บทที่2 คลื่นเสียง

เสียงเป็นคลื่นความดัน (Pressure Wave) จะต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ ดังนั้นจึงสามารถเคลื่อนที่ผ่านอากาศ ของแข็งหรือของเหลว แต่ไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านสูญญากาศได้ คลื่นเสียงเป็นคลื่นตามยาวเกิดจากการสั่นของวัตถุ ความถี่ของเสียงจะมีค่าเท่ากับความถี่ของแหล่งกำเนิด และในขณะที่มี การสั่น โมเลกุลของตัวกลางจะมีการถ่ายทอดพลังงานทำให้เกิดความดันอากาศที่เปลี่ยนแปลงไปตามตำแหน่ง ทำให้เกิดเป็นช่วงอัด และ ช่วงขยายโดยที่ช่วงอัดคือบริเวณที่อนุภาคของตัวกลางอัดเข้าหากัน บริเวณนี้มีจะมีความดันสูงสุดโดยเทียบกับความดันที่ตำแหน่ง สมดุลของอนุภาค โดยการขจัดของอนุภาคน้อยที่สุด ส่วนช่วงขยายคือบริเวณที่อนุภาคตัวกลางแยกห่างจากกัน บริเวณนี้มีความดัน ต่ำสุดโดยเทียบกับความดันที่ตำแหน่งสมดุลของอนุภาค การขจัดของอนุภาคมากที่สุด ซึ่งสามารถเขียนเป็นกราฟได้ ดังรูป เสียงเป็นคลื่นตามยาวชนิดหนึ่งซึ่งอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ ดังนั้นคุณสมบัติของเสียงจึงเหมือนคลื่นทุกประการ ตามปกติหูคนสามารถได้ยินเสียงในช่วงความถี่ 20 เฮิร์ตซ์ ถึง 20,000 เฮิร์ตซ์ คลื่นเสียงที่มีความถี่สูงกว่า 20,000 เฮิร์ตซ์นั้น เรียกว่าคลื่นเหนือเสียงหรืออัลตราโซนิก (ultrasonic) ส่วนเสียงที่ความถี่ต่ำกว่า 20 Hzเรียกว่าคลื่นใต้เสียงหรืออินฟราโซนิก(Infrasonic Wave) 1. ธรรมชาติและความดันของเสียง เสียงเป็นคลื่นความดัน (Pressure Wave) จะต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ ดังนั้นจึงสามารถเคลื่อนที่ผ่านอากาศ ของแข็งหรือของเหลว แต่ไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านสูญญากาศได้ คลื่นเสียงเป็นคลื่นตามยาวเกิดจากการสั่นของวัตถุ ความถี่ของเสียงจะมีค่าเท่ากับความถี่ของแหล่งกำเนิด และในขณะที่มี การสั่น โมเลกุลของตัวกลางจะมีการถ่ายทอดพลังงานทำให้เกิดความดันอากาศที่เปลี่ยนแปลงไปตามตำแหน่ง ทำให้เกิดเป็นช่วงอัด และ ช่วงขยายโดยที่ช่วงอัดคือบริเวณที่อนุภาคของตัวกลางอัดเข้าหากัน บริเวณนี้มีจะมีความดันสูงสุดโดยเทียบกับความดันที่ตำแหน่ง สมดุลของอนุภาค โดยการขจัดของอนุภาคน้อยที่สุด ส่วนช่วงขยายคือบริเวณที่อนุภาคตัวกลางแยกห่างจากกัน บริเวณนี้มีความดัน ต่ำสุดโดยเทียบกับความดันที่ตำแหน่งสมดุลของอนุภาค การขจัดของอนุภาคมากที่สุด ซึ่งสามารถเขียนเป็นกราฟได้ ดังรูป

รายละเอียดทั่วไปของคลื่นเสียง ความถีคลื่นเสียงคือระดับความถี่ที่มนุษย์สามารถ รับฟังได้ปกติ ระหว่าง 20 Hz to 20,000 Hz คลื่นต่ำ (Infrasonic waves) ความถีที่ต่ำกว่า 20 Hz คลื่นเหนือเสียง (Ultrasonic waves) ความถี่ที่สูงกว่า 20,000 Hz ความสัมพันธ์ ระหว่างความถี ความยาวคลื่น และความเร็วคลื่น v = λ f

ความเร็วคลื่นเสียง(Speed of Sound) ความเร็วคลื่นเสียงในตัวกลางของแข็งมากกว่าในตัวกลางของเหลว และความเร็วในของเหลว มากกว่าในตัวกลางที่เป็นกาซ ส่วนความเร็วคลื่นเสียงในตัวกลางที่เป็นเส้นหาได้จาก Y คือยังมอดูลัสของวัสดุที่เป็นตัวกลาง ρ คือความหนาแน่น ความเร็วเสียงในของเหลว(Fluid B คือบลัคมอดูลัสของของเหลว ρ คือความหนาแน่นของของเหลว ความเร็วเสียงในตัวกลางอากาศ ความหนาแน่นแปรเปลี่ยนตามอุณหภูมิดังนั้น 331 m/s ความเร็วเสียงที่อุณหภูมิ 0° C T คืออุณหภูมิของตัวกลาง ความเข้มเสียง (Intensity of Sound Waves) intensity ของคลื่นคืออัตราการส่งผ่านพลังงานต่อหน่วยพื้นที่ A ที่ปกคลุมโดยรอบและตั้งฉาก กับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น P