คลื่นเสียง (Sound Wave) : 2013

วันอาทิตย์ที่ 25 สิงหาคม พ.ศ. 2556

การได้ยินเสียง

การได้ยินเสียง

คลื่นเสียงเป็นสิ่งเร้า เมื่อคลื่นเสียงผ่านเข้าสู่ช่องหูส่วนนอก (External auditory canal) ไปสู่หูส่วนกลาง (middle ear) ซึ่งมีเยื่อแก้วหู (lympanic membrane)

คลื่นเสียงทำให้อากาศสั่นสะเทือนส่งผลให้เยื่อแก้วหูสั่น กระทบกับกระดูกหูรูปค้อน กระดูกรูปทั่งและกระดูกรูปโกลน ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนไปยังของเหลว Perilymph และของเหลวEndolymph ในหูส่วนใน ซึ่งคลื่นของเหลวนี้จะไปกระตุ้นเซลล์รับเสียงส่งต่อไปยังประสาทรับเสียง (auditory nerve) ส่งไปยังศูนย์กลางรับเสียงในสมอง ซึ่งแปลความรู้สึกเป็นเสียงต่างๆ

จากการศึกษาที่ผ่านมาทำให้เราทราบว่า การได้ยินเสียงของมุษย์ต้องขึ้นกับระดับความเข้มเสียง และความถี่เสียง ( 20 - 20,000 Hz )

การเริ่มได้ยินเสียงใดๆของมนุษย์จะขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ 2 อย่าง คือ ระดับความเข้มเสียง(ความดัง) และความถี่เสียงนั้น แสดงรายละเอียดในกราฟ

จากราฟ เส้นด้านล่างแสดงขีดเริ่มของการเริ่มได้ยินเสียงของมนุษย์ จะเห็นว่าช่วงความถี่ต่ำ เช่นความถี่เสียง 100 Hz มนุษย์จะเริ่มได้ยินเสียงที่จะต้องมีระดับความเข้มเสียงถึง 40 dB แต่เสียงความถี่ช่วงกลางๆ ช่วง 2,000 - 4,000 Hz จะเริ่มได้ยินเสียงตั้งแต่ระดับความเข้มเสียงน้อยกว่า 0 dB

กราฟเส้นบน แสดงขีดเริ่มการเจ็บปวดของหู เช่น เสียงความถี่ 2,000 Hz เมื่อมีระดับความเข้มเสียงเท่ากับ 120 dB จะเริ่มปวดหู

ประโยชน์ของคลื่นเสียง

มนษย์ได้ยินเสียงมาตั้งแต่เกิด ทารกสามารถจำแนกและแยกได้ว่าเสียงใดเป็นเสียงบิดา หรือเสียงมารดา เสียงช่วยในกพัฒนาการสื่อสารเป็นภาษาพูดของมนุษย์ เสียงจากสิ่งต่าง ๆ รอบตัวทำให้มนุษย์เข้าใจสภาพแวดล้อมของตนดีขึ้น จะเห็นว่าเสียงเป็นปัจจัยหนึ่งของการดำรงชีวิติ

ความรู้เรื่องเสียงยังทำให้มนุษย์สามารถสร้างเครื่อวัดระยะทางแบบต่าง ๆ ได้ เช่นให้เสียงเคลื่อนที่จากเครื่องกำเนิดไปกระทบวัตถุที่ต้องการ เมื่อเสียงสะท้อนกลับมาถึงเครื่องรับ (ซึ่งอยู่ติดกับเครื่องกำเนิด) อุปกรณ์จะคำนวณหาเวลาที่เสียงเคลื่อนที่ในอากาศ แล้วสรุปเลขออกมาเป็นระยะทาง นอกจากจะใช้หาระยะทางที่วัตถุอยู่ไกลในอากาศแล้ว ในกรณีวัตถุที่อยู่ในน้ำ เช่น ฝูงปลา เรือดำน้ำ และหินโสโครกใต้น้ำ ก็สามารถใช้หลักการเดียวกันหาระยะทางได้ เช่นกัน โดยใช้อุปกรณ์พิเศษที่ทำงานในน้ำได้ หรือในการหาระยะลึกของชั้นหินต่าง ๆ ใต้พิภพ ก็สามารถหาได้โดยใช้การระเบิดที่ผิวโลก แล้วจับเวลาที่เสียงสะท้อนจากชั้นหินเบื้องล่างกลับมาที่เครื่องรับให้ทราบโครงสร้างทางธรณีวิทยาของบริเวณที่สำรวจได้

ในด้านการศึกษาลักษณะการออกแบบอาคาร เช่นห้องประชุม ทั้งสถาปนิกและวิศวกรต้องคำนวณล่วงหน้าว่าต้องการให้มีเสียงก้องในอาคารมากน้อยเพียงใด และใช้วัสดุเก็บเสียง เช่น พรม ม่าน แผ่นกระดาษเก็บเสียง ฯลฯ เพื่อช่วยให้เวลาที่เกิดเสียงก้องพอเหมาะพอดี ก่อนที่เสียงก้องจะจางหายไป

ด้านการแพทย์ก็ได้มีการนำเสียงมาใช้ในการตรวจอวัยวะภายในของคนเพื่อวินิจฉัยสาเหตุของความผิดปกติ เช่น ตรวจการทำงานของลิ้นหัวใจ มดลูก ครรภ์ เนื้องอก ตับ ม้ามและสมอง เพราะเสียงสามารถสะท้อนที่บริเวณรอยต่อระหว่างชั้นของเนื้อเยื่อต่าง ๆ ได้้

ในการออกแบเพื่อลดระดับความเข้มของเสียงของเครื่องยนต์ เครื่องจักรในโรงงาน เสียงจากยานพาหนะบนทางด่วน ก็อาศัยความรู้เรื่องการดูดกลืนเสียง

นอกจากนั้นมนุษย์ยังนำความรู้ด้านเสียงมาสร้างและพัฒนาเครื่องดนตรีด้วย จึงทำให้มีเครื่องดนตรีประเภทต่าง ๆ มากมาย อาทิเช่นเครื่องสาย ได้แก่ ไวโอลิน ซอสามสาย ซออู้ ซอด้วง กีตาร์ พิณ นอกจากนี้ยังมีเครื่องดนตรีประเภทต่าง ๆ อีกมากมาย รวมทั้งเครื่องดนตรีที่สร้างจากวงจรอิเล็กทรอนิกส์

จะเห็นว่าเรื่องราวที่เกี่ยวข้องกับเสียงนั้นมีมากมาย ถ้าเราสามารถทำความเข้าใจหลักการทางวิทยาศาสตร์ของเสียง จะช่วยให้เรามีความรู้พอที่จะนำไปใช้พัฒนาหรือสร้างเครื่องมือ เครื่องใช้ที่เป็นประโยชน์

มลภาวะทางเสียง

มลภาวะทางเสียง เป็นสภาวะที่มีการก่อให้เกิดเสียงที่มีการรบกวน อาจมาจากแหล่งกำเนิดเสียงต่างๆ ทั้งจากมนุษย์, สัตว์ หรือเครื่องจักรต่างๆ โดยหากเกิน 85 เดซิเบล จะเป็นอันตรายต่อหู ยิ่งถ้าเกิน 90 เดซิเบลจะเป็นอันตรายต่อหูอย่างมาก ดังนั้นไม่ควรเข้าใกล้บริเวณที่มีเสียงดังเกินจะรับได้

ทั้งนี้ แหล่งที่มาของเสียงภายนอกทั่วโลกส่วนใหญ่มาจากการก่อสร้างและระบบการขนส่ง รวมทั้ง เสียงรบกวนจากพาหนะยานยนต์,เครื่องบิน และรถไฟหรือแม้แต่การวางผังเมืองที่ไม่ดีอาจก่อให้เกิดมลพิษทางเสียงได้เช่นกัน และทางด้านแหล่งอุตสาหกรรมข้างเคียง ตลอดจนการปลูกสร้างที่อยู่อาศัยก็อาจก่อให้เกิดมลพิษทางเสียงในพื้นที่บริเวณที่อยู่อาศัยได้เช่นกัน

มลภาวะทางเสียงทั้งภายในและภายนอกอาคารมีหลายชนิด อาทิ เสียงเตือนภัยจากรถ, เสียงไซเรนสัญญาณฉุกเฉิน, อุปกรณ์เครื่องกล, พลุ, ฮอร์นบีบอัดอากาศ, เครื่องเจาะถนน, เสียงสุนัขเห่า, เครื่องใช้ไฟฟ้า, การแสดงแสงสีเสียง, ระบบเสียงเพื่อความบันเทิง, โทรโข่งไฟฟ้า และเสียงตะโกนจากมนุษย์

ผลกระทบจากภาวะมลพิษทางเสียง

ผลกระทบต่อการได้ยิน แบ่งเป็น 3 ลักษณะคือ

หูหนวกทันที เกิดขึ้นจากการที่อยู่ในบริเวณที่มีเสียงดังเกิน 120 เดซิเบลเอ

หูอื้อชั่วคราว เกิดขึ้นเมื่ออยู่ในที่มีระดับเสียงดังตั้งแต่ 80 เดซิเบลเอขึ้นไปในเวลาไม่นานนัก

หูอื้อถาวร เกิดขึ้นเมื่ออยู่ในบริเวณที่มีระดับความดังมากเป็นเวลานานๆ

ด้านสรีระวิทยา เช่น ผลกระทบต่อระบบการหมุนเวียนของเลือด ต่อมไร้ท่อ อวัยวะสืบพันธุ์ ระบบประสาท และความผิดปกติของระบบการหดและบีบลำไส้ใหญ่ เป็นต้น

ด้านจิตวิทยา เช่น สร้างความรำคาญ ส่งผลต่อการนอนหลับพักผ่อน ผลต่อการทำงานและการเรียนรู้ รบกวนการสนทนาและการบันเทิง

ด้านสังคม กระทบต่อการสร้างมนุษยสัมพันธ์ที่ดี ทำให้ขาดความสงบ

ด้านเศรษฐกิจ มีผลผลิตต่ำเนื่องจากประสิทธิภาพการทำงานลดลง เสียค่าใช้จ่ายในการควบคุมเสียง

ด้านสิ่งแวดล้อม เสียงดังมีผลต่อการดำรงชีวิตของสัตว์ เช่น ทำให้สัตว์ตกใจและอพยพหนี

วันจันทร์ที่ 19 สิงหาคม พ.ศ. 2556

ความเร็วของเสียง

ความเร็วของเสียง (SPEED OF SOUND)

ถ้าเสียงสามารถเดินทางได้เร็วเท่าๆกับแสง ซึ่งเดินทางไปถึง 186,000 ไมล์ ต่อวินาที ปัญหาเรื่องการรับฟังเสียงที่ดีในหอประชุมใหญ่ หรือโรงละครก็จะไม่เกิดขึ้น แต่การเดินทางของคลื่นเสียงแต่ละตัวช้ามากทำให้เกิดปัญหาตามมาในเรื่องของการได้ยิน ในอุณหภูมิปกติของห้องทั่วๆไป เสียงจะเดินทางได้เร็วเพียงแค่ 1130 ฟุตต่อวินาทีเท่านั้น และสิ่งที่เกิดขึ้นก็คือ การเกิดการสะท้อนของเสียงหรือ Echoes นั่นเอง ตัวอย่างเช่นเมื่อเสียงวิ่งออกจากต้นกำเนิดของเสียง คลื่นเสียงเกิดเป็น 2 ลักษณะ คือ คลื่นเสียงที่วิ่งตรงเข้าหูผู้ฟัง กับคลื่นเสียงที่วิ่งกระจายออกจากต้นกำเนิดของเสียงไปสัมผัสกับวัตถุอื่นๆของห้อง เช่น ผนัง เพดาน พื้น หรือเครื่องเรือน แล้วจึงสะท้อนกลับเข้าหูผู้ฟังอีกทีหนึ่ง คลื่นเสียงลักษณะที่ 2 นี้ คือตัวปัญหา ถ้าคลื่นนี้วิ่งเข้าสู่หูเราช้ากว่าคลื่นเสียงประเภทแรกเพียง 0.058 วินาที ก็จะเกิดเสียงก้องหรือเสียงสะท้อนให้รำคาญหูขึ้น การรับฟังเสียงจึงไม่สู้ดีนัก อาจเกิดความสับสนในเสียงที่ได้ยินได้ เพราะฉะนั้นความเร็วของเสียงจึงมีความสำคัญมากต่อการรับฟังที่ดี

รูปที่ 1 ความเร็วของคลื่นเสียงที่วิ่งไปสู่ผู้รับฟังใน 2 ลักษณะ คือ ทางตรง และการสะท้อนไปกลับ

คลื่นเสียง (Sound Wave)

วันพฤหัสบดีที่ 5 กันยายน พ.ศ. 2556

แหล่งกำเนิดคลื่นเสียง