ฟิสิกส์ของเสียง

ฟิสิกส์ของเสียง ทำความรู้จักกับ หนึ่งในเนื้อหาที่สำคัญในงานด้านระบบเสียง หากใครทำงานเกี่ยวกับงานเสียง อาจจะต้องมีความรู้ทางด้านฟิสิกส์ของเสียง เพื่อให้สามารถตอบโจทย์การใช้งานอุปกรณ์เสียง ในยุคของโลกดิจิตอลมากยิ่งขึ้น

ทำความรู้จักกับเสียง

เสียง เป็นคลื่นเชิงกลชนิดหนึ่ง และเนื่องด้วยเสียงเป็นคลื่นกล จึงต้องอาศัยตัวกลางในการเดินทาง เสียงกำเนิดจากการสั่นสะเทือนของวัตถุต่าง ๆ และเดินทางผ่านตัวกลางได้หลายสถานะ ไม่ว่าจะเป็นของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส คลื่นเสียงมีองค์ประกอบหลัก ๆ คือแอมพลิจูด ความถี่ และความยาวคลื่น ยกตัวอย่างเช่น นาย a ตะโกนถึงนาย b แสดงให้เห็นว่าเสียง ได้ถือกำเนิดจากการสั่นของเส้นเสียงภายในลำคอของนาย a อาศัยตัวกลางในการเดินทาง คืออากาศเดินทางไปหานาย b นาย b รับเสียงจากนาย a และประมวลผลทางสมอง กลายเป็นการสื่อสาร

คลื่นเสียง มีองค์ประกอบหลัก ๆ ก็คือแอมพลิจูด ( amplitude ) ความถี่ ( frequency ) และความยาวคลื่น ( wavelange )

เสียงที่เราได้ยิน นับเป็นการถ่ายโอนพลังงาน เพราะแน่นอนว่าคลื่นเสียงนั้น เป็นพลังงานชนิดหนึ่ง ฉะนั้นเราจะเรียกหน่วยของพลังงานดังกล่าวว่า “กำลังเสียง” ซึ่งมีหน่วยเป็น “วัตต์” ปัจจุบันเราตั้งความดังของเสียงที่วัดได้เป็น “เดซิเบล” ( decibel : dB ) จะเห็นว่า ฟิสิกส์ของเสียง กลายเป็นส่วนหนึ่งในการใช้ชีวิตของเราไปแล้ว

มนุษย์เราเกิดมาพร้อมกับข้อจำกัดของธรรมชาติ เพราะเหตุนี้ เราจึงมีย่านการรับความถี่เฉพาะคือ 20-20kHz เท่านั้น นั่นคือหากเสียงมีความถี่ที่ต่ำกว่า 20 Hz หรือสูงกว่า 20 kHz เราจะไม่ได้ยินเสียงนั้น หูมนุษย์นอกจากจะมีข้อจำกัดเรื่องของความถี่แล้ว ยังถูกจำกัดเรื่องของความดังเสียงอีกด้วย โดยหูของเราเริ่มรู้สึกได้ยินเสียงที่ 0 เดซิเบล ( dB ) และสามารถรับเสียงได้สูงสุดที่ประมาณ 120 เดซิเบล หากความดังเกินจากนี้จะมีผลต่อการได้ยินของหู

และหากคุณสามารถเปล่งเสียงออกมา ได้ต่อเนื่องเป็นระยะเวลานานกว่า 8 ปี 7 เดือน 6 วันคุณจะสามารถอุ่นกาแฟ 1 แก้วได้ด้วยเสียงของคุณเอง

พฤติกรรมของคลื่นเสียง

การสะท้อนของเสียง เสียงเป็นพลังงานที่ส่งออกไปในอากาศ แน่นอนว่าการ เดินทางของเสียงนั้น จะต้องผ่านสิ่งกีดขวาง และเมื่อตกกระทบแล้วจะเกิดการสะท้อนของเสียง ส่งผลให้เกิดเสียงสะท้อนและนี่ก็เป็นหนึ่งในเรื่องของ ฟิสิกส์ของเสียง
การหักเหของคลื่น เป็นการเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่างกันหรือผ่านอุณหภูมิที่ต่างกัน ส่งผลให้ทิศทางและความเร็วของเสียงนั้นเปลี่ยนไป
การเลี้ยวเบน เป็นการเดินทางอ้อมสิ่งกีดขวาง โดยคลื่นเสียงที่มีการเลี้ยวเบน มักจะเป็นคลื่นที่มีความถี่ต่ำ และมีความยาวคลื่นมากซึ่งนั่นเป็นเหตุผลให้ตู้ลำโพง subwoofer จะกระจายเสียงออกรอบทิศทาง
การแทรกสอดของคลื่น เป็นการปะทะกันของคลื่นจากแหล่งกำเนิด ซึ่งหากการแทรกสอดเสริมกันจะได้ความดังเพิ่มขึ้น และหากการแทรกสอดหักล้างกันจะได้ความดังลดลง

อ่านบทความที่เกี่ยวข้อง

การเดินทางของเสียง

เสียง คือคลื่นที่ต้องอาศัยตัวกลาง จึงมีอัตราเร็วของเสียงโดยในอากาศที่ความดันปกติ เสียงจะมีความเร็วที่ต่างกันตามอุณหภูมิ ยิ่งอุณหภูมิสูงก็ยิ่งมีความเร็วเสียงสูง ยิ่งอุณหภูมิต่ำ ความเร็วเสียงก็จะต่ำ โดยเราสามารถหาความเร็วของเสียง ได้จาก

331 + 0.6t

โดย t คืออุณหภูมิ หน่วยเป็น องศาเซลเซียส ( ํC )

เช่น ที่อุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส เสียงจะมีความเร็วอยู่ที่ 331 + ( 0.6 × 35 ) = 352 เมตร/วินาที

และนั่นเป็นอีกหนึ่งเหตุผล ที่ทำให้เรามองเห็นแสงของพลุ ก่อนที่จะได้ยินเสียงของพลุ เนื่องจากแสงเดินทางได้เร็วกว่าเสียงหลายเท่า

เสียงในทุก ๆ ความถี่นั้นเดินทางด้วยความเร็วที่เท่ากัน ซึ่งหากจะพิสูจน์ตามสมการและสูตรทางคณิตศาสตร์เราจะเห็นได้ว่าความยาวคลื่นมีความสัมพันธ์กับความถี่ของคลื่นโดยตรง แต่ในบางครั้ง ที่เราเห็นว่าเสียงมาถึงเราไม่เท่ากันนั้นเกิดจากปัจจัยอื่น ๆ ที่เราไม่สามารถควบคุมได้ เช่น ลม ฝน ละอองน้ำ ความชื้น และอื่น ๆ อีกหลายปัจจัย ซึ่งนั่นเราสามารถใช้ความรู้ด้านฟิสิกส์แก้ไขได้ครับ

สรุป

ฟิสิกส์ของเสียง เป็นเรื่องที่ใกล้ตัวกับทุกคนมาก ๆ โดยเฉพาะผู้คน ที่ทำงานในระบบเสียง ซึ่งหลายครั้งเรามองข้ามสิ่งนี้ไปทำให้การแก้ปัญหาอาจจะเป็นเรื่องยาก แต่จริง ๆ แล้ว ทุกอย่างล้วนอยู่บนพื้นฐานของฟิสิกส์ หากทุกท่านลองศึกษาเรื่องของเสียงอย่างจริงจัง จะเห็นได้ย่างชัดเจนว่า การแก้ปัญหาเรื่องเสียง ไม่ใช่เรื่องทียาก แต่เป็นเรื่องที่เรามองข้าม

ซื้อสินค้าระบบเสียงและเยี่ยมชมเราได้ที่นี่ : Click

อ่านบทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่ : Click

เยี่ยมชมเราที่ Facebook Fanpage ได้ที่นี่ : Click

เยี่ยมชมเราได้ที่ Youtube Chanel ได้ที่นี่ : Click