คลื่นเสียง sound wave)6...
TRANSCRIPT
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