Posts By: Toon

การหักเหของเสียง

หมายถึง เสียงที่เดินทางจากตัวกลางหนึ่ง ผ่านรอยต่อของตัวกลางเพื่อเข้าไปยังตัวกลางที่สองแล้วเกิดเปลี่ยนทิศของการเดินทาง ทำให้อัตราเร็วและความยาวคลื่นเสียงเปลี่ยนไป แต่ความถี่ยังคงที่เหมือนเดิม ถ้ามุมหักเหโตกว่า 90 องศา ทิศทางการเคลื่อนที่จะกลับเข้าสู่ตัวกลางเดิม คือ เกิดการสะท้อนกลับหมด เนื่องจากเสียงเป็นคลื่นชนิดหนึ่ง ดังนั้นจึงมีการหักเหเมื่อผ่านตัวกลางต่างชนิด เช่น เสียงตะโกนในอากาศเคลื่อนที่ในอัตราเร็วอันหนึ่ง เมื่อเสียงนี้ผ่านลงในบ่อน้ำจะเปลี่ยนอัตราเร็วเป็นเร็วขึ้น ดังนั้น เมื่อเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความเร็วน้อย คือ อากาศเข้าสู่ตัวกลางที่มีความเร็วมากกว่า คือ ในน้ำ เสียงจะหักเหออกจากเส้นตั้งฉากและถ้าเสียงเคลื่อนที่ออกจากตัวกลางที่มีความเร็วมากกว่า ไปสู่ตัวกลางที่มีความเร็วน้อยกว่า เสียงจะหักเหเข้าหาเส้นตั้งฉาก และอัตราเร็วของเสียงขึ้นกับความหนาแน่นของตัวกลางด้วย คือ ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย อัตราเร็วของเสียงจะช้ากว่าตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก
หลักการนี้ใช้อธิบายเกี่ยวกับการเห็นฟ้าแลบ แต่ไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้องได้ เพราะเมื่อเกิดฟ้าแลบเกิดเสียง แต่อากาศใกล้พื้นดินอุณหภูมิสูงกว่าอากาศเบื้องบน การเคลื่อนที่ของเสียงเคลื่อนที่ได้ในอัตราที่ต่างกัน คือ เคลื่อนที่ในอากาศที่มีอุณหภูมิสูงได้เร็วกว่าในอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำ ดังนั้น การเคลื่อนที่ของเสียงจึงเบนขึ้นทีละน้อย ๆ จนข้ามหัวเราไป จึงทำให้ไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง
ขอขอบคุณข้อมูลดีๆจาก http://yaringpat.blogspot.com/2012/10/20-20000-20000-ultrasonic-20-hz.html

การเกิดคลื่นเสียงและการเคลื่อนที่ของเครื่องเสียง

1.1 การเกิดคลื่นเสียง

คลื่นเสียงเกิดจาก การสั่นสะเทือนของวัตถุ เมื่อวัตถุเกิดการสั่นสะเทือน จะเกิดการถ่ายโอนพลังงานให้กับอนุภาคของตัวกลาง ทำให้อนุภาคของตัวกลางสั่น แล้วถ่ายโอนไปยังอนุภาคอื่นๆที่อยู่ข้างเคียงให้สั่นตาม เป็นอย่างนี้ต่อเนื่องไปเรื่อยจนกระทั่งถึงอนุภาคตัวกลางที่อยู่ติดกับเยื่อแก้วหู อนุภาคเหล่านี้สั่นไปกระทบเยื่อแก้วหู ทำให้เยื่อแก้วหูสั่นตาม จึงทำให้เราได้ยินเสียง
1.2 คลื่นเสียงจัดเป็นคลื่นกล
ถ้าเราทำการทดลองโดยใช้กระดิ่งไฟฟ้าที่ส่งเสียงดังตลอดเวลาใส่ไว้ในครอบแก้ว จากนั้นจึงค่อยๆสูบอากาศภายในครอบแก้วออก เราจะได้ยินเสียงจากกระดิ่งไฟฟ้าค่อยลงเรื่อยจนในที่สุดจะไม่ได้ยินเสียงจากกระดิ่งไฟฟ้านี้ เมื่อในครอบแก้วเป็นสุญญากาศ แสดงว่าเสียงจำเป็นต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ ดังนั้น “เสียงจึงจัดเป็นคลื่นกล”
1.3 คลื่นเสียงจัดเป็นคลื่นความยาว
เมื่อวัตถุสั่น วัตถุก็จะไปกระทบตัวกลางทำให้อนุภาคตัวกลางสั่นกลับไปกลับมาแบบ ซิมเปิลฮาร์มอนิก โดยทิศทางการสั่นของอนุภาคตัวกลางจะสั่นในทิศขนานกับการเคลื่อนที่ของคลื่น ดังนั้น “เสียงจึงจัดเป็นคลื่นตามยาว”
ขอขอบคุณข้อมูลดีๆจาก http://fahthansound.blogspot.com/

ประโยชน์คลื่นเสียง

เราสามารถนำความรู้เรื่องเสียงมาใช้ประโยชน์หลายด้าน เช่น ด้านสถาปัตยกรรม การประมง การแพทย์ ทางธรณีวิทยา ด้านวิศวกรรม เป็นต้น ซึ่งโดยมากใช้คุณสมเราสามารถนำความรู้เรื่องเสียงมาใช้ประโยชน์หลายด้าน เช่น ด้านสถาปัตยกรรม การประมง การแพทย์ ทางธรณีวิทยา ด้านวิศวกรรม เป็นต้น ซึ่งโดยมากใช้คุณสมบัติการสะท้อนของเสียงเป็นส่วนใหญ่ เช่น

1. ด้านการแพทย์

1.1 ใช้คลื่นเหนือเสียงหรือ Ultrasound ตรวจดูอวัยวะภายในร่างกายผู้ป่วย
ด้วยความถี่ 1-10 เมกะเฮิรตซ์ ความยาวคลื่น 1.5 มิลลิเมตร
1.2 ใช้ในการรักษาโดยเสียงที่มีความเข้ม 10 ล้านวัตต์/ตารางเมตร มาทำลายเนื้อเยื้อที่ไม่ต้องการ
1.3 ใช้ทำความสะอาดอุปกรณ์ทางแพทย์

2. ด้านวิศวกรรมและอุตสาหกรรม

2.1 ใช้คลื่นเหนือเสียงตรวจหารรอยร้าวของเนื้อโลหะหรือแก้ว
2.2 ใช้คลื่นเหนือเสียงวัดความหนาของโลหะที่ผิวหน้าของอีกด้านหนึ่งเราไม่สามารถเข้า ไปไม่ถึง
2.3 ใช้คลื่นเสียงทำให้เกิดการเดือดเย็น(Cavitation)
เป็นปรากฏการณ์ที่คลื่นเหนือเสียงทำให้เกิดโพรงที่ว่างเล็ก ๆ จำนวนมากในของเหลว
2.4 ใช้คลื่นเหนือเสียงทำความสะอาดผิวโลหะ
2.5 ใช้คลื่นเหนือเสียงติดต่อสื่อสาร
2.6 ใช้คลื่นเหนือเสียงเชื่อมเช่น อะลูมิเนียม

3. ด้านธรณีวิทยา
ใช้คลื่นดลที่เกิดจากการระเบิด สำรวจน้ำมันปิโตรเลียม หรือชั้นดิน หิน ใต้ผิวโลก

4. ด้านประมง
ใช้เครื่อง SONAR ( Sound Navigation and Ranging ) ส่งคลื่นเสียงหาฝูงปลาบัติการสะท้อนของเสียงเป็นส่วนใหญ่ เช่น

การได้ยิน

  เราสามารถได้ยินเสียงที่แตกต่างกัน หลายพันเสียงตั้งแต่เสียงหวานของไวโอลิน จนถึงเสียง
อึกทึกครึกโครมของรถจักรยานยนต์ เพราะเรามีอวัยวะรับเสียงที่สำคัญคือ “หู” ซึ่งเป็นอวัยวะ
รับสัมผัสที่ทำหน้าที่ทั้งการได้ยินและการทรงตัว ส่วนของหูเกือบทั้งหมดจะซ่อนอยู่ภายใน
กะโหลกศีรษะโดยแบ่งเป็น 3 ส่วน ดังนี้ หูชั้นนอก หูชั้นกลาง และหูชั้นใน ดังภาพ

หูชั้นนอก ประกอบด้วย ใบหูและรูหู

โครงสร้างของใบหูเป็นกระดูกอ่อนจะทำหน้าที่รับและรวบรวมคลื่นเสียงให้ผ่านช่องหู
ชั้นนอก ภายในรูหูจะมีต่อมสร้างไขมันมาเคลือบไว้ ทำให้ผนังรูหูไม่แห้งและป้องกันอันตราย
ไม่ให้แมลงและฝุ่นละอองเข้าสู่ภายใน ป้องกันการติดเชื้อแบคทีเรียและเชื้อราเมื่อมีจำนวน
มากจะสะสมกลายเป็นขี้หูซึ่งจะหลุดออกมาเอง จึงไม่ควรแคะหูบ่อยๆ เพราะเป็นการกระตุ้น
ให้ต่อมสร้างขี้หูเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจเป็นอันตรายถึงเยื่อแก้วหูได้ ถ้าแคะหูลึกไปถึงเยื่อแก้วหูทำให้
เยื่อแก้วหูขาดและอาจกลายเป็นคนหูหนวกได้ ส่วนเยื่อแก้วหู (eardrum หรือ tympanic
membrane)เป็นรอยต่อระหว่างหูชั้นนอกกับหูชั้นกลางลักษณะเป็นเยื่อบางๆ กั้นอยู่ สามารถ
สั่นได้เมื่อได้รับคลื่นเสียงเหมือนกับหนังหน้ากลองเมื่อถูกตีและส่งแรงสั่นสะเทือนเข้าไปในหู
ชั้นกลาง

หูชั้นกลาง

มีลักษณะเป็นโพรง ติดต่อกับโพรงจมูกและมีท่อติดต่อกับคอหอยเรียกว่า ท่อยูสเตเชียน
(eustachian tube หรือ auditory tube) ปกติท่อนี้จะปิด แต่ขณะเคี้ยวหรือกลืนอาหาร
ท่อนี้จะขยับเปิดเพื่อปรับความดัน 2 ด้านของเยื่อแก้วหูให้เท่ากัน ความแตกต่างระหว่าง
ความดันอากาศภายนอกและภายในหูชั้นกลางอาจทำให้เยื่อแก้วหูถูกดันให้โป่งออกหรือ
ถูกดันเข้า ทำให้การสั่นและการนำเสียงของเยื่อแก้วหูลดลง หากมีการอุดตันของท่อนี้จะทำให้
หูอื้อหรือปวดหู ร่างกายจึงมีการปรับความดันในช่องหูชั้นกลางโดยผ่านแรงดันอากาศบางส่วน
ไปทางท่อยูสเตเชียน ซึ่งถ้ามีเชื้อโรคในคอหรือจมูกจะมีผลให้เชื้อโรคเข้าสู่หูชั้นกลางทางท่อนี้
และทำให้เกิดการอักเสบในหูได้ง่ายขึ้น

โครงสร้างของอวัยวะในหูชั้นกลางที่สำคัญมีดังนี้

1. กระดูกภายในหูชั้นกลาง (auditory ossicles)  ประกอบด้วย

กระดูกฆ้อน (malleus) กระดูกทั่ง (incus) กระดูกโกลน (stapes อ่านว่า สเตปีส)
กระดูกทั้ง 3 ชิ้น จะยึดติดกันเป็นระบบคานดีดคานงัด (lever system) เพื่อนำคลื่นเสียง
ที่มากระทบเข้าไปสู่หูชั้นใน

2. กล้ามเนื้อของหูชั้นกลาง (middle ear muscles) มี 2 มัด คือ

2.1 กล้ามเนื้อเทนเซอร์ทิมพาไน (tensor tympani muscle) เลี้ยงด้วยเส้นประสาท
สมองคู่ที่ 5 มีหน้าที่ทำให้แก้วหูตึงโดยถูกดึงเข้าข้างใน ซึ่งจะช่วยเพิ่มความถี่ให้กับ
เสียงสะท้อน (resonant frequency) ของระบบการนำเสียง ทำให้รับเสียงที่มีความถี่ต่ำ
ได้ดีขึ้น

2.2 กล้ามเนื้อสเตปีเดียส (stapedius muscle) เลี้ยงด้วยเส้นประสาทสมองคู่ที่ 7
ยึดเกาะที่ด้านหลังของกระดูกโกลน (stapes ) มีหน้าที่ดึงกระดูกโกลนมาทางด้านหลัง
เพื่อช่วยป้องกันหูชั้นในจากเสียงที่ดังมากๆจะเห็นได้ว่าการทำงานของกล้ามเนื้อ
ทั้งสองมัดจะช่วยปรับและป้องกันการกระเทือนต่อหูชั้นกลางและหูชั้นในที่มีสาเหตุจากเสียง
ที่ดังมากๆ โดยเฉพาะเสียงที่มากระทบเยื่อแก้วหูซึ่งมีความดังเกิน 85 เดซิเบล

3. เส้นประสาทที่ผ่านหูชั้นกลางได้แก่ แขนงของเส้นประสาทสมองคู่ที่ 7 (chorda
tympani nerve) แขนงของเส้นประสาทสมองคู่ที่ 9 (glossopharyngeal nerve)
และแขนงของเส้นประสาทสมองคู่ที่ 5 (trigeminal nerve)

เนื่องจากโครงสร้างของหูชั้นกลางที่ติดต่อกับหูชั้นนอกทางเยื่อแก้วหู และติดต่อกับคอ
ทางท่อยูสเตเชี่ยน ติดต่อกับหูชั้นในทางหน้าต่างรูปไข่ (oval window) และหน้าต่างรูปกลม
(round window) โดยทั้งช่องหน้าต่างรูปไข่และรูปกลมจะมีเยื่อบางๆ กั้นอยู่ (oval window
membraneและ round window membrane ) ช่วยให้หูชั้นกลางสามารถทำหน้าที่สำคัญ
2 อย่างได้อย่างมีประสิทธิภาพคือ การขยายเสียง (amplifying sound) และการป้องกัน
เสียงดัง (ear protection)

หูชั้นใน

เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า แลบบิรินท์ (labyrinth) ฝังอยู่ในกระดูกเทมโพราล (temporal
bone) ประกอบด้วย 2 ส่วน คือ

1. ส่วนที่ทำหน้าที่รับเสียง (cochlea portion) ประกอบด้วยท่อกลมขดซ้อนกัน
เป็นรูปก้นหอย 2 รอบครึ่ง สูงประมาณ 5 มิลลิเมตร กว้าง 9 มิลลิเมตร ภายในของท่อกลม
แบ่งออกเป็น 3 ช่อง สองช่องใหญ่เรียกว่า สกาลา เวสติบูไล (scala vestibuli) และสกาลา
ทิมพาไน (scala tympani) ซึ่งจะขนาบช่องเล็กตรงกลางเอาไว้โดยตลอดตั้งแต่ฐานจนถึง
ยอดของก้นหอย โดยบริเวณที่พบกันเรียกว่า เฮลิโคทรีม่า (helicotrema) ภายในสกาลา
ทั้งสองนี้จะมีของเหลวบรรจุอยู่ เรียกว่า เพอริลิมฟ์ (perilymphatic fluid) สกาลา ทิมพาไน
(scala tympani) จะติดต่อกับหูชั้นกลางทางหน้าต่างรูปกลม (round window) และทางเปิด
ของสกาลา เวลติบูไล (scala vestibuli) จะติดต่อกับหูชั้นกลางทางหน้าต่างรูปไข่ (oval
window)

ช่องตรงกลางที่ขนาบด้วย สกาลา เวสติบูไล (scala vestibuli) และสกาลา ทิมพาไน
(scala tympani) เรียกว่า สกาลา มีเดีย (scala media) หรือ ท่อคอเคลีย (cochlea duct)
ผนังที่กั้นท่อคอเคลีย (cochlea duct) จากสกาลา เวสติบูไล (scala vestibuli)  เรียกว่า
เยื่อบุเวสติบูล่า (vestibular membrane) หรือ เยื่อบุไรสเนอร์ (Reissner’s membrane)
ส่วนผนังที่กั้นจากสกาลา ทิมพาไน (scala tympani) เรียกว่าเยื่อบุฐาน (basilar membrane)
ผนังด้านในของสกาลา มีเดีย (scala media) เป็นบริเวณที่มีีเส้นเลือดมาเลี้ยงจำนวนมาก
เรียกว่า สไตรอา วาสคิวลาริส (stria vascularis) ซึ่งทำหน้าที่ผลิตของเหลวเรียกว่า
เอ็นโดลิมฟ์ (endolymphatic fluid) ของเหลวที่ผลิตออกมาจะขังรวมอยู่ใน สกาลา มีเดีย
(scala media)นอกจากนี้ภายในสกาลา มีเดีย (scala media) ยังมีอวัยวะสำหรับรับเสียง
เรียกว่า อวัยวะคอร์ติ (organ of Corti) ซึ่งมีส่วนประกอบที่สำคัญดังนี้

1. เซลล์ขน (hair cells) เป็นตัวรับการกระตุ้นของเสียง ซึ่งมีอยู่สองแถว คือ
แถวนอก (outer hair cells) มีอยู่ราวๆ 12,000-20,000 เซลล์ ส่วนแถวใน (inner hair cells)
มีอยู่ราว 3,600 เซลล์ นอกจากนี้ยังมีเซลล์ประกอบอยู่ข้างเคียงอีกเล็กน้อยซึ่งไม่มีความสำคัญ
นัก

2. แผ่นเยื่อบางๆมีลักษณะเป็นแผ่นวุ้น (gelatinous substance) เรียกว่า เยื่อบุ
เทคโทเรียล (tectorial membrane) ซึ่งจะขยับขึ้นลงในขณะที่มีเสียงกระตุ้นหู และจะเป็น
ตัวกระตุ้นเซลล์ขนให้รู้สึกว่ามีเสียงมาสัมผัส

3. เส้นประสาทรับความรู้สึก  จากเซลล์ประสาทรวมตัวกันเป็นปมประสาทเรียกว่า
ปมประสาทสไปรัล (spiral ganglions) จากนั้นจะรวมเป็นเส้นประสาทใหญ่ เรียกว่า
เส้นประสาทอะคูสติก (acoustic nerve) หรือเส้นประสาทคอเคลีย (cochlear nerve)
ซึ่งจะรวมเป็นเส้นประสาทสมองคู่ที่ 8 วิ่งเข้าสู่สมอง ส่วนที่เกี่ยวกับการได้ยิน (auditory
cortex) บริเวณพูด้านขมับ (temporal lobe)

กระแสประสาทจากเซลล์ขนจะถูกส่งเข้าสู่ใยประสาทของเส้นประสาทคอเคลีย
(cochlear nerve) และเส้นประสาทสมองคู่ที่8 (auditory nerve) เพื่อซิแนปส์กับ
เซลล์์ประสาทตัวที่ 2 ที่คอเคลียนิวคลีอาย (cochlear nuclei) ของสมองส่วนพอนด์์
และเมดัลลาจากนั้นจะซิแนปส์กับเซลล์ประสาทตัวที่ 3 ที่ มีเดียลเจนนิคูเลทบอดี้
(medial geniculate body) และอินฟีเรียคอลลิคูลัส inferior colliculas )ในสมอง
ส่วนกลาง แล้วส่งไปยังศูนย์การได้ยิน (auditory cortex) ในสมองส่วนพูด้านขมับ
(temporal lobe)

จะเห็นได้ว่าอวัยวะรับเสียงของมนุษย์มีโครงสร้างและกลไกในการทำงานที่มีประสิทธิภาพ
ช่วยให้มนุษย์สามารถรับฟังเสียงที่มีความดังในระดับต่างๆ และเป็นอันตรายน้อยที่สุดโดยผู้ที่
ศึกษาทดลองและค้นพบคำอธิบายที่ช่วยให้เข้าใจสรีรวิทยาของหูชั้นในได้ดีขึ้นและได้รับรางวัล
โนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี ค ศ.1961 คือ เกออร์ก วอน เบเคซี (Georg von
Bekesy) จากผลงานเกี่ยวกับการศึกษาวิธีถ่ายทอดพลังงานเสียงภายในคอเคลีย (cochlea)
ซึ่งอยู่ในหูชั้นใน

ขอขอบคุณข้อมูลดีๆจาก http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/nervous/3_3.htm

การเกิดเสียง

เสียง เริ่มเกิดขึ้นเมื่อวัตถุหรือแหล่งกำเนิดเสียงมีการสั่นสะเทือนส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของอากาศที่อยู่โดยรอบ กล่าวคือโมเลกกุลของอากาศเหล่านี้จะเคลื่อนที่จากตำแหน่งเดิมไปชนกับโมเลกุลที่อยู่ถัดไป ก่อให้เกิดการถ่ายโอนโมเมนตัมจากโมเลกุลที่มีการเคลื่อนที่ให้กับโมเลกุลที่อยู่ในสภาวะปกติ จากนั้นโมเลกุลที่ชนกันนี้จะแยกออกจากกันโดยโมเลกุลที่เคลื่อนที่มาจะถูกดึงกลับไปยังตำแหน่งเดิมด้วยแรงปฏิกิริยาและโมเลกุลที่ได้รับการถ่ายโอนพลังงานจะเคลื่อนที่ไปชนกับโมเลกุลที่อยู่ถัดไป ปรากฏการณ์นี้จะเกิดขึ้นสลับกันไปมาได้เมื่อสื่อกลาง (ในที่นี้คืออากาศ) มีคุณสมบัติของความยืดหยุ่น การเคลื่อนที่ของโมเลกุลอากาศนี้จึงเกิดเป็นคลื่นเสียง

ขอขอบคุณข้อมูลดีๆจาก https://th.wikipedia.org