บทที่ 12 เสียง620906 P1-20 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง เสยง เรยบเรยงโดยครบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com หนา 1

บทท 12 เสยง

12.1 ธรรมชาตของเสยง

1. การเกดขนของเสยง คอ เสยงเกดจากการสนสะเทอนของวตถตาง ๆ

2. การสนของวตถ เชน การสนของสายกตาร จะมการถายโอนพลงงาน การสนจากตนกาเนดเสยงมายงหคนฟง (ถาไมมอากาศจะไมเกดเสยง) 3. แหลงกาเนดของเสยงสนครบ 1 รอบ จะได 1 ลกคลน เทากบ 1 4. ความถของแหลงกาเนดเสยงเทากบความถเสยง 5. การจะเกดเสยงได ตองมองคประกอบ 3 อยาง

5.1 มแหลงกาเนดเสยง 5.2 มการสนของแหลงกาเนดเสยง 5.3 มตวกลางใหคลนเสยงเคลอนทผาน

6. ถาไมมอากาศเสยงวงไมได เชน เสยงวงผานอวกาศไมได 7. เสยงเปนคลนกล คอ เสยงเปนคลนกล เพราะตองมตวกลางถงจะเกดเสยงได 8. เสยงเปนคลนตามยาว คอ เสยงเปนคลนตามยาว เพราะเวลาคลนเสยงเคลอนท ทศคลน ทศตวกลางขนานกน คลนเสยง (sound wave) นกฟสกสไดจาแนกชนดของคลนเสยงตามความถของคลนและความสามารถใน การไดยนของมนษย ดงน 1. คลนทไดยน หรอ เสยง (audible waves or sounds) เปนคลนเสยงทมความถอยในชวงทมนษยไดยน คออยในชวง 20 – 20,000 เฮรตซ 2. คลนใต เสยง (infrasonic waves or infrasosounds) เปนคลนเสยงทมความถตากวาชวงความถทมนษยไดยน คอ ตากวา 20 เฮรตซ 3. คลนเหนอเสยง (ultrasonic waves or untrasosounds) เปนคลนเสยงทมความถสงกวาชวงความถทมนษยไดยน คอ สงกวา 20,000 เฮรตซ 12.1.1 การเคลอนทของคลนเสยง ถาวตถสน เชน การสนของสายกตาร จะไปสนโมเลกลอากาศโดยรอบและมการถายโอนพลงงานคลนเสยงกบอากาศจะอยในแนวเดยวกน


ความรประกอบการเคลอนทของเสยงผานตวกลาง 1. คลนเสยงเคลอนทโดยโมเลกลของตวกลางไมไดเคลอนทไปพรอมกบคลนเสยง แตจะเคลอนทแบบสนกลบไปกลบมา 2. เมอคลนเสยงวงผานไป โมเลกลอากาศจะสนไปมาและอยในทตาแหนงเดม 3. การสนของเสยงพลงงานจะถกถายโอนจากแหลงกาเนดไปยงหผฟง 4. ความถของแหลงกาเนดเทากบความถเสยง

5.บรเวณทอากาศอดตวสงกวาปกตจะเกดเสยงดงมากบรเวณทอากาศอดตวนอยกวาปกตจะเกดเสยงดงคอย 6. กราฟระหวางความดนกบระยะทางและการกระจดกบระยะทางมเฟสตางกน 90o 7. ระยะหางจากชวงอากาศอดตวเทากบ และชวงอดถงชวงขยายตวเทากบ /2

8. ความเรวเสยงจะเคลอนทดวยความเรวคงท ถาอณหภมคงท

รปแสดงโมเลกลของคลนเสยงเคลอนทผานอากาศ

A. กราฟระหวางความดนกบระยะทางของแนวการเคลอนทของคลนเสยง B. กราฟระหวางการกระจดกบระยะทางของแนวการเคลอนทของคลนเสยง

แบบฝกหด 12.1.1 การเคลอนทของคลนเสยง 1. (O-NET49) คลนใดตอไปน เปนคลนทตองอาศยตวกลางในการเคลอนท 1. คลนแสง 2. คลนเสยง 3. คลนผวนา คาตอบทถกตองคอ 1. ทง 1 , 2 และ 3 2. ขอ 2 และ 3 3. ขอ 1 เทานน 4. ผดทกขอ 2. (O-NET52) ขอใดตอไปนถกตองเกยวกบคลนตามยาว 1. เปนคลนทไมตองอาศยตวกลางในการเคลอนท 2. เปนคลนทเคลอนทไปตามแนวยาวของตวกลาง 3. เปนคลนทอนภาคของตวกลางมการสนไดหลายแนว 4. เปนคลนทอนภาคของตวกลางมการสนในแนวเดยวกบการเคลอนทของคลน 3. ถายานอวกาศAและยานอวกาศ B อยในบรเวณทเปนสญญากาศ เมอยานอวกาศ A เกดระเบด คนในยาน อวกาศ B จะไดยนเสยงหรอไมเพราะเหตใด


12.1.2 อตราเรวเสยง เนองจากเสยงเปนคลน อตราเรวเสยง (v) มสมพนธกบความยาวคลน () และความถของคลน (f)

ดงสมการ

v = f …………………………………….( 12.1 ) เมอ v แทน ความเรวของคลนเสยง

f แทน ความถของคลนเสยง แทน ความยาวคลนของคลนเสยง

นอกจากนอตราเรวเสยง ยงขนอยกบ 1. ตวกลาง เสยงจะเคลอนทเรวทสดเมอตวกลางเปนของแขง รองลงมาคอของเหลว และเคลอนทผาน

แกสไดชาทสด

Vของแขง > Vของเหลว > Vแกส

2. ความหนาแนนของตวกลาง ความหนาแนนมากความเรวมาก ความหนาแนนนอยความเรวนอย 3. อณหภมของตวกลาง อตราเรวของเสยงเปนปฏภาคโดยตรงกบรากทสองของอณหภมสมบรณ

ขณะนน ถาให v แทน ความเรวของเสยงในอากาศ

T แทน อณหภมสมบรณ (t + 273) ( T เปน อณหภมเคลวน t เปนอณหภมเปนเซลเซยส) v T

สตรเปรยบเทยบ 2

1

VV

= 2

1

TT

………………………..(12.2 )

ถาแปลงอณหภมเปนเซลเซยส จากการทดลองพบวาทอณหภม t = 0 oC เสยงจะมความเรวเทากบ 331 m/s

แทนในสมการ 12.2 C0

Ct

V

V

= 273+0273+t

จะได v t = v0 + 0.6 t ..………………..(12.3)

หรอ v t = 331 + 0.6 t …………..………(12.4)

เมอ v t แทน อตราเรวของเสยงในอากาศท t ๐C v0 แทน อตราเรวของเสยงในอากาศท 0 ๐C

อตราเรวของเสยงในอากาศท 0 ๐C ประมาณ 331 m / s และถาอณหภมเปลยนไป 1 ๐C อตราเรวของเสยงจะเปลยนเปน 0.6 m / s


แบบฝกหด 12.1.2 อตราเรวเสยง 1. จงหาอตราเรวของเสยงในอากาศทอณหภม 25 องศาเซลเซยส และ 30 องศาเซลเซยส 2. จงหาอตราเรวของเสยงในอากาศทอณหภม 30 C กาหนดใหอตราเรวของเสยงในอากาศท 0 C เทากบ 331 m / s 3. จงหาอตราเรวของเสยงในอากาศทอณหภม 323 K กาหนดใหอตราเรวของเสยงในอากาศท 0 C เทากบ 331 m / s 4. ทอณหภม 20 C กบ 40 C อตราเรวของเสยงจะตางกนเทาใด 5. ทอณหภม 283 K กบ 313 K อตราเรวของเสยงจะตางกนเทาใด 6. ทอณหภม 35 C คลนเสยงทมความถ 1 กโลเฮรตซ จะมความยาวคลนเทาใด 7. ถาเสยงมความเรว 300 เมตรตอวนาท ระยะหางระหวางสวนอดทอยตดกนหางกน 1.5 เมตร ความถของ คลนเสยงเปนเทาใด 8. ถาเสยงมความเรว 400 เมตรตอวนาท ระยะหางระหวางสวนขยายทอยตดกนหางกน 2 เมตร ความถของ คลนเสยงเปนเทาใด 9. คางคาวสงคลนอลตราโซนก ความยาวคลนสนทสด 0.3 มลลเมตร ออกมาถาอตราเรวของเสยงในอากาศ ขณะนนเทากบ 330 เมตรตอวนาท ความถของคลนทมากทสดทคางคาวสงออกมามคาเทาใด 10. คนทมบานพกรมทางรถไฟมกตรวจสอบวาจะมขบวนรถไฟผานหรอไม โดยใชหแนบกบรางรถไฟ เพราะเหต ใดจงทาเชนนน 11. จะมวธทดสอบไดอยางไรวา อตราเรวเสยงในอากาศทอณหภมหนง ๆ มคาคงตวโดยไมขนอยกบความถ 12. จงหาความยาวคลนของเสยงซงมความถ 1000 เฮรตซ ขณะคลนเสยงผานอากาศ นาและเหลกทมอณหภม 20 องศาเซลเซยสเทากน กาหนดใหอตราเรวขงเสยงในอากาศ นา และเหลก ทอณหภม 20 องศาเซลเซยส มคา เปน 343 1482 และ 5941 เมตรตอวนาท ตามลาดบ (0.34 m, 1.48 m, 5.94 m) 13. (O-NET52) ขอใดตอไปนทมผลทาใหอตราเรวของคลนเสยงในอากาศเปลยนแปลงได 1. ลดความถ 2. เพมความยาวคลน 3. เพมแอมพลจด 4. ลดอณหภม 14. (O-NET54) ปจจยตอไปนมผลตอความเรวเสยงในอากาศ 1. ความถ 2. อณหภม 3. ความดง 4. ความเขมเสยง 15. (มข.51) ขอใดตอไปน มผลตออตราเรวของเสยง ก. อณหภม ข. ความถ ค. ความยาวคลน คาตอบทถกตองคอ 1. ขอ ก. เทานน 2. ขอ ก. และ ขอ ข. 3. ขอ ก. และ ขอ ค. 4. ขอ ข. และ ขอ ค. 16. (มข.53) เปดเสยงความถ 200 เฮรตซ ใหเคลอนทกระจายไปในอากาศทมอณหภม 25 ๐C จงหาคาความยาว คลนเสยง 1. 500 เมตร 2. 346 เมตร 3. 8.0 เมตร 4. 1.73 เมตร 17. (มข.54) ถาอากาศมอณหภม 0 ๐C ความเรวเสยงในอากาศมคาเทาไร

1. 330 เมตร/วนาท 2. 331 เมตร/วนาท 3. 340 เมตร/วนาท 4. 343 เมตร/วนาท


โซนาร

12.1.3 พฤตกรรมของเสยง เนองจากเสยงเปนคลนชนดหนงจงมสมบตการสะทอน การหกเห การเลยวเบน และการแทรกสอด เราสามารถศกษาพฤตกรรมของเสยงไดจากปรากฏการณตอไปน

การสะทอนของเสยง

เมอคลนเสยงเดนทางจากตวกลางหนงไปยงอกตวกลางหนงทมความหนาแนนตางกน เสยงจะเกด การสะทอน เชน เสยงเดนทางจากอากาศไปยงฝาผนง

สรปเกยวกบคณสมบตการสะทอนของเสยงไดดงน 1. เสยงเดนทางจากตวกลางทหนาแนนมากไปยงตวกลางทหนาแนนนอยกวา จะทาใหเสยงสะทอน

เพยงบางสวนเทานน โดยทคลนสะทอนจะกลบเฟส 180 องศา สวนทเหลอจะเคลอนทตอไป 2. เสยงเดนทางจากตวกลางทหนาแนนนอยกวาไปยงตวกลางทมความหนาแนนมากกวา จะทาใหเสยง

สะทอนกลบมเฟสเหมอนเดม 3. การสะทอนของคลนเสยง มหลกการเดยวกบคลนทว ๆ ไป คอ

- ทศทางของคลนตกกระทบ เสนปกต ทศทางคลนสะทอนตองอยในระนาบเดยวกน - มมตกกระทบเทากบมมสะทอน

4. เสยงกอง ( Echo Sound ) เปนเสยง ๆ เดยวกนทเราไดยนซ า ๆ กนหลายครง ซงเปนผลเนองจากเสยงสะทอนจากสงกดขวาง โดยทวไปเสยงทสงผานไปยงสมองจะยงคางอยนาน 0.1 วนาท ถาเสยงทเปลงออกไปนนเกดการสะทอนกลบมาใหไดยนในชวงเวลาทมากกวา 0.1 วนาท เราสามารถแยกสะทอนทเปลงออกไปได เรยกเสยงสะทอนในกรณนวา เสยงสะทอนกลบ (echo) แตถาเราสงเสยงในหองทแคบ เชน ในหองนา เสยงสะทอนทเกดขนจะกลบเขามาทหในชวงเวลาทสนกวา 0.1 วนาท ซงเราไมสามารถแยกเสยงทเปลงออกไปกบเสยงทสะทอนกลบออกจากกนได เรยกปรากฏการณนวา การกงวาน (reverberation)

ประโยชนของเสยงสะทอนกบมนษยและสตว 1. ใชในการหาอาหารของสตวบางชนด เชน คางคาว ปลาโลมา 2. ใชผลตเครองโซนา ( SONAR ) ซงสามารถผลตคลนเสยงอลตราโซนกขนได ซงคลนนเมอสงไป

กระทบกบสงกดขวางจะสะทอนกลบเขาเครอง ทาใหทราบลกษณะทศ ระยะทางของสงกดขวาง

3. ใชตรวจรอยราวในเนอโลหะ 4. ใชในทางการแพทย เพอตรวจดความผดปกตของเนอเยอภายใน เชน นยนตา ตบ มดลก มะเรงใน

สมอง และทารกในครรภ ทใชในวงการแพทยมชวงความถ ระหวาง 1,000,000 - 4,000,000 Hz 5. ใชในการฆาเชอโรค และทาความสะอาดเสอผา


การหกเหของคลนเสยง เมอเสยงเคลอนทผานตวกลางตางชนดกนหรอแมแตตวกลางชนดเดยวกนแตมอณหภมตางกน จะมผลใหอตราเรวของคลนเสยงเปลยนไป เชน ขณะทพายฝนฟาคะนอง ในบางครงปรากฏวาเหนฟาแลบ แตไมไดยนเสยง เนองจากเสยงทเกดขน เกดการหกเหในชนบรรยากาศกลบไปหมด จงไมมคลนเสยงสงมายงหเรา

อากาศทอณหภมสง จะมความหนาแนนนอยกวาอากาศทมอณหภมตา ดงนนเสยงเคลอนทผานอากาศทมอณหภมตางกนจะเกดการหกเห และทศทางของคลนเสยงจะเปลยนไป

- คลนเสยงทเคลอนทจากความเรวตาสความเรวสง จะหกเหออกจากเสนปกต - คลนเสยงทเคลอนทจากความเรวสงสความเรวตา จะหกเหเขาหาเสนปกต

รป 12.1 การหกเหของเสยง

การเลยวเบนของเสยง การไดยนเสยงคนคยกนในหอง ทงทผฟงอยนอกหอง ทเปนเชนนกเพราะเสยงเลยวเบนออกมาดานนอก

ของหองผานทางชองหนาตางหรอประต ทาใหผทอยอกดานหนงของผนงหองไดยนเสยงของคนทพดกนอยในหองไดแมจะมผนงกนทางเดนของเสยงกตาม ดงรป 12.2

รป 12.2 การเลยวเบนของเสยงออกนอกหอง


การแทรกสอดของเสยง จากการสงเกตบรเวณทมการเปดลาโพง 2 ตว เมอไปยนในตาแหนงตาง ๆ ในแนวทขนานกบแนวของลาโพงทงสองตว ดงรป 12.3 ก จะพบวา บางตาแหนงไดยนเสยงไมชดเจน และเมอเดนตามแนวเสนตรงนนจะไดยนเสยงชดเจนบาง ไมชดเจจนบางสลบกนไป หากพจารณาลาโพงทงสองเปนแหลงกาเนดอาพนธ ดงรป 12.3 ข จะเกดการแทรกสอดของเสยง เกดเสยงดง-คอย ในลกษณะเดยวกนกบ การเกดปฏบพและบพจากการแทรกสอดของคลนผวนาหรอการเกดแถบสวาง-แถบมด จากการแทรกสอดของแสงนนคอ เสยงมการแทรกสอดเชนเดยวกบคลนชนดตาง ๆ โดยตาแหนงทเกดปฏบพจะไดยนเสยงดง และตาแหนงทเกดบพจะไมไดยนเสยงหรอไดยนเสยงคอย

รป 12.3 ตาแหนงทไดยนเสยงดง-คอยตามแนวเสนตรงทขนานกบลาโพงทงสอง

แบบฝกหด 12.1.3 พฤตกรรมของเสยง 1. (O-NET49) ชาวประมงสงคลนโซนารไปยงฝงปลา พบวาชวงเวลาทคลนออกไปจากเครองสงจนกลบ มาถงเครองเปน 1.0 วนาทพอด จงหาวาปลาอยหางจากเรอเทาใด กาหนดใหอตราเรวของคลนในนาเปน 1,540 เมตร/วนาท 1. 260 m 2. 520 m 3. 770 m 4. 1,540 m 2. (O-NET50) ขอใดตอไปนเปนวตถประสงคของการบผนงของโรงงานภาพยนตรดวยวสดกลนเสยง 1. ลดความถของเสยง 2. ลดความดงของเสยง 3. ลดการสะทอนของเสยง 4. ลดการหกเหของเสยง 3. (O-NET52) ขอใดไมถกตอง 1. คางคาวอาศยคลนเสยงในยานอนฟราโซนกในการบอกทศทางและจบเหยอ 2. สนขสามารถไดยนเสยงทมความถในยานอตราโซนกได 3. เสยงทมความถในยานอนฟราโซนกจะมความถตากวาความถทมนษยสามารถไดยน 4. คลนเสยงในยานอลตราโซนกสามารถใชทาความสะอาดเครองมอแพทย


4. (O-NET52) เครองโซนารในเรอประมงไดรบสญญาณสะทอนจากทองทะเล หลงจากสงสญญาณลงไป เปนเวลา 0.4 วนาท ถาอตราเรวเสยงในนาเปน 1,500 เมตรตอวนาท ทะเลมความลกเทาเทากบขอใด 1. 150 เมตร 2. 300 เมตร 3. 600 เมตร 4. 900 เมตร 5. (O-NET53) วสดทใชในการบผนงโรงภาพยนตรมผลในการลดปรากฏการณใดของเสยง 1. การหกเห 2. การสะทอน 3. การสนพอง 4. ดอพเพลอร 6. (O-NET54) หองประชมหรอโรงภาพยนตร มกบเพดานหองดวยกระดาษชานออย ตดผามานทผนงหอง และปพรมทพน ทงนเพอชวยลดเสยงทเกดจากคณสมบตขอใด 1. การสะทอนของเสยง 2. การหกเหของเสยง 3. การแทรกสอดของเสยง 4. การเลยวเบนของเสยง 7. ขอใดเกยวกบการหกเหของคลน (O-NET57)

1. คางคาวสามารถบนหลบสงกดขวางไดในทมด 2. การไมไดยนเสยงฟารอง แตเหนฟาแลบ 3. การบผนงหองประชมดวยวสดดดซบเสยง 4. การตรวจจบเครองบนดวยเรดาร 5. การไดยนเสยงเพลงแมหนลาโพงไปทางอน

8. สมบตขอใดททาใหคลนแตกตางไปจากวตถมวล (2 คาตอบ) (O-NET57) 1. การสะทอน 2. การหกเห 3. การแทรกสอด 4. การเลยงเบน 5. ความเรว 6. ความเรง

9. กรวยโทรโขงททาจากกระดาษทาใหเราสามารถสงเสยงไปไดไกลขนกรวยโทรโขงกระดาษ ดงกลาว ไดใชประโยชนจากหลกการใดของคลนเสยง (O-Net 58) 1. การสะทอน 2. การหกเห

3. การแทรกสอด 4. การเลยวเบน 5. การเกดบตส

10. คางคาวตองใชความถคลนเสยงประมาณกกโลเฮรตซ จงจะบนไมชนลวดทมเสนผานศนยกลาง 3 มลลเมตร (O-Net 60) 1. 120 2. 100 3. 50 4. 40 5. 30 11. (มข.50) ชายคนหนงยนตะโกนเขาใสหนาผา เขาไดยนเสยงสะทอนกลบมาหลงจากตะโกนไป 1 วนาทถา ความเรวของเสยงในอากาศขณะนนเทากบ 350 เมตรตอวนาท จงหาวา หนาผาอยหางจากชายคนน เปน ระยะทางเทาไร 1. 35 เมตร 2. 175 เมตร 3. 350 เมตร 4. 700 เมตร 12. กาหนดให อตราเรวเสยงในนาทะเลเปน 1500 m/s และในอากาศปกตเปน 300 m/s สงคลนเสยงทมความ ยาวคลนในอากาศเปน 0.5 m ลงไปทผวนาทะเลในแนวดงในชวงเวลาสนๆ หลงจากนน 6 s ไดยนเสยง สะทอนกลบ จงหาความลกของนาทตาแหนงนน และความถของคลนเสยงทใช (มข.56) 1. ทะเลลก 4500 m เสยงมความถ 600 Hz 2. ทะเลลก 9000 m เสยงมความถ 600 Hz 3. ทะเลลก 4500 m เสยงมความถ 3000 Hz 4. ทะเลลก 9000 m เสยงมความถ 3000 Hz


12.2 การไดยนเสยง การทเราจะไดยนเสยงนน นอกจากปจจยดานความถของเสยงทหของมนษยสามารถตอบสนองไดแลว พลงงานเสยงซงเกยวของกบแอมพลจดของคลนเสยงกเปนอกปจจยหนงทสงผลตอการไดยนเสยงเชนกน จะไดศกษาดงตอไปน

12.2.1 ความเขมเสยง แหลงกาเนดทมชวงกวางของการสน ( amplitude ) กวางมาก จะเกดเสยงดงกวาเสยงทม amplitude นอย

ในทางวทยาศาสตร เรยกความดงของเสยงวา ความเขมของเสยง การวดความเขมของเสยงวดไดจากพลงงานของเสยงทตกตงฉากบน 1 หนวยพนทใน 1 หนวยเวลา มหนวยเปนวตตตอตารางเมตร ( watt/m2 ) และหาไดจากสมการดงตอไปน

เมอ I แทน ความเขมของเสยง ( watt/m2 ) P แทน กาลงของเสยงจากแหลงกาเนดเสยง ( watt ) R แทน ระยะระหวางแหลงกาเนดเสยงกบจดทพจารณา ( m )

A แทน พนทของเสยงทตกตงฉากกบแหลงกาเนดเสยง ( m2 ) S แทน จดกาเนดคลนเสยงทมหนาคลนเปนรปทรงกลม

พนท ๆ เสยงตกตงฉากกคอ พนทผวทรงกลม ซงมพนท = 4R2

I = A

P = 2R 4π

P ………………………...……(12.6)

I 2R

1

ความเขมเสยงสงสดทมนษยไดยน ( เสยงดง ) 1 watt / m2 ความเขมเสยงตาสดทมนษยไดยน ( เสยงเบา ) 10- 12 watt/m2

12.2.2 ระดบเสยงและความถของเสยงกบการเรมไดยน เมอหาอตราสวนระหวางความเขมเสยงทดงทสดทมนษยทนฟงไดกบความเขมเสยงเบาทสดทมนษยไดยน

มคามากถง 1012 ดงนนเพอความสะดวกในทางปฏบต จงนยมใช ระดบเสยง เปนปรมาณทบอกความดงของเสยงแทน ความเขมเสยง และเปนเกยรตแก อเลกซานเดอร เกรแฮม เบล ระดบความเขมของเสยงและมหนวยเรยกวา เบล แตเนองจากเบลเปนหนวยทใหญเกนไป ไมสามารถบอกความละเอยดทจะบอกคาความดงของเสยงตาง ๆ ได จงแบงเปนหนวยยอยลงไป เรยกวา เดซเบล ( dB ) มนษยสามารถไดยนเสยงทมความดงทระดบความเสยงตงแต 0 – 120 เดซเบล เสยงทดงมากเกนไปอาจทาใหหหนวกได เชน เสยงฟาผาใกล ๆ ตว ทมคาความดงเกน 120 dB เปนตน เสยงทมความดงไมมากแตไดยนเปนเวลานานหลายชวโมงกอาจเปนอนตรายได เชน เสยงเครองจกรในโรงงานอตสาหกรรม ( มลภาวะทางเสยง ) องคการอนามยโลกจงกาหนดวาเสยงทปลอดภยตองมความเขมไมเกน 85 dB เมอตองไดยนตดตอกนวนละ 8 ชวโมงขนไป เสยงทดงไมถงขนเปนอนตรายกบห แตอาจมผลกระทบทางดานจตใจได เชน ทาใหเกดความเครยด ไมมสมาธ เปนตน

S

R A


เราสามารถหาระดบเสยง ไดดงน

= 10 log 0I

I …………………(12.7)

เมอ แทน ระดบเสยงทจดพจารณา ( dB , เดซเบล )

I แทน ความเขมของเสยงขณะใดขณะหนงทจดพจารณา ( watt/m2 )

I0 แทน ความเขมของเสยงตาสดทมนษยไดยน = 10- 12 watt/m2

ตาราง แสดงระดบความเขมเสยงจากแหลงกาเนดตาง ๆ

แหลงกาเนด ระดบความเขมเสยง (dB) ผลการรบฟง การหายใจปกต 10 แทบจะไมไดยน การกระซบแผวเบา 30 เงยบมาก สานกงานทเงยบ 50 เงยบ การพดคยธรรมดา 60 ปานกลาง เครองดดฝ น 75 ดง โรงงานทวไป , ถนนทมการจราจรหนาแนน 80 ดง เครองเสยงสเตอรโอในหอง , เครองเจาะถนน 90 รบฟงบอย ๆ แบบอดลม การไดยนจะ เครองตดหญา 100 เสอมอยางถาวร ดสโกเธค การแสดงดนตรประเภทรอค 120

ไมสบายห ฟาผาระยะใกล 130 เครองบนไอพนกาลงขนทระยะใกล 150 เจบปวดในห จรวดขนาดใหญกาลงขนทระยะใกล 180 แกวหชารดทนท

ขอสงเกต 1. I รวมกนตรง ๆ ได คอ I รวม = I1 + I2 + I3 2. รวมกนตรง ๆ ไมได คอ รวม 1 + 2 + 3

12.2.3 ระดบสงตาของเสยงและคณภาพเสยง ลกษณะของเสยงทไดยน แบงได 2 ลกษณะ คอ 1. เสยงดง - คอย ขนอยกบอมพลจดของเสยง ถาคลนเสยงอมพลจดมากเสยงดงมาก ถาคลนเสยง

อมพลจดนอยเสยงดงคอย 2. เสยงแหลม – ทม (หรอระดบเสยง) ขนกบความถของเสยง ถาคลนเสยงมความถสงเสยงจะแหลม ถาคลนเสยงมความถตาเสยงจะทม ความถตาสด – ความถสงสดทหคนปกตไดยนเทากบ 20 – 20,000 เฮรตซ คณภาพของเสยง(Quality) หมายถงความไพเราะของเสยง ขนอยกบจานวนโอเวอรโทนของเสยงถาจานวนโอเวอรโทนมากเสยงจะนมนวล ถาจานวนโอเวอรโทนนอยความนมนวลของเสยงจะนอยลง


เพมเตม 1. ความถมลฐาน (Fundamental) คอความถตาสดของคลนนงในหลอดทดลอง ซงจะทาใหคลนทไดมความยาวคลนมากทสด 2. โอเวอรโทน (Overtone) คอความถของคลนนงทถดจากความถมลฐาน กรณของคลนนงในหลอด Overtone มคาขนกบจานวน loop 3. ฮารโมนก (Hamonic) คอตวเลขทบอกวาความถนนเปนกเทาของความถมลฐาน

ชอเรยกความถตางๆ คาความถ คาฮารมอนก จานวนฮารมอนก ตอนแรก f1 ฮารมอนกท 1 ความถมลฐาน

f2 = 2f1 ฮารมอนกท 2 โอเวอรโทนท 1 f3 = 3f1 ฮารมอนกท 3 โอเวอรโทนท 2 fn = nf1 ฮารมอนกท n โอเวอรโทนท n-1

12.2.4 มลภาวะของเสยงและการปองกน เมอเราอยใกลบรเวณทกาลงมการตอกเสาเขมหรอมการขดเจาะถนนดวยเครองเจาะหรอบรเวณโรงงานอตสาหกรรมทมเครองจกรขนาดใหญ หรอแมแตในบรเวณสนามบน เสยงทเกดขนในบรเวณเหลาน จะเปนเสยงทมระดบความเขมเสยงสง ถาหรบฟงเสยงเหลานตดตอกนนาน ๆ จาทาใหสภาพหและสภาพจตใจของผฟงผดปกตได ดงนนผททางานในบรเวณทมระดบความเขมสง จงตองมจกอดหหรอทครอบหหรอวสดเกบเสยงอนๆ เพอชวยลดระดบความเขมเสยงใหหปลอดภย เนองจากเสยงทมระดบความเขมเสยงสง เปนอนตรายตอผฟงทอยใกล กระทรวงมหาดไทยจงไดออกประกาศเกยวกบความปลอดภยในการทางานในบรเวณทมเสยงดงโดยมเกณฑ ดงแสดงในตาราง

ตาราง ประกาศกระทรวงมหาดไทย เรองความปลอดภยเกยวกบเสยง

เวลาในการทางานตอวน ( ชวโมง ) ระดบความเขมเสยงทคนทางานไดรบอยางตอเนองตองไมเกน (เดซเบล) นอยกวา 7 7 – 8

มากกวา 8

91 90 80

เสยงทมระดบความเขมเสยงสง และเสยงททาความราคาญแกหผฟง คอ มลภาวะของเสยง การปรบปรงหรอแกไข แหลงกาเนดเสยงใหมกาลงเสยงลดลง จะทาใหระดบความเขมของเสยงลดลงดวย จงจดเปนการลดมลภาวะของเสยงวธหนง ในกรณทเราไมสามารถแกไขความดงของเสยงทแหลงกาเนดเสยงได การปองกนโดยวธอน ๆ เชน การใชจกอดห หรอทครอบห หรอการตดตงวสดเกบเสยง จะสามารถชวยลดมลภาวะของเสยงได


แบบฝกหด 12.2 การไดยนเสยง

1. ชายคนหนงขณะอยหางจากแหลงกาเนด 3 เมตรจะไดยนเสยงมความเขม 10- 8 W / m2 แหลงกาเนดเสยงมกาลง

เสยงกวตต (36 10- 8 วตต)

2. ความเขมของเสยงทนอยทสดทมนษยรบฟง ไดมคา 10 – 12 วตตตอตารางเมตร เสยงทมความเขม 10 – 10 วตต ตอตารางเมตรจะมระดบความเขมเสยงเปนเทาใด 3. แมลงตวหนงบนหนไปในแนวเสนตรงดวย ความเรว 0.1 m/s จากคนคนหนงซงยนอยนงในทโลงอยากทราบ วาคนนนจะไดยนเสยงจากการบนของแมลงนานเทาใด ถากาหนดใหอตราของพลงงานเสยงทแมลงนนสงออก

มาเทากบ 4 10 – 12 วตต เมอเสยงทเบาทสดทมนษยสามารถไดยนไดมความเขม 10– 12 วตต/ตารางเมตร 4. สไวโอลนหนงตวมระดบความเขมเสยง 10 เดซเบล ถาจะใหระดบความเขมเสยง เปน 30 เดซเบล จะตอง สไวโอลนพรอมกนกตว

5. (O-NET49) เสยงผานหนาตางในแนวตงฉาก มคาความเขมเสยงทผานหนาตางเฉลย 1.0 10 - 4 วตตตอ ตารางเมตร หนาตางกวาง 80 เซนตเมตร สง 150 เซนตเมตร กาลงเสยงทผานหนาตางมคาเทาใด

1. 0.8 10- 4 W 2. 1.2 10- 4 W 3. 1.5 10- 4 W 4. 8.0 10- 4 W 6. (มข.50) โรงงานแหงหนงเปดเครองจกรเครองหนง และวดระดบความเขมเสยงทเกดจากการทางานของ เครองจกรได 80 เดซเบล ถาโรงงานนเปดใชเครองจกรทงหมดทมอย 20 เครอง จะวดระดบความเขมเสยง ไดเทาไร (สมมตใหความเขมเสยงทออกมาจากเครองจกรแตละเครองมขนาดเทากนทตาแหนงเครองวด) (กาหนดให log 2 = 0.3) 1. 86 เดซเบล 2. 93 เดซเบล 3. 100 เดซเบล 4. 160 เดซเบล 7. (มข.51) ถาลาโพงเครองหนงมกาลงลดลงจากเดม 10 % และผฟงยนหางจากลาโพงเปน 2 เทาของระยะหางเดม จงหาวาผฟงจะไดยนเสยงทมระดบความเขมเสยงลดลงกเดซเบล กาหนดให log 2 = 0.3 log 3 = 0.5 1. 6.0 2. 4.0 3. 3.0 4. 2.0 8. (มข.51) เมอยงปน 1 นด ทาใหเกดเสยงทมระดบความเขมเสยง 20 เดซเบล ถาตองการทาใหเกดเสยงทม ระดบความเขมเสยง 40 เดซเบล จะตองยงปนพรอมกนกกระบอก 1. 2 2. 10 3. 20 4. 100 9. (มข.52) ความเขมเสยง 18 x 10-7 วตตตอตารางเมตร คดเปนระดบความเขมเสยงกเดซเบล (กาหนดให log2 = 0.3010 และ log3 = 0.4771) 1. 5.26 2. 50 3. 52.6 4. 62.6 10. (มข.53) เมอเรายนหางจากแหลงกาเนดเสยงคงตว 10 เมตร เราไดยนเสยงดวยระดบความเขม 50 เดซเบล ถาเราเดนเขาหาแหลงกาเนดเสยงจนเหลอระยะหาง 1 เมตร จะไดยนเสยงดงกเดซเบล 1. 52 2. 70 3. 500 4. 5000 11. (มข.54) แดงยนหางจากลาโพง 40 เมตรจะพอดไดยนเสยงจากลาโพง ถาเขาเดนเขาไปยนทตาแหนงหาง จากลาโพง 10 เมตร จะไดยนเสยงกวตต/ตารางเมตร

1. 2 10-12 2. 4 10-12 3. 8 10-12 4. 16 10-12


12.3 ปรากฏการณเกยวกบเสยง 12.3.1 คลนนง (Standing Wave ) คลนนง คอ การแทรกสอดของคลนตอเนอง 2 ขบวนทเกดจากแหลงกาเนดอาพนธ ซงเคลอนทเขาหากนในตวกลางเดยวกน ทาใหเราเหนตาแหนงบพ และปฏบพทเกดขนมตาแหนงทอยคงทแนนอนไมมการยายตาแหนงจะเหนวาบางตาแหนงไมมการสนเลย เราเรยกจดนวาจดบพ (Node) และมบางตาแหนงทสนไดมากทสดเราเรยกจดนวาปฏบพ (Antinode) และเราเรยกบรเวณทอยระหวางบพ (Node) วา Loop

รป 12.4 พจารณารป 12.4 สมมตลาโพง A และ B เปลงเสยงซงม ความถ ความยาวคลน แอมพลจด และเฟสตรงกนออกมาวงสวนกน ตาแหนงท 1,3,5,7,9,11,13 เรยกวาปฏบพ ตาแหนง 2,4,6,8,10,12 เรยกวาบพ ถาเราฟงเสยงตรงตาแหนง ทเปนปฏบพของความดนเสยงจะดงมาก แตถาเราฟงเสยงตรงตาแหนงทเปนบพของความดงเสยงจะคอยมาก ลกษณะการเกดคลนนง

1. จดบพทอยตดกนจะหางกน เทากบ λ/2 เสมอ 2. จดปฎบพทอยตดกนจะหางกน เทากบ λ/2 เสมอ 3. จดบพและปฎบพทตดกนจะหางกน เทากบ λ/4 เสมอ 4. แอมพลจดสงสดของจดปฎบพจะเปนสองเทาของคลนยอยทงสอง 5. คาบของคลนนงจะเทากบคาบของคลนยอยทงสอง

12.3.2 การสนพองของอากาศในทอ การสนพองของเสยง เกดเมอความถของเสยงตามธรรมชาต เทากบความถของเสยงทถกทาใหเกดขน หรอ ความถทถกบงคบ หลกการนนามาประดษฐเครองดนตรประเภทสาย เชน ซอ กตาร ไวโอลน โดยมกลองเสยงชวยใหเกดการสนพองของเสยง หลกของการสนพองของเสยง 1. ในทอปลายปดหนงขางไมวาจะเกดการสนพองครงทเทาไร ปากทอจะตองเปนปฏบพและทกนทอจะตองเปนบพเสมอ และเกดคลนนงในทอ


เกดการสนครงทสาม เรยก 3rd Harmonic

4

5L

ปลายปดดานหนง L

เขยนเปนสตรทว ๆ ไป เมอ n = 1, 3 , 5 , ……. ปลายเปดทงสองขาง L

เขยนเปนสตรทว ๆ ไป

2

nL เมอ n = 1, 2 , 3 , …….

เมอ L = ความยาวของทอ ประโยชนของการสนพอง

1. ใชในการตอกเสาเขม 2. ใชในการเขนรถขนจากหลม 3. ใชในการผลตเครองดนตรใหมเสยงดงขน เชน กตาร ไวโอลน กลอง 4. ใชในการแขงเรอ โดยการพายเปนจงหวะพรอมกน

เกดการสนครงแรกเรยก Fundamental หรอ 1st Harmonic

4

λL

เกดการสนครงทสอง เรยก 2nd Harmonic

4

3L

เกดการสนครงแรกเรยก Fundamental หรอ 1st Harmonic

2

L

เกดการสนครงทสอง เรยก 2nd Harmonic

2

2L

เกดการสนครงทสาม เรยก 3rd Harmonic

2

3L

4

nL


แบบฝกหด 12.3.2 การสนพองของอากาศในทอ 1. ขณะหนงอณหภม 15 องศาเซลเซยส จงเรมทาการทดลองการสนพองโดยใชหลอดเรโซแนนซกบสอมเสยง เมอปรบหลอดเรโซแนนซใหยาว 20 เซนตเมตร สอมเสยงจะตองสนดวยความถตาสดเทาใดจงจะเกดการสน พองได 2. ทอปลายเปดสองขางยาว 80 เซนตเมตร เกดการสนพองกบสอมเสยงอนหนงทใหความถตาสดทจะเกดการสน พองไดถานาสอมเสยงนไปเคาะทปากทอปลายเปดขางเดยวแลวเกดการสนพอง อยากทราบวาทอตอนหลงน ตองยาวอยางนอยทสดเทาไร 3. หลอดปลายเปดสองขางปลายหนงจมลงในนาใหอยใตผวน าสวนหนง จดระดบนาหลอดใหไดยนเสยงดงทสด เมอนาสอมเสยงซงกาลงสนมาจอเหนอปากหลอด พบวามสองตาแหนงทเสยงดงทสดตาแหนงแรกหลอดจมลง ในนา 10 เซนตเมตร และตาแหนงทสองหลอดจมลงในนา 35 เซนตเมตร ก. จงหาความยาวคลนเสยงในอากาศ

ข. ในชวงเวลาทคลนเสยงสนครบ 1 รอบคลนในอากาศเคลอนทไดกเมตร ค. ถาความเรวเสยงในอากาศเทากบ340 เมตรตอวนาท ความถสอมเสยงเปนเทาไร

4. ขณะหนงอณหภม 30 องศาเซลเซยส จงเรมทาการทดลองการสนพองโดยใชหลอด เรโซแนนซกบสอมเสยง เมอปรบหลอดเรโซแนนซใหยาว 50 เซนตเมตร สอมเสยงจะตองสนดวยความถตาสดเทาใดจงจะเกดการสน พองได 5. จงเลอกหลอดเรโซแนนซอนทสนทสด เพอจะใชกบคลนทมความถ 700 เฮรตซ แลวเกดกาทอนได 3 ครง (กาหนดความเรวเสยงเปน 350 เมตรตอวนาท) 6. ทอทรงกระบอกปลายปดขางหนงยาว 2.40 เมตร ถาเสยงมอตราเรว 343 เมตร ตอวนาท เสยงจากทอนจะม ความถตาสดเทาใด (35.7 Hz) 7. เมอใหเสยงความถ 500 เฮรตซ ผานเขาไปในหลอดเรโซแนนซ ขณะอณหภมอากาศเปน 20 องศาเซลเซยส จะเกดการสนพองของอากาศ ถาอณหภมอากาศเปน 30 องศาเซลเซยส คลนเสยงจะตองมความถเทาใดจง จะเกดการสนพองของอากาศไดอกครงหนง (508.7 Hz) 8. ในการทดลองการสนพองของอากาศขณะเกดการสนพองครงแรก ลกสบอยหางจากปากหลอดเรโซแนนซ 18 เซนตเมตร และเมอเกดการสนพองครงถดไปจะตองดงลกสบหางจากปากหลอดเรโซแนนซกเซนตเมตร (54 cm) 9. (มข.53) ในการทดลองการสนพองของเสยง ขณะเกดการสนพองของเสยงครงแรก ลกสบอยหางจากปาก หลอดเรโซแนนซ 20 เซนตเมตร เมอเกดการสนพองครงตอไป ลกสบจะอยหางจากปากหลอดเทาใด 1. 30 เซนตเมตร

2. 40 เซนตเมตร 3. 60 เซนตเมตร

4. 100 เซนตเมตร 10. ขณะอตราเรวเสยงในอากาศเปน 320 m/s ถาเปาขวดทมความลก 0.2 m เสยงความถเทาใดทไมเกดขน (มข.56) 1. 400 Hz 2. 800 Hz 3. 1200 Hz 4. 2,000 Hz


12.3.3 บต จากรป 12.5 คลนเสยงถกเปลงออกมาจากลาโพง A และ B มความถ f1 และ f2 ตามลาดบ

รป 12.5 ความถ f1 และ f2 ตางกนเลกนอย ปรากฏวาเสยงจากลาโพง A และ B จะมาแทรกสอดกนทาใหเกดคลนรวมมลกษณะทแอมพลจดเปลยนแปลง บรเวณทมแอมพลจดสงเสยงจะดง บรเวณทมแอมพลจดตาเสยงจะคอย บรเวณทงสองไมอยนงกบท แตจะเคลอนทไปทาใหเราไดยนเสยงดงและคอยสลบกนไปเปนจงหวะ ปรากฎการณนเรยกวา บต (Beats)

สตรคานวณบต (ความถบต = fb )

1. fb = f1 - f2 ( เมอ f1 f2 ) หรอ f2 - f1 ( เมอ f2 f1 )

2. ถาโจทยใหหาความถเฉลย fเฉลย = 2

21 ff fเฉลย ตองอยในชอง 20 – 20000 Hz จงจะไดยน

ขอควรจา จากการวเคราะหปรากฏการณบตพบวา

1. ปรากฏการณบตจะสงเกตไดชดเจน เมอ 2

21 ff f1 - f2 หรอ fลพธ fb

นนคอ ผลตางของความถของคลนสองขบวนตองนอยมากเมอเทยบกบความถของคลนลพธ หรอเทยบกบความถของคลนแตละขบวนทมารวมกน

2. ความถบต (fb) ตองไมมากนก ไมควรเกน 7 Hz ถาสงกวานจะไมไดยนการเกดบต 3. แอมพลจดของคลนทงสองขบวนตองมขนาดใกลเคยงกน มฉะนนเสยงดงและคอยจะไมแตกตางกน อาจฟงไมชดเจนทาใหไมรสกวาไดยนการเกดบต ประโยชนของบต

1. ใชวดความถของสอมเสยง เมอทราบความถมาตรฐานและความถของบต 2. ใชเทยบเสยงของเครองดนตร เชน การเทยบเสยงของสายกตารโดยมเครองเทยบเสยง

มาตรฐานเปรยบเทยบไมวาจะเปนไวโอลน หรอกตาร ใชหลกวาเมอเสยงเทากนแลวจะไมเกดบต ถายงเกดบตอยแสดงวาเสยงยงไมเทากน ตองปรบจนเสยงทงสองไมทาใหเกดบต การเกดบตนนหบางคนอาจจะไวรบเสยงได แตบางคนกรบไมได


แบบฝกหด 12.3.3 บต 1. ลาโพง 2 ตว สงเสยงความถ 600 และ 605 Hz ออกมา ความถของเสยงทเราไดยนและความถบตเปนเทาไร 2. ถาตองการใหเกดเสยงดงเปนจงหวะๆ ตางกนทกครงวนาท จะตองเคาะสอมเสยงซงมความถ 500 เฮรตซ พรอมกบสอมเสยงทมความถเทาไร 3. เมอเคาะสอมเสยงสองอนมความถ 450 และ 456 เฮรตซ จะทาใหเกดจงหวะเสยงดงหรอเสยงคอยใน 1 วนาท เทากบเทาไร 4. ถาตองการใหเกดเสยงดงเปนจงหวะๆ ตางกนทก 0.1 วนาท จะตองเคาะสอมเสยงซงมความถ 500 เฮรตซ พรอมกบสอมเสยงทมความถเทาไร 5. ไวโอลนสองตวความถ 438 และ 440 เฮรตซ ถาสไวโอลนทงสองพรอมกนจะเกดปรากฏการณใดของเสยง 6. (O-NET51) ในการเปรยบเทยบเสยงกรตากบหลอดเทยบเสยงมาตรฐาน เมอดดสายกรตาพรอมกบหลอด เทยบเสยงเกดบตขนทความถหนง แตเมอขนใหสายตงขนเลกนอยความถของบตสงขน ความถของเสยง กรตาเดมเปนอยางไร 1. สงกวาเสยงมาตรฐาน 2. ตากวาเสยงมาตรฐาน 3. เทากบเสยงมาตรฐาน 4. อาจจะมากกวาหรอนอยกวาเสยงมาตรฐานกได 7. (O-NET52) สมบตตามขอใดของคลนเสยงทเกยวของกบการเกดบต 1. การสะทอน 2. การหกเห 3. การเลยวเบน 4. การแทรกสอด 8. (มข.53) คลนเสยงชด A มความถ 210 เฮรตซเคลอนทรวมกบคลนเสยงชด B ซงมเสยงทมกวา ปรากฏวาเกด บตดวยความถ 4 บตตอวนาท คลนเสยงชด B มความถกเฮรตซ 1. 206 2. 208 3. 212 4. 214

12.3.4 ปรากฏการณดอปเพลอร (Doppler effect ) ปรากฏการณดอปเพลอร (Doppler effect) คอ ปรากฏการณทเกดขนจากการเปลยนระดบเสยงหรอความถของเสยงอนเนองมาจากการเคลอนทสมพทธระหวางแหลงกาเนดเสยงกบผฟง ลกษณะการเกดปรากฏการณมดงน 1. เมอแหลงกาเนดเสยงเคลอนทเขาหาผฟง หรอผฟงเคลอนทเขาหาแหลงกาเนดเสยง คลนจากแหลงกาเนดเสยงจะอดกระชนมากขน ความถมากทาใหผฟงไดยนเสยงสงขน 2. เมอแหลงกาเนดเสยงเคลอนทออกจากผฟงหรอผฟงเคลอนทออกจากแหลงกาเนดเสยง คลนเสยงจะกระจายกวางออกกวาเดม ความถลดลง ทาใหผฟงไดยนเสยงตาลง

กรณท 1 แหลงกาเนดเคลอนท ผสงเกตหยดนง จาก v f

จะไดวา s

s

v v

f

s

s

v v

fน

s

s

v v

fล

ล น

sน


ความถเสยงทผสงเกตไดยน กรณ แหลงกาเนดเคลอนทออกจากผสงเกต

จาก s

s

v v

fล

และ 0

vf

ล

จะได 0 s

s

vf f

v v

กรณ แหลงกาเนดเคลอนทเขาหาผสงเกต

s

s

v v

fน

0

vf

น

0 s

s

vf f

v v

กรณท 2 แหลงกาเนดเสยงหยดนง ผสงเกตเคลอนท

กรณ ผสงเกตเคลอนทเขาหาแหลงกาเนดเสยง จาก v f

s

v

f

จะได 00 s

v vf f

v

กรณ ผสงเกตเคลอนทออกจากแหลงกาเนดเสยง

จาก v f

s

v

f

จะได 00 s

v vf f

v

กรณท 3 แหลงกาเนดและผสงเกตตางเคลอนท เปนการนาเอา 2 กรณแรกมาผสมกน โดยเมอพจารณาทง 3 กรณ สามารถสรปเปนสมการทใชคานวณหาความถเสยงทผฟงไดรบ ดงน

00 s

s

v vf f

v v

เมอ f0 แทน ความถทผสงเกตไดยน (Hz) fs แทน ความถของแหลงกาเนด (Hz)

v แทน ความเรวเสยงในอากาศ (m/s)

sv

sv

S 0 0f ,v

S 0 0f ,v


v0 แทน ความเรวของผสงเกต (m/s)

v0 เปน + ถาวงเขาหาแหลงกาเนด v0 เปน - ถาวงออกจากแหลงกาเนด

vs แทน ความเรวของแหลงกาเนดเสยง (m/s)

vs เปน + ถาผฟงอยหลงแหลงกาเนด vs เปน - ถาผฟงอยหนาแหลงกาเนด

คลนกระแทก ( Shock Wave ) คอ ปรากฏการณทผสงเกตทหยดนงไดยนเสยงจากแหลงกาเนดเสยง ( Source ) มความเรวมากกวาความเรวของเสยง แสดงลกษณะของคลนไดดงรป

จากรป แหลงกาเนดเสยง ( Source ) เคลอนจาก A B ใชเวลา t คลนเสยง เคลอนจาก A Cใชเวลา t อนเดยวกน

จะได sin = ABAC

= t

ABt

AC

= Sv

v ดงนน sin =

Svv

เมอ v แทน ความเรวคลนเสยง, vS แทน ความเรวของแหลงกาเนด, แทน ครงหนงของมมทปลายกรวย Mach number คอเลขทใหทราบความเรวของแหลงกาเนดเสยงเปนกเทาของความเรวคลนเสยง L แทน ระยะหางจากคนไปยงเครองบน h แทน ความสงตามแนวดงจากคนไปยงเครองบน

หาคา Mach number ไดจาก อตราสวนระหวาง อตราเรวของแหลงกาเนดกบอตราเรวเสยง

Mach number = v

vS = θsin

1 = h

L

ขอสงเกต 1. ถาเลขมค (Mach Number) < 1 แสดงวา vs < v Subsonic

2. ถาเลขมค (Mach Number) = 1 แสดงวา vs = v หนาคลนตอนหนาแหลงกาเนดคลนจะซอนกน เรยกวา Critical Sonic

3. ถาเลขมค (Mach Number) > 1 แสดงวา vs > v ทาใหเกดหนาคลนกระแทก เรยกวา Shock Wave

A

B

หนาคลนกระแทก

หนาคลนกระแทก


ตวอยาง ขบรถคนหนงดวยความเรว 25 m/s เปดแตรสงเสยงดวยความถ 300 Hz ขณะนนความเรวของเสยง 340 m/s จงหา ก. ความยาวคลนดานหนา ข. ความยาวคลนดานหลง

ก. วธทา จาก s

s

v v

fน

340 25

300น

315

300น = 1.05 เมตร

ข. วธทา จาก s

s

v v

fล

340 25

300ล

365

300ล = 1.22 เมตร

แบบฝกหด 12.3.4 ปรากฏการณดอปเพลอร 1. ขบรถคนหนงดวยความเรว 25 m/s เปดแตรสงเสยงดวยความถ 300 Hz ขณะนนความเรวของเสยง 340 m/s จงหา ก. ความยาวคลนดานหนา ข. ความยาวคลนดานหลง 2. รถยนตคนหนงกาลงแลนดวยความเรว 25 m/s เปดแตรดวยความถ 200 Hz ออกมา ผสงเกตบนอยบนรถอกคน หนงกาลงแลนดวยความเรว 10 m/s จะไดยนเสยงแตรดวยความถเทาใด (vv= 340 m/s) เมอ

ก. ผสงเกตนาหนารถเปดแตร ข. แลนสวนทางกน ค. ผสงเกตเคลอนทตามรถเปดแตร ง. แลนไปคนละทศทาง

3. รถไฟขบวนหนงวงดวยความเรว 30 m / sในอากาศนง ความถหวดรถไฟมคาเทากบ 600 Hz ถาเสยงในอากาศ มความเรว 330 m /s จงหา ก. ความยาวคลนเสยงเมอผสงเกตอยหนารถไฟ ข. ความยาวคลนเสยงเมอผสงเกตอยหลงรถไฟ

ค. ความถของเสยงทผสงเกตไดยนขณะอยนงเมออยหนารถไฟ ง. ความถของเสยงทผสงเกตไดยนขณะอยนงเมออยหลงรถไฟ

4. รถยนตคนหนงกาลงแลนดวยความเรว 40 m/s เปดแตรดวยความถ 100 Hz ออกมา ผสงเกตบนอยบนรถอกคน หนงกาลงแลนดวยความเรว 10 m/s จะไดยนเสยงแตรดวยความถเทาใด (vv= 340 m/s) เมอ

ก. ผสงเกตนาหนารถเปดแตร ข. แลนสวนทางกน ค. ผสงเกตเคลอนทตามรถเปดแตร ง. แลนไปคนละทศทาง

5. เครองบนมความเรว 2.5 มค จะมอตราเรวเทากบเทาไร ถาอตราเรวเสยงเทากบ 340 เมตร/วนาท 6. ถาตองการใหเครองบนมอตราเรวเปนสองเทาของอตราเรวเสยง หนาคลนกระแทกทเกดจากเครองบนลาน จะตองทามมกนกองศา 7. (มข.50) ชายคนหนงยนรอรบเพอนทสถานรถไฟ ขณะทรถไฟกาลงแลนเขาสถานดวยอตราเรว 36 กโลเมตร ตอชวโมง ไดเปดหวดออกมาดวยความถ 1000 เฮรตซ อยากทราบวาชายผนจะไดยนเสยงความถอยางไร

1. นอยกวา 1000 เฮรตซ 2. มากกวา 1000 เฮรตซ 3. เทากบ 1000 เฮรตซ 4. ขอมลไมเพยงพอ


12.4 การประยกตใชความรเรองเสยง จากการศกษาธรรมชาตและสมบตของเสยง เราไดนาความรตาง ๆ มาประยกตใชประโยชนตาง ๆ ดงน 12.4.1 ดานสถาปตยกรรม การออกแบบอาคาร หองประชมตางๆ มกตองคานงเกยวกบเสยงสะทอนกลบ วาตองการใหมหรอไมม หรอตองการใชมมากนอยเพยงใด - ถาตองการใหมมากกตองออกแบบผนงหอง เพดาน ใหเกดเสยงสะทอนกลบมาเสรมกน - ถาลดเสยงสะทอนกลบ ตองออกแบบใหเกดเสยงสะทอนกลบมาหกลางกนและใชวสดดดกลนเสยง บผนงหองและเพดาน

12.4.2 ดานการประมง - เรอประมงใชเครองโซนาร (SONAR = Sound Navigation and Ranging ) หาตาแหนงของฝงปลา - SONAR จะใชคลนเหนอเสยงทมความถในชวง 20 –100 กโลเฮรตซ - การทางานของ SONAR จะสงคลนเหนอเสยงออกไปเปนจงหวะเมอกระทบฝงปลาจะสะทอนกลบมายงเรอ และสญญาณเสยงถกเปลยนเปนสญญาณไฟฟาผานเครองวเคราะหสญญาณ ซงจะบอกชวงหางของเวลาระหวางสญญาณเสยงทสงออก กบสญญาณเสยงทสะทอนกลบ และแปลงชวงเวลาเปนระยะหางของวตถทสะทอนโดยจะแสดงผลออกมาทางจอภาพ - ใชคลนเหนอเสยงสอสารระหวางเรอดวยกน 12.4.3 ดานการแพทย

- แพทยไดนาคลนเหนอเสยงมาใชในการตรวจอวยวะภายในของคนเราเพอวนจฉยสาเหตของความผดปกต เชน การตรวจการทางานของลนหวใจ ตรวจมดลก ตรวจครรภ ตรวจเนองอก ตบ มาม และสมอง - คลนเหนอเสยงสามารถสะทอนทรอยตอระหวางชนของเนอเยอตาง ๆ ไดดกวารงสเอกซมาก - คลนเหนอเสยงทใชในวงการแพทยเปลยนพลงงานไฟฟามาเปนพลงงานคลนเหนอเสยงดวยวงจรอเลกทรอนกส ซงมความถในชวง 1- 10 MHz 12.4.4 ดานธรณวทยา การสารวจธรณฟสกสเปนขนตอนการสารวจโดยการศกษาความแตกตาง และคณสมบตทางกายภาพของชนหน เชน การวดคาความเขมของสนามแมเหลกโลก การวดคาแรงดงดดของโลก การวดความไหวสะเทอน ทงนเพอจะนามาศกษาและแปลความหมายประกอบกบการสารวจธรณวทยา การสารวจนามนโดยการระเบดบางจดบนพนดน แรงระเบดจะสนสะเทอนไปทกทศทกทาง เมอถงชนหนกจะสะทอนกลบและมเครองมอวดแรงสะทอน ซงบอกเวลาและแรงสนสะเทอนออกมาในกระดาษ จากขอมลพอจะบอกลกษณะของแองนามน 12.4.5 ดานวศวกรรมและอตสาหกรรม

- คลนเหนอเสยงยงสามารถนาไปใชตรวจรอยราวในวตถททบ ๆ เชน รอยราวในทอกาซหรอรอยราว บนรางรถไฟ

- หลกการทางาน สงคลน Ultrasonic ออกไปแลวรบคลนสะทอนกลบ แตเปลยนคลนสะทอนกลบใหเปนสญญาณไฟฟา สญญาณไฟฟาทไดจากสวนปกตกบสวนทเปนรอยราวจะมความแตกตางกน

Documents

บทที่ 12 เสียง620906 P1-20 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง