สมบัติของเสียง

สมบัติของเสียง

                      

                   1. สมบัติการสะท้อนของเสียง

       การสะท้อนของเสียงจะเป็ นไปตามกฏการสะท้อน ดังนี้ 1) มุมตกกระทบ 𝜃 มุมสะท้อน 𝜃 2) รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นแนวฉากจะต้อง อยู่ในระนาบเดียวกัน

       

           เสียงก้อง

        ในการเดินเรือมีการใช้เสียงก้องหาความลึกของทะเล

ตัวอย่าง เรือส่งคลื่นเสียงออกไปข้างล่างและรับคลื่นสะท้อนหลังจากนั้น 1 วินาที

              ถ้าอัตราเร็วของเสียงในน้ำเป็น 1,500 m/s น้ำลึกเท่าไร

               เวลาที่เสียงเคลื่อนที่ไปยังก้นทะเล = วินาที (และ วินาที กลับมา)

               ความลึกของน้ำ 1/2 * 1500

                 = 750 m

           1.1 สมบัติการหักเหของเสียง

 จะเป็นไปตามกฏของของสเนลล์

          1.1.1 ปรากฏการณ์หักเหของเสียงในธรรมชาติ

1. การเกิดฟ้าแลบแล้วไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง เพราะว่าในขณะเกิดฟ้าแลบ ถ้าอากาศเบื้องบนมีอุณหภูมต่ำมากว่า อากาศ เบื้องล่างทำให้เสียงจากฟ้าแลบเคลื่อนที่จากอากาศที่มีอณหภมู ต่ำไปอุณหภูมิสูงกว่าทิศของคลื่นเสียงจะเบนออก จากเส้นแนวฉากและเมื่อมุมตกกระทบโตกว่ามุมวิกฤต จะทำให้คลื่นเสียงเกิดการสะท้อนกลับหมดไปยังอากาศเบื้องบน จึงทำให้ไม่ไดยินเสียงฟ้าร้อง

  มุมวิกฤต คือ มุมตกกระทบที่ทำให้มุมหักเหโต 90 องศา จะเกิดขึ้นได้เมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีอัตราเร็วน้อยไปยังบริเวณที่มีอัตราเร็วมาก

           1.1.2 การได้ยินเสียงในเวลากลางคืนดังชัดเจนกว่าในเวลากลางวนั เวลากลางคืน อุณหภูมิของอากาศตอนล่างใกล้พื้นดินต่ำกว่าตอนบน เสียงที่เคลื่อนที่ขึ้นไปตอนบนจะหักเหลงสู่อากาศตอนล่างใกล้พื้นดินทำให้ผู้สังเกตที่พื้นดินไกลออกไปจากแหล่งกำเนิดได้ยินเสียงชัดเจน

เวลากลางวัน อุณหภูมิของอากาศตอนล่างใกล้พื้นดินสูงกว่าตอนบน เสียงที่เคลื่อนที่ขึ้นไปตอนบนจะหักเหขึ้นสู่บนอากาศตอนบนเร็วขึ้นทำให้ผู้สังเกตที่พื้นดินไกลออกไปจากแหล่งกำนิดได้ยินเสียงไม่ชัด หรือไม่ได้ยินเสียง

           1.1.3 การหักเหของเสียงเนื่องจากลม เมื่อมีลมพัดจะทำให้ทิศทางของคลื่นเสียงเปลี่ยนแปลงไปโดยเมื่อมีลมพัดจากซ้ายไปขวา ซึ่งอัตราเร็วของลมตอนบนจะมากกว่าตอนล่าง เนื่องจากตอนล่างมีสิ่งกีดขวางทำให้อัตราเร็วลม ลดลงจึงทำให้อัตราเร็ว และความยาวคลื่นเสียงในทิศทางต่างๆ เปลี่ยนไป

         1.2 สมบัติการเลี้ยวเบนของเสียง การเลี้ยวเบนของคลื่นเสียงเกิดเมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่ผ่านสิ่งกีดขวาง ถ้าสิ่งกีดขวางกั้นการเคลื่อนที่ของคลื่นไว้ เพียงบางส่วน จะพบว่าคลื่นส่วนหนึ่งสามารถแผ่จากขอบของสิ่งกีดขวางไปทางด้านหลังของสิ่งกีดขวางนั้นได้

   

          1.3 สมบัติการแทรกสอดของคลื่นเสียง การแทรกสอดของคลื่นเสียง เกิดจากคลื่นจากแหล่ง        กำเนิดอาพันธ์ 2 แหล่ง เคลื่อนที่มาซ้อนทับกันแล้วทำให้เกิดจุดปฏิบัพ (เสียงดัง) และจุดบัพ (เสียงค่อย หรือไม่มีเสียง) สลับกัน (ข้อสังเกต : แหล่งกำเนิดอาพันธ์ คือ แหล่งกำเนิดที่มีแอมพลิจูดและ ความถี่เท่ากันซึ่งมีเฟสตรงกันหรือต่างกันคงตัว)

                               2. ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราเร็วเสียงกับอณุหภมูิของอากาศ

           2.1 การหาอัตราเร็วเสียงในตัวกลางเสียงจะเคลื่อนที่ได้ดีในตัวกลางที่เป็นของแข็งรองลงมาคือของเหลว และเคลื่อนที่ได้ช้าในอากาศ

                              3. กำลังเสียง

       

          กำลังเสียง คือ อัตราการถ่ายโอนพลังงานเสียงของแหล่งกำเนิด หรือปริมาณพลังงานเสียงที่ส่งออกจากแหล่งกำเนิดในหนึ่งหน่วยเวลา มีหน่วยเป็น จลู ต่อวินาทีหรือ วัตต์

           3.1 ความเข้มเสียง คือ กำลังเสียงที่แหล่งกำเนิดเสียงส่งออกไปต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ของหน้าคลื่นทรงกลม

            3.2 ระดับความเข้มเสียง 𝛽 คือ ปริมาณที่ใช้บอกความดังของเสียงโดยเปรียบเทียบความเข้มเสียงที่ต้องการวัดกับ ความ เข้มเสียงที่ค่อยที่สุดที่มนุษย์ได้ยิน  = ความเข้มเสียงต่ำสุดที่มนุษย์ได้ยิน

       

       นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดปริมาณที่จะบอกความดังของเสียงที่ได้ยิน คือ ระดับความเข้มเสียง 𝜷 มีหน่วยเป็นเดซิเบล (decibel, dB) ระดบัความเข้ม เสียงต่ำ ที่สุดและสูงที่สุดที่หมู นุษยไ์ด้ยินอยู่ในช่วง 0 ถึง 120 เดซิเบล โดยถ้าระดบัเสียง ต่ำกว่า 0 เดซิเบลหูมนุษยจ์ะไม่ได้ยินเสียงนั้น แต่ถ้าระดับความเข้มเสียงสูงกว่า120 เดซิเบล จะเป็นอันตราย ต่อหูผู้ฟู้ง

                            4.ระดับเสียง

ระดับเสียงแบ่งออกเป็น 3 ระดับ ดังนี้

1) คลื่นใต้เสียง หมายถึง เสียงที่มีความถี่ต่ำกว่า 20 Hz

2) คลื่นเสียง หมายถึง เสียงที่มีความถี่ระหว่าง 20 ถึง 20,000 Hz

3) คลื่นเหนือเสียง หมายถึง เสียงที่มีความถี่สูงกว่า 20,000 Hz

                            5. เสียงก้อง

   เสียงก้อง คือ เสียงที่ออกจากแหล่งกำเนิดแล้วสะท้อนกลับมาโดยใช้เวลาในการเดินทางมาถึงหูฟังมากกว่าเวลาที่เสียง เดินทางมาถึงหูผู้ฟังโดยตรง

    เวลาเสียงก้อง คือ เวลาที่นับจากขณะเสียงมีพลังงงานมากที่สุดจนกระทั่งเสียงมีพลังงานลดลงถึงค่าหนึ่ง(ลดลง 60 dB )

               

                      เสียงกังวาน

           เสียงก้องก่อให้เกิดความรำคาญได้ในห้องว่างหรือห้องโถง เสียงสะท้อนอาจใช้เวลานานจนกว่าจะหายไป เรียกว่า เสียงกังวาน เสียงกังวานที่ยาวนานทำให้ เราไม่ได้ยินเสียงของคนบางคนที่กำลังพูดอยู่ เราสามารถปรับปรุงเสียงในห้องโถงหรือโรงงานให้ดีขึ้นโดยใช้ม่าน พรม และ วัสดุอ่อนนุ่มสำหรับดูดกลืนเสียง หอแสดงดนตรีจะถูกออกแบบอย่างดีด้วย ตัวดูดกลืนเสียงเพื่อให้แน่ใจว่ามีเสียงกังวานที่เหมาะสม