สมบัติของเสียง

เสียงมีสมบัติของคลื่นครบทั้ง 4 ประการ คือ สะท้อน หักเห แทรกสอด และเลี้ยวเบน ดังนี้

              1. เสียงสะท้อน

การสะท้อนของเสียง คือ เสียงจากแหล่งกำเนิดเสียงตกกระทบวัตถุแล้วสะท้อนกลับมาที่เดิม ซึ่งปกติมนุษย์สามารถได้ยินเสียงจากการตะโกนครั้งแรกจะส่งผ่านไปยังสมองและติดประสาทหูเป็นเวลาประมาณ 0.1 วินาที หูจึงจะสามารถแยกเสียงที่ตะโกนกับเสียงสะท้อนกลับมาได้

                    เสียงสะท้อนกลับ (echo) คือ เสียงที่สะท้อนกลับมาสู่หูช้ากว่าเสียงที่ตะโกนออกไปเกิน 0.1 วินาที หูจึงจะสามารถแยกเสียงที่ตะโกนกับเสียงสะท้อนกลับมาได้ การสะท้อนของคลื่นจะเกิดขึ้นได้ดี เมื่อวัตถุหรือสิ่งกีดขวางมีขนาดโตกว่าความยาวคลื่นที่ตกกระทบ

                    โซนาร์ (sonar) เป็นเครื่องมือที่นักวิทยาศาสตร์นำความรู้เกี่ยวกับการสะท้อนของเสียงมาสร้างเพื่อใช้หาตำแหน่งของสิ่งที่อยู่ใต้ทะเล โดยส่งคลื่นดลของเสียงที่มีความถี่สูงจากใต้ท้องเรือไปกระทบสิ่งกีดขวางใต้ทะเลที่มีขนาดใหญ่กว่าหรือเท่ากับความยาวคลื่น ก็จะเกิดการสะท้อนของเสียงกลับมายังเครื่องรับบนเรือนำช่วงเวลาที่คลื่นส่งเสียงออกไป และรับคลื่นสะท้อนกลับมา ใช้คำนวณหาระยะทางระหว่างตำแหน่งของเรือกับสิ่งกีดขวางได้

             2. การหักเหของเสียง

เสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งผ่านไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง จะเกิดการหักเหเช่นเดียวกับ คลื่นผิวน้ำ เช่น การเห็นฟ้าแลบโดยไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง เนื่องจากคลื่นเสียงเคลื่อนที่ผ่านอากาศร้อนได้ เร็วกว่าอากาศเย็นอัตราเร็วของเสียงจึงน้อยกว่าบริเวณใกล้ผิวโลก

             3. การแทรกสอดของเสียง

เสียงมีคุณสมบัติสามารถแทรกสอดกันได้ เมื่อฟังเสียงบริเวณที่มีการแทรกสอดกัน จะได้ยินเสียงดังค่อยต่างกัน

               4. การเลี้ยวเบนของเสียง

เสียงสามารถเคลื่อนที่อ้อมสิ่งกีดขวางไปยังด้านหลังของสิ่งกีดขวางได้เช่นเดียวกับ คลื่นผิวน้ำ ซึ่งจะพบเห็นในชีวิตประจำวันอยู่เสมอ

การสั่นพ้องของเสียง

                   ความถี่ธรรมชาติ (Natural frequency) คือ ความถี่เนื่องจากการสั่นของวัตถุที่มีค่าคงตัวค่าหนึ่ง เช่น การแกว่งของลูกตุ้มขึ้นกับค่าความยาวของเชือกผูกลูกตุ้ม เชือกขึงตึงจะสั่นด้วยความถี่คงตัวค่าหนึ่ง กระจกที่ติดตามบ้านก็จะสั่นด้วยความถี่ค่าหนึ่ง เป็นต้น

                   การสั่นพ้องของเสียง (Resonance) คือ ปรากฏการณ์ที่คลื่นเสียงงกระทำให้วัตถุสั่นหรือแกว่ง โดยความถี่ของเสียงที่ทำให้วัตถุสั่นหรือแกว่งเท่ากับความถี่ธรรมชาติของวัตถุนั้น

เมื่อเกิดการสั่นพ้องขึ้น การสั่นของวัตถุจะมีแอมพลิจูดมากที่สุด เมื่อเทียบกับการสั่นด้วยความถี่อื่น ๆ และวัตถุจะสั่นด้วยแรงที่มากระทำเป็นความถี่ธรรมชาติ เมื่อแรงที่มากระทำให้วัตถุสั่นเปลี่ยนไปจะเกิดผลต่อการสั่นของวัตถุ ซึ่งสรุปได้ดังนี้

เมื่อออกแรงผลักลูกตุ้มหลาย ๆ ครั้ง ความถี่ของแรงที่ผลักมีผลต่อการแกว่งของลูกตุ้ม ถ้าความถี่ของแรงที่ผลักเท่ากับความถี่ธรรมชาติของลูกตุ้ม จะมีผลทำให้ลูกตุ้มแกว่งได้ไกลมากขึ้นหรือมีแอมพลิจูดมากขึ้นทุกครั้งที่ออกแรงผลัก เป็นการสั่นพ้องของลูกตุ้ม ซึ่งสรุปได้ดังนี้

เมื่อให้เสียงจากลำโพง เข้าไปในหลอดเรโซแนนซ์ จะมีการแทรกสอดคลื่นเสียงจากลำโพงและเสียงที่สะท้อนจากลูกสูบทำให้เกิดคลื่นนิ่ง และเกิดเสียงดังที่สุดเมื่อตำแหน่งปฏิบัพอยู่ที่ปากหลอดพอดี และเกิดเสี่ยงค่อยเมื่อตำแหน่งบัพอยู่ที่ปากหลอดพอดี ดังรูป

รูปแสดงคลื่นนิ่งของเสียงในหลอดเรโซแนนซ์

จากรูป พบว่าระยะทางระหว่างตำแหน่งถัดกันที่ได้ยินเสียงดังสองครั้ง จะเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นเสียง และหาค่าอัตราเร็วเสียงได้ดังนี้

เสียงดังครั้งแรก                                  L = λ/4

λ = 4L

มีอัตราเร็วเสียงเป็น                            v = fλ = f(4L)

จะได้                                                      v = 4Lf

เสียงดังครั้งที่สองมีระยะเลื่อน          d = λ = 2d

มีอัตราเร็วเสียงเป็น                             v = fλ = f(2d)

จะได้                                                       v = 2df