป็น m
4.สมบัติของคลื่นเสียง
4.1 การสะท้อนของคลื่นเสียง
l การสะท้อนเป็นไปตามกฎการสะท้อนของคลื่นอื่น ๆ คือ
1. รังสีตกกระทบ เส้นปกติ รังสีสะท้อน อยู่บนระนาบ
เดียวกัน
2. มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน
l 1) เสียงสะท้อนกลับ (echo)
l 2) อัลทราซาวด์และการประยุกต์ใช้งาน
l 1. โซนาร์ (sonar)
l 2. อัลทราซาวด์ (ultrasound)
Sonar (sound navigation and ranging) มีความถี่ในช่วง 20,000 - 50,000 Hz
เช่น เสียงค้างคาว สุนัข ปลาโลมา เป็นต้น
4.2 การหักเหของคลื่นเสียง
คลื่นเสียงหักเหได้ เป็นไปตามกฎการหักเห เช่นเดียวกับคลื่นอื่น ๆ ดังนี้
กฎข้อที่ 1 รังสีตกกระทบ รังสีหักเห และเส้นปกติอยู่บนระนาบเดียวกัน
กฎข้อที่ 2 เป็นไปตามกฎของสเนลล์ ดังนี้
4.3 การแทรกสอดของคลื่นเสียง
1. ใช้แหล่งกำเนิดเสียงอาพันธ์ 2 แหล่ง
lS1P - S2P = nλ ……….. antinode
lS1P - S2P = (n - ½ ) λ ……….. node
ld = n (λ/2) , เมื่อ d = ระยะห่างระหว่าง S1S2
2. ใช้แหล่งกำเนิดเสียง 1 แหล่งและตัวสะท้อนเสียง
l การคำนวณเหมือนกับลำโพง 2 ตัวหันหน้าเข้าหากัน นั่น
คือ ใช้สมการ
l d = n (λ/2) ,
เมื่อ n เป็นจำนวนลูพในช่วงระยะ d และ
λ เป็นความยาวคลื่นเสียง
l เสียงเป็นคลื่นตามยาว เกิดการแทรกสอดเช่นเดียวกับคลื่นอื่น ๆ ถ้ามีคลื่นอาพันธ์ 2 ขบวนรวมกัน
l ได้คลื่นเสียงลัพธ์เป็นคลื่นนิ่ง โดยที่
l จุดปฏิบัพ (antinode) จะมีเสียงดังที่สุด
l จุดบัพ (node) จะมีเสียงเบาที่สุด
4.4 การสั่นพ้อง
การสั่นพ้อง (resonance) หรือการกำทอน คือ การที่ระบบสั่นอย่างรุนแรงเมื่อมีความถี่ภายนอกที่เท่ากับความถี่ธรรมชาติของระบบมาใส่ให้ระบบนั้น เช่น
การสั่นของมวลที่ผูกติดกับปลายสปริง
การแกว่างของลูกตุ้มนาฬิกา
คำนิยาม ในกรณีที่มีความถี่ธรรมชาติหลายค่า
1.ความถี่มูลฐาน (fundamental) คือ ความถี่ของเสียงต่ำสุดของความถี่ธรรมชาติ
2.ฮาร์มอนิกส์ (harmonics) คือ การสั่นที่มีความถี่เป็นจำนวนเต็มเท่าของความถี่มูลฐาน เช่น ถ้าให้ความถี่มูลฐานเป็น 50 รอบ/วินาที ฮาร์โมนิกที่ 2 หมายความว่า มีความถี่เป็นสองเท่าของความถี่มูลฐาน คือ 100 รอบ/วินาที
3. โอเวอร์โทน (overtone) คือ การสั่นที่มีความถี่สูงขึ้นจากความถี่มูลฐาน โดยเป็นจำนวนเต็มเท่าความถี่มูลฐาน
4.5 การเลี้ยวเบนของคลื่นเสียง
คลื่นเสียงจะเคลื่อนที่อ้อมสิ่งกีดขวางได้ เช่น เสียงจากลำโพงเมื่อผ่านขอบผนังห้องมีคลื่นเสียงบางส่วนเลี้ยวเบนอ้อมขอบผนังห้องได้
5. คลื่นเสียงกับการได้ยิน
ความถี่ของเสียงที่คนปกติได้ยิน f = 20-20,000 Hz
ความเข้มเสียงที่คนปกติได้ยิน I = 10-12 W/m2 ถึง 1 W/m2
5.1 หูและการได้ยิน
หูคนเรามี 3 ส่วน คือ
1. หูส่วนนอก
2. หูส่วนกลาง
3. หูส่วนใน
หูมีกระดูก 3 ชิ้น ได้แก่
1. กระดูกค้อน
2. กระดูกทั่ง
3. กระดูกโกลน
คนปกติได้ยินเสียงอยู่ในช่วงความถี่ 20-20,000 Hz
ถ้าใช้ความถี่เป็นเกณฑ์จะแบ่งระดับเสียง (pitch) ได้ 2 ระดับ คือ
1. เสียงสูง หรือเสียงแหลม (trebel)
2. เสียงต่ำ หรือเสียงทุ้ม (bass)
5.2 ความเข้มและความดังของเสียง
คนปกติจะได้ยินเสียงที่มีความเข้ม 10-12 – 1 W/m2
ความเข้มเสียงมีหน่วยเป็น เดซิเบล (decible : dB)
ตั้งเป็นเกียรติกับ Alexander Graham Bell ผู้ประดิษฐ์โทรศัพท์เป็นคนแรก
Alexander Graham Bell
ระดับความเข้มของเสียง
ความเข้มของเสียง
ความเข้มของเสียง คือ กำลังเสียงที่ตกกระทบในแนวตั้งฉาก
กับพื้นที่ ของหน้าคลื่นของทรงกลม
1 ตารางหน่วย ความเข้มสูงสุดที่มนุษย์ ทนได้ คือ 1
W/m2
I = ความเข้มเสียง มีหน่วยเป็น วัตต์/ตารางเมตร
(W/m2)
P = กำลัง มีหน่วยเป็น วัตต์ (W)
R = ระยะห่างจากแหล่งกำเนิดเสียง (m)
ระดับความเข้มของเสียง
I = ความเข้มของเสียง หน่วยเป็น W/m2
I0 = ความเข้มของเสียงต่ำสุดที่คนเราจะได้ยิน 10-12
W/m2
β = ระดับความเข้มเสียง หน่วยเป็น เดซิเบล (dB)
6. การเกิดบีตส์
บีตส์ (beats) เกิดจากการแทรกสอดของคลื่นเสียงที่มีความถี่ต่างกันไม่เกิน 7 Hertz
ความถี่บีตส์ คือ จำนวนครั้งของเสียงดังที่ได้ยินใน 1 วินาที
fb = f1 - f2 ; fb = ความถี่บีตส์
ความถี่บีตส์ หาได้จากผลต่างของความถี่ของคลื่นเสียงทั้งสอง
ความถี่ที่หูได้ยิน 
f1 , f2 = ความถี่ของคลื่นทั้งสอง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น