คลื่นเสียง

รูปแสดงการสะท้อนของคลื่นเสียง

กฎการสะท้อน

ดด1. มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน

ดด2. ทิศทางของคลื่นตกกระทบ เส้นแนวฉากและทิศทางการสะท้อน อยู่ในระนาบเดียวกัน

เงื่อนไขการเกิดการสะท้อน

ดด1. คลื่นเสียงซึ่งเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย ไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก เช่น คลื่นเสียงเคลื่อนที่ในอากาศไปชนผิวสะท้อนที่เป็นของแข็ง คลื่นเสียงจะเกิดการสะท้อนโดยคลื่นสะท้อนจะมีเฟสเปลี่ยนไป 180º คล้ายกับการสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือกที่ปลายตรึง

ดด2. คลื่นเสียงซึ่งเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก ไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย เช่น การเดินทางของคลื่นเสียงจากน้ำไปยังอากาศ เนื่องจากอากาศมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ คลื่นที่สะท้อนกลับมาในน้ำจะมีเฟสเหมือนเดิม ซึ่งคล้ายกับการสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือกปลายอิสระ

ดดดดความรู้เรื่องการสะท้อนของเสียงนี้นำไปสู่การออกแบบ Concert Hall หรือแม้กระทั่งห้องสำหรับชุดโฮมเธียเตอร์เพื่อความบันเทิงในครอบครัว หากผนังห้องเป็นวัสดุแข็ง เช่น คอนกรีต  จะส่งผลให้คลื่นเสียงที่ตกกระทบผนังห้องส่วนมากมีการสะท้อนออกมา ในทางกลับกันหากเลือกใช้วัสดุที่มีลักษณะอ่อนนุ่มกว่า เช่น ไฟเบอร์กลาส ผนังจะมีความสามารถในการดูดซับเสียงได้สูงกว่า

ดดดดดนอกจากนี้ ขนาดของห้องก็ยังมีผลต่อเสียงสะท้อนที่เกิดขึ้น หากห้องมีด้านกว้าง ยาว หรือสูง ไม่เกิน 17 เมตร จะทำให้ได้รับฟังเสียงที่ไพเราะจากการชมภาพยนต์หรือฟังเพลง หลายคนคงสงสัยว่าทำไมต้อง 17 เมตร เลข 17 มีความมหัศจรรย์อย่างไร??? คำตอบก็คือ ห้องที่มีขนาดของห้องด้านใดด้านหนึ่งมากกว่า 17 เมตร (โดยไม่มีการออกแบบใดๆ ช่วยในการลดเสียงสะท้อน) จะก่อให้เกิด"เสียงก้อง" หรือที่เราเรียกว่า เสียง echo นั่นเองครับ หลายๆคน คงเคยมีประสบการณ์กับเสียงก้อง การตะโกนดังๆในถ้ำกว้างๆ หรือบริเวณหน้าผา  เราก็จะได้ยินเสียงก้องของตัวเราเองตามมาอีกหลายครั้ง เช่น เราตะโกนคำว่า "ไอ เลิฟ ยู" ก็จะมีเสียง "อุ๊ ยู อุ๊ ยู อุ๊ ยู ยู ยู ...." ตามมาและค่อยๆ เบาลงจนจางหายไปนะครับ  เลข 17 ไม่ใช่เลขเด็ด เลขดี เลขดัง แต่อย่างใดนะครับ เบื้องหลังเลข 17 นี้ มีหลักการทางฟิสิกส์รองรับอยู่ ดังนี้ โดยปกติแล้วหู หรือประสาทการรับฟังของมนุษย์จะมีความสามารถในการแยกแยะเสียงที่มาตกกระทบ ยังหูในระยะเวลาที่ต่างกันมากกว่า 0.1 วินาทีได้ หรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง หากเสียงตกกระทบหูสองครั้งในระยะเวลาที่ต่างกันน้อยกว่า 0.1 วินาทีนั้น เราจะรู้สึกว่าเป็นเสียงเดียวกันนั่นเอง โดยทั่วไปความเร็วเสียงที่อุณหภูมิห้อง มีค่าประมาณ 340 m/s ดังนั้น เสียงซึ่งเดินทางจากจุดกำเนิดและสะท้อนกลับมาในเวลา 0.1 วินาทีนั้น จะเดินทางไปกลับได้ทั้งสิ้น 34 เมตร (จาก s = v*t , 34 = 340*0.1) หรือเดินทางจากจุดกำเนิดเสียงไปยังผนังที่สะท้อนได้ระยะทาง 17 เมตร และนี่คือที่มาของตัวเลข 17 เมตรดังที่กล่าวมาแล้ว

ดดดดดสำหรับ Concert Hall ขนาดใหญ่ การออกแบบเพื่อให้ผู้ฟังได้รับฟังเสียงที่ดีนั้น ยังขึ้นอยู่กับลักษณะพื้นผิวของผนัง โดยพื้นผิวที่เรียบจะมีทิศทางการสะท้อนที่แน่นอนเพียงทิศเดียว ทำให้โอกาสที่เสียงจะเดินทางเข้าสู่ผู้ฟังมีน้อย แต่หากผนังมีลักษณะที่ขรุขระ เสียงสะท้อนจะมีทิศทางต่างๆกันไป แล้วแต่บริเวณที่เสียงตกกระทบ ทำให้เสียงสะท้อนเข้าสู่ผู้ฟังได้มากขึ้น ดังรูป

รูปแสดงการสะท้อนของเสียงจากผนังเรียบและผนังที่ขรุขระ ที่มา : http://www.physicsclassroom.com

ดดดดดลักษณะการสะท้อนของเสียงจากพื้นผิวลักษณะต่างๆนี้ ยังถูกออกแบบเพื่อประยุกต์ใช้ในอีกหลายด้าน อาทิเช่น การออกแบบจานรับเสียงรูปพาราโบลา เพื่อฟังเสียงเบาๆ หรือเสียงที่เดินทางมาจากที่ไกลๆ โดยอาศัยหลักการสะท้อนของคลื่นจากจานรูปพาราโบลา เสียงที่สะท้อนออกมาจะไปรวมกัน ณ จุดโฟกัส ของพาราโบลา ทำให้สามารถรับฟังเสียงที่เดินทางมาจากระยะไกลได้ เครื่องมือลักษณะนี้ถูกเรียกขานในภาษาไทยว่า "จานกระชิบ" หาก ใครเคยไปองค์การพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์แห่งชาติ ที่ อ.คลองหลวง จ.ปทุมธานี คงเคยเล่นจานกระซิบ โดยมีลักษณะเป็นจานทรงพาราโบลาขนาดใหญ่ สองใบ วางหันหน้าเข้าหากันแต่อยู่ห่างกันมาก หากคนหนึ่งเพียงพูดเบาๆ ที่จานด้านหนึ่ง และอีกคนหนึ่งยืนฟังอยู่ที่จุดโฟกัสของจานอีกด้านหนึ่งก็ยังสามารถได้ยิน เสียงนั้น ซึ่งสร้างความประหลาดใจให้กับทุกๆ คนที่เคยได้ลองนะครับ ส่วนใครที่ยังไม่ได้ลอง ก็คงไม่มีอะไรจะดีไปกว่า หาโอกาสไปลองด้วยตนเองครับ เพราะว่า.... สิบปากว่า ไม่เท่าตาเห็น

ดดดดดดดดดดดดดดด

รูป จานกระซิบ ณ องค์การพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์แห่งชาติ  อ.คลองหลวง จ.ปทุมธานี

ดดดดดถึงจุดนี้ หลายคนคงเข้าใจแล้วว่า ทำไมเราถึงต้องเอามือป้องหู ขณะต้องการฟังเสียงกระซิบอันแผ่วเบาที่แว่วลอยมาตามสายลม