เสียงเกิดจากการสั่นของแหล่งกำเนิดเสียง ดังนั้นถ้าวัตถุสั่นด้วยพลังงานมากแอมพลิจูดของการสั่นก็จะมาก ถ้าพลังงานที่ใช้ในการสั่นมีค่าน้อย แอมพลิจูดของการสั่นก็จะน้อย การสั่นของแหล่งกำเนิดจะถ่ายโอนพลังงานของการสั่นผ่านตัวกลางมายังผู้ฟัง
ในการได้ยินเสียงครั้งหนึ่ง ๆ จะมีองค์ประกอบ 3 อย่าง คือ ต้นกำเนิดเสียง ตัวกลาง และประสาทรับเสียงของผู้ฟัง ความรู้สึกในการได้ยินเสียงของมนุษย์โดยทั่วไปแยกออกเป็นลักษณะต่าง ๆ ดังนี้
- ความรู้สึกดัง-ค่อยของเสียง ขึ้นอยู่กับ แอมพลิจูดและความเข้มเสียง
- ความรู้สึกทุ้ม-แหลมของเสียง ขึ้นอยู่กับความถี่ของเสียง
- ความไพเราะของเสียง ขึ้นอยู่กับคุณภาพเสียง
ภาพที่ 1 จำลองคลื่นเสียง
ที่มา: https://www.cc.gatech.edu/systems/projects/ECho/
เมื่อเสียงจากแหล่งกำเนิดเคลื่อนที่ผ่านอากาศมาถึงหูเราคลื่นเสียงทำให้ลำอากาศในหูสั่นก็จะทำให้เยื่อแก้วหู (ซึ่งมีความไวมาก) สั่น การสั่นเพียงเล็กน้อยของเยื่อแก้วหูก็ส่งผลต่อไปยังประสาทรับรู้ในการได้ยินของคนเรา ซึ่งแสดงส่วนประกอบต่าง ๆ ของหู และการได้ยินของคน
ขอบเขตความสามารถการได้ยินเสียงของหูมนุษย์ขึ้นอยู่กับระดับความเข้มเสียง (0 – 120 เดซิเบล) และความถี่ของเสียง (20 – 20,000 Hz) เสียงมีคุณสมบัติเป็นคลื่นดังนั้น เมื่อเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปกระทบอีกตัวกลางหนึ่งซึ่งมีความหนาแน่นมากกว่า เสียงจะสะท้อนกลับหมด เช่น เสียงตะโกนไปกระทบผนังห้อง ทำให้เกิดการสะท้อนกลับมายังผู้จะโกน และ ได้ยินเสียงอีกครั้งหนึ่ง
การสะท้อนของเสียงถูกนำมาใช้ประโยชน์อย่างมากมาย ดังตัวอย่างที่นำเสนอต่อไปนี้
การหาความลึกของทะเล การหาฝูงปลา การตรวจจับเรือดำน้ำหรือวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำ โดยส่งสัญญาณเสียงโซนาร์ออกไป แล้วจับเวลาที่สัญญาณเสียงสะท้อนกลับมา แล้วจึงนำมาคำนวณหาความลึกของทะเล
1.โซนาร์ : เสียงที่มีความถี่สูง พบว่า ความยาวคลื่นเสียงจะสั้น ถ้าหากำเนิดคลื่นเสียงไปกระทบกับวัตถุที่มีขนาดเท่ากับหรือใหญ่กว่าความยาวคลื่นเสียงที่มาตกกระทบ จะเกิดการสะท้อนของคลื่นเสียงนั้น
หลักการทำงานของเครื่องโซนาร์ เริ่มต้นจากเครื่องโซนาร์ส่งเสียงที่มีความถี่สูงเกินกว่าหูมนุษย์จะได้ยิน (คลื่นเหนือเสียง) ผ่านไปในน้ำ เสียงนั้นมีความถี่ประมาณ 50,000 เฮิรตซ์ เมื่อเสียงนั้นเดินทางไปกระทบวัตถุ เช่น เรือดำน้ำ หรือพื้นทะเล ก็จะสะท้อนกลับมาเข้าเครื่องรับ โดยการวัดช่วงเวลาที่เสียงเดินทางไปและกลับ ก็จะสามารถคำนวณหาระยะทางของวัตถุจากความเร็วของคลื่นเสียงใต้น้ำได้ และสมการที่ใช้คำนวณคือ s=vt
2.เสียงก้อง : เนื่องจากมนุษย์สามารถบันทึกเสียงที่ได้ยิน ติดอยู่ในประสาทหูได้นานประมาณ 0.1 วินาที ดังนั้น ถ้าตะโกนออกไป เสียงสะท้อนจะกลับสู่หูช้ากว่าเสียงที่ตะโกนออกไป ภายในเวลา 0.1 วินาทีขึ้นไป จะเกิดเสียงก้อง นั่นคือถ้าตะโกนก่อน จากนั้นเงียบ แล้วจะได้ยินเสียงที่ตะโกนตามมาภายหลัง เมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่ไปจนถึงสุดปลายของตัวกลางและพบตัวกลางที่มีความหนาแน่นกว่ามาก เช่น ผนัง กำแพง ฯลฯ คลื่นเสียงจะเกิดการสะท้อนกลับมายังแหล่งกำเนิดเสียงอันเป็นไปตามกฎของการสะท้อน สมมติเพื่อนของท่านซึ่งยืนอยู่ใกล้ ๆ ท่านกำลังตะโกนใส่ผนังที่อยู่ห่างออกไป เนื่องจากสมองมนุษย์จะยังจำเสียงติดหูอยู่ได้ภายในช่วงเวลา 0.1 วินาทีหลังจากที่ได้ยินเสียงอันเกิดจากการหน่วงของระบบประสาท ดังนั้น หากผนังอยู่ค่อนข้างไกล และท่านได้ยินเสียงที่สะท้อนกลับมาหลังจากที่ท่านได้ยินเสียงจากแหล่งจริง (คือจากปากเพื่อนของท่าน) นานกว่า 0.1 วินาที ท่านจะได้ยินเสมือนเป็น 2 เสียง คือเสียงจากแหล่งจริง และหลังจากนั้น เล็กน้อยก็จะได้ยินเสียงที่สะท้อนจากผนัง เราเรียกเสียงสะท้อนในกรณีนี้ว่า เสียงสะท้อน (echo)แต่หากสมมติว่าผนังอยู่ไม่ห่างนัก เมื่อเพื่อนของท่านตะโกน เสียงสะท้อนจะมาถึงหูท่านภายในเวลาน้อยกว่า 0.1 วินาที ในกรณีนี้ท่านจะได้ยินเสียงจากแหล่งจริงและเสียงสะท้อนต่อเนื่อง เหมือนเป็นเสียงเดียวกัน เสียงที่สะท้อนในกรณีหลังนี้เราเรียกว่า เสียงก้อง (reverberation)
โดยทั่วไปแล้ว หากผนัง กำแพง หรือวัตถุขวางกั้น อยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดเสียงเกินกว่า 17 เมตร (ระยะโดยประมาณ) ผู้ฟังที่อยู่ใกล้แหล่งกำเนิดเสียงจะได้ยินเสียงสะท้อน แต่หากผนังอยู่ภายในระยะ 17 เมตร ผู้ฟังจะได้ยินเสียงก้อง
แหล่งที่มา
หูกับการได้ยิน. สืบค้นเมื่อ 22 สิงหาคม 2560. จาก
http://www.sa.ac.th/winyoo/Sound/sound_ear.htm
เรามารู้จักคลื่นกันเถอะ. สืบค้นเมื่อ 22 สิงหาคม 2560. จาก
