คลนเสยง (Sound Wave)

อ.สทธชย ปนกาญจนโรจน

การเกดเสยง

1

เสยงเปนการถายทอดพลงงานทเกดจากการสนของวตถ เชน การสน

ของสอมเสยง สายกตาร สายไวโอลน ทาใหโมเลกลของอากาศ

ขางเคยงเคลอนทกลบไปกลบมา

• คลนเสยงเปนคลนกลตามยาวทตองอาศยตวกลางในการเคลอนท

• เสยงสามารถเคลอนทผานของแขง ของเหลว และกาซได

• แตผานสญญากาศไมได

2

การเกดเสยง

การเกดเสยงในอากาศ

• เกดจากการสนของตนกาเนดเสยง

• ทาใหโมเลกลของอากาศเกดการเคลอนทในลกษณะทเปนชวง อดและชวงขยาย

• เมอคลนของชวงอดและชวงขยายเคลอนทเขาสหของคนกจะเกดการไดยนเปนเสยงขน

Animation 1,2

3

การเกดเสยง

เสยงทเกดจากการเคาะสอมเสยง ขณะทมการถายทอดพลงงาน ความดนของ

อากาศจะเกดการเปลยนแปลง

4• จดอด ความดนจะมคามาก

• จดขยาย ความดนจะมคานอย

5

อตราเรวของเสยง

เนองจากเสยงเปนคลนตามยาวตองอาศยตวกลางในการเคลอนทดงนน

อตราเรวของเสยงจงไมคงทขนอยกบชนดของตวกลาง และสมบตของ

ตวกลาง ไดแก ความหนาแนน สมบตความยดหยนของตวกลาง และอณหภม

ของตวกลางนนๆ

Vของเสยงในอากาศ < V ของเสยงในของเหลว < V ของเสยงในของแขง

ในทนจะพดถงเฉพาะความเรวเสยงในอากาศ

6

อตราเรวของเสยงในอากาศ

V = 331 m/s + (0.6 m/s/C)*T

เมอ T คอ อณหภมของอากาศ มหนวยเปนองศาเซลเซยส

ความเรวเสยงในอากาศขนอยกบอณหภม

เชนความเรวของเสยงในวนทอากาสมอณหภม 20 องศาเซลเซยสคอ

v = ( 331 + (0.6*20) ) m/s = (331 + 12) m/s = 343 m/s

7

อตราเรวของเสยงจากสมบตคลน

เนองจากเสยงเปนคลน ดงนน สมการอตราเรวของเสยงของ

คลนยอมเหมอนคลนทวๆ ไป

V f λ=

คณภาพของเสยง

8

• ความรสกดง - คอย ของเสยง บอกดวย ความเขมของเสยง

• ความรสกทม - แหลม ของเสยง บอกดวย ความถของเสยง

• ความไพเราะของเสยง

ความเขมของเสยง (ความดง - คอย)

9

ขนอยกบแอมปลจดของคลน

แอมปลจดขนอยกบพลงงาน

10แหลงกาเนดเสยงมกใหคลนออกมามหนาคลนเปนรปทรง

กลมและกาลงเสยงของแหลงกาเนดมคาคงท

11

ความเขมเสยง ณ จดใดๆ คอพลงงานของเสยงทตกตงฉากกบ

พนทหนงตารางหนวยในเวลาหนงวนาท

ยงไกลเสยงยงคอย เนองจากพนทจะเพมขน ในขณะทกาลงเสยงคงท จงทาใหความเขมเสยงนอยลง

ความถของเสยง (ความทม - แหลม)

12

การวดความถของเสยง

ความถ

= จานวนรอบทสน/ หนงวนาท

13คลนทมความถสง ใหเสยงตา (เสยงทม)

คลนทมความถตา ใหเสยงสง (เสยงสง)

13

• ความถของเสยงทมนษยไดยน 20-20,000 Hz

• ความถตากวา 20 Hz เรยกวา คลนอนฟราโซนค

(Infrasonic) หรอ คลนใตเสยง

• ความถสงกวา 20,000 Hz เรยกวา คลนอลตราโซนค

(Ultrasonic) หรอ คลนเหนอเสยง

ความไพเราะของเสยง

14

เมอเราเลนไวโอลนโนต C เสยงทดงออกมาจะมหลายความถ กลาวคอ

มเสยง C, 2C (ความถเปน 2 เทาของ C), 3C (ความถเปน 3 เทาของ C)

ดงปนกนออกมา โดยมความเขมของฮารมอนคตางๆกน

C เรยกวา ฮารมอนคท 1

2C เรยกวา ฮารมอนคท 2

3C เรยกวา ฮารมอนคท 3

ถาเราเลนโนต C โดยใชขลย กจะมเสยง C หลายความถปนออกมา แต

ความเขมของฮารมอนคจะตางจากไวโอลน

ความถ

= จานวนรอบทสน/ หนงวนาท

ความไพเราะของเสยง

15ความถโดยรวมเทากน แตองคประกอบไมเหมอนกน

พฤตกรรมของเสยง

16

•การแทรกสอดและการเกดบต

•ปรากฏการณดอปปเลอรและ SHOCK WAVES

•การหกเห

•การสะทอน

•การเลยวเเบน

การแทรกสอดของเสยง

17

ลกษณะคลนเสยง

18• สวนอดเจอกน เกดการเสรมกน เกดเสยงดง

• สวนขยายเจอกน เกดการเสรมกน เกดเสยงคอย

• สวนอดเจอสวนขยาย เกดการหกลางกน เกดเสยงเบา หรอ เงยบ

การแทรกสอดของเสยง

สวนอดเจอกน สวนขยายเจอกน สวนอดเจอสวนขยาย

19• ถาเดนผานบรเวณทมลาโพงสองตว ปลอยคลนทมความถเทากน

• จะไดยนเสยงดง คอย สลบกน

ปญหาในหอประชม

20

• เมอเสยงออกจากลาโพง จะเกดการสะทอนทผนง และ

เพดานของหอประชม

• ทาใหเกดการแทรกสอด ระหวางเสยงจากลาโพง และเสยง

สะทอน

• แกปญหาโดยการลดการเกดเสยงสะทอน

• โดยการสรางผนงทดดกลนเสยง

การเกดบต

21

• เกดจากการแทรกสอดของเสยงท มความถตางกนเลกนอย

• ทาใหเกดการไดยนเสยงทเกดจากการแทรกสอดเปนชวงๆ

• เกดเสยง ดง คอย สลบกน

• เหมอนไดยนเสยงทมความถของความดงคอย

22บรเวณทเสรมกนมากทสดจะไดยนเสยงดงทสด และบรเวณทหกลางกนมากทสดจะ

ไดยนเสยงคอยทสด

23

• ความถของการไดยนเสยงดงคอยสลบกนเรยกวา ความถบต

• ความถบตเทากบผลตางของความถของคลนทงสอง

• ความถบต = f1 - f2

• เชน คลนชดแรกมความถ 256 Hz คลนลกทสองมความถ

254 Hz เมอแทรกสอดกน จะทาใหเกดการไดยนเสยงบตทม

ความถบต 256 - 254 = 2 Hz

• ความถบตมากทสดทมนษยสามารถไดยนคอ 7 Hz

ปรากฏการณดอปปเลอรของเสยง

24

• เกดขนเมอแหลงกาเนดเสยงเกดการเคลอนท ทาใหผสงเกตดานหนาและดานหลงไดยนเสยงทมความถตางกน

• นอกจากนนความดนของอากาศบรเวณหนาแหลงกาเนด และหลง

แหลงกาเนดจะมความดนไมเทากน

Shock Wave

25

• เมอเครองบนเคลอนท จะเกดเสยงเนองจากหวเครองบนอดอากาศดานหนา ในขณะทหางเครองบนลาก

อากาศมา ทาใหอากาศดานหลงขยายตว ทาใหเกดการอด

ขยายสลบกน เกดเสยงดงดานหนาและดานหลง

• Shock Wave เกดขนเมอแหลงกาเนดเสยงเคลอนทดวย

ความเรวเทากบเสยง หนาคลนทกอนจะซอนทบกน

ดานหนา เกดความดนมหาศาล อาจทาใหเครองบนพงได

• เครองบนทตองการบนดวยความเรวมากกวาเสยงตองบนใหผานชวงทมความเรวเทากบเสยงใหเรวทสด เรยกวา

การบนขาม กาแพงเสยง

• เมอเครองบนมความเรวมากกวาเสยง ความดน

ดานหนาจะลดลง แตกยงมากอย เพราะหนาคลนยงคงอย

ใกลกน

Sonic Boom

26

เกดขนเมอเครองบนบนดวยความเรวมากกวาเสยง เครองบนทบนเรวกวาเสยง

เรยกวา Super Sonic เชน เครองบน concord

27

ความถธรรมชาต

28ความถเฉพาะ ในการสนของวตถแตละชนด เรยกวา ความถ

ธรรมชาต (Natural Frequency)

วตถแตละชนด เมอเกดการสนจะเกดการสนดวยความถเฉพาะคา

หนง ขนอยกบคณสมบตของวตถอนนน

• ชนดของวสด เชน ลวดอลมเนยม กบ ทองเหลอง หรอ ทออากาศ

จะสนดวยความถตางกน

•ความยาวของวสด เชน สายกตารททาจากลวดชนดเดยวกน แตกด

ในตาแหนงตางกน ความถในการสนจะไมเทากน

29

ความถธรรมชาต

ความถ = ความเรว / ความยาวคลน

V f λ=จาก

จะได

ความถธรรมชาต ถกกาหนดดวย ความเรวของเสยงในตวกลางนน และความยาวคลนในตวกลาง

30

• ความเรวเสยง กาหนดโดย ชนดของวสด

• ความยาวคลน กาหนดโดย ความยาวของ

วสด

กตาร

31

• สายกตาร ม 6 สาย แตละสาย ใหญเลกไมเทากน

นอกจากนยงตงไมเทากนดวย ทาใหความเรวเสยง

ในแตละสายไมเทากน

• การเลน โนต คอ การเปลยนความยาวของสาย

กตาร โดยการจบคอรด การกดสายกตารใน

ตาแหนง ของเฟรดทตางกน ทาใหสายกตารยาวไม

เทากน ความยาวคลนไมเทากน

• การกดตาแหนงทตางกนของสายแตละสาย ทา

ใหความถธรรมชาตเปลยนไป เกดการสนดวย

ความถทตางกน

• ไดเสยงสง ตาไมเทากน

32

ทรอมโบน (Trombone)

• การทาใหเกดเสยงของทรอมโบน ใชหลกการเกดเสยงในอากาศ

• อากาศในทออากาศมความหนาแนนเทากน ความเรวเสยงเทากนตลอด

• เลนโนต โดยการเปลยนความยาวของทออากาศ ทาใหความยาวคลนเปลยนไป

• ความเรวเสยงเทาเดม แตความยาวคลนเสยงเปลยน ทาให ความถธรรมชาต หรอ

ความถในการสนเปลยนไป ทาใหเกดเสยงสงตาตางกน

การเกดคลนนงของเสยง

33

• เมอวตถเกดการสนในตวกลางใดๆ ถาจะเกดคลนสะทอนขน ทา

ใหเกดการแทรกสอดระหวางคลนทคลนทเขาไปกบคลนสะทอน

• การแทรกสอดกนน ทาใหเกดคลนนงขน

• ความถตาสดททาใหเกดคลนนง คอ ความถธรรมชาต

• ความถถดมาททาใหเกดคลนนงขนอก คอ ความถทมคาเปนสอง

เทาของความถธรรมชาต

• และความถถดมาททาใหเกดคลนนงขนอก คอ ความถทมคาเปน

สามเทาของความถธรรมชาต

• เกดคลนนงได เมอ ความถเปนจานวนเทาของความถธรรมชาต

ฮารมอนก (Harmonic)

34

• การเกดคลนนงดวย ความถธรรมชาต เปนการเกดคลนนง

ดวยความถตาสด เรยกวา ฮารมอนกท 1

• การเกดคลนนงดวย ความถสองเทาของความถธรรมชาต

เรยกวา ฮารมอนกท 2

• การเกดคลนนงดวย ความถสามเทาของความถธรรมชาต

เรยกวา ฮารมอนกท 3

35

การเกดคลนนงของเสยงตางจากการเกดคลนนงในเสนเชอก

• การเกดคลนนงในเสนเชอก ในแตละครง เกดไดเฉพาะความถเดยว เกดได

ฮารมอนกเดยว

• แตการเกดคลนนงของเสยง ในแตละครง เกดไดหลายๆ ความถพรอมๆ

กน เกดหลายๆ ฮารมอนกพรอมๆ กน

• เครองดนตรทเลนโนตเดยวกน จะเกดคลนนงดวยความถตาสดเทากน

หรอความถธรรมชาตเทากน และจะเกดคลนนงของฮารมอนกอนทเปน

จานวนเทาของความถธรรมชาตดวย

• ความแตกตางของเสยงของเครองดนตรตางชนดกนทเลนโนตเดยวกนคอ

ความเขม (หรอความดง) ของแตละฮารมอนกไมเทากน ทาใหคณภาพของ

เสยงไมเทากน

36ความถโดยรวมเทากน แตความเขมเสยงของฮารมอนกไม

เหมอนกน

การเกดคลนนงบนสายกตาร

37

• สายกตารถกตรงทปลายทงสองขาง (ดานหนงตรงกบตวกตาร อก

ดานหนงถกนวมอกดเอาไว

• จดทถกตรงไมสามารถสนได เปน

จด บพ เสมอ

• จดทมการแทรกสอดแบบเสรมกน

คอ ปฏบพ เปนจดทมการสนมากทสด

38

การเกดคลนนงของเครองดนตรทมลกษณะเปนทอปลายเปด

• เชน ฟรต ทรอมโบน แซคโซโฟน

• ทปลายจะเกดการสนมากทสด

เนองจากไมไดถกตรงไว เปนจด

ปฏบพ

39

การเกดคลนนงของเครองดนตรทมลกษณะเปนทอปลายปด

• ปลายปดหมายถงปดขางเดยว อก

ขางทเปดใชเปา เชน คลารเนต

(Clarinet)

• ทปลายเปดจะเกดการสนมากทสด

เนองจากไมไดถกตรงไว และยงเปน

แหลงกาเนดเสยง เปนจด ปฏบพ

• สวนทปลายปด จะเปนจดทไมสน

เปนจด บพ