ความยาวคลื่นเสียง Wavelength

ความยาวคลื่นเสียง Wavelength

ความยาวคลื่น (Wavelength)

หลายๆท่านคงจะคุ้นเคยและได้ยินคำๆนี้บ่อยๆ และอาจจะสงสัยว่าจะรู้ไปทำไมในเมื่อหูคนเราได้ยินแค่เสียงความถี่ที่เปล่งออกมาก็เพียงพอแล้วทำไมต้องมารู้ความยาวคลื่นให้เสียเวลาอีก แต่เราจะมารู้จักให้มากยิ่งขึ้นไปอีก

λ Lambda(แลมด้า) เป็นอักษรกรีกโบราณที่นักฟิกสิกส์นำมาใช้เป็นสัญญลักษณ์ความยาวคลื่น เราจะทราบได้อย่างไรว่าความยาวคลื่นเสียงเป็นเท่าไหร่แล้วทุกความถี่มีความยาวคลื่นเท่ากันหรือเปล่า ซึ่งการหาความยาวของคลื่นเสียงนั้นเราหาได้จากสูตร

λ = v/f

เมื่อ v เท่ากับความเร็วเสียงในอากาศหารด้วย f คือความถี่ที่เราจะหาความยาวคลื่น แน่นอนว่าความเร็วเสียงในอากาศนั้นจะเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ เมื่อในอุณหภูมิที่ต่างกันความเร็วเสียงก็ย่อมต่างกันทำให้ความยาวคลื่นนั้นเปลี่ยนตามไปด้วย เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนความเร็วเสียงเปลี่ยนความยาวคลื่นก็เปลี่ยนตามในทุกๆความถี่เช่นกัน ยกตัวอย่างเช่นหูคนเรานั้นรับรู้ความถี่ได้ตั้งแต่ 20Hz – 20kHz หากเราจะหาความยาวคลื่นแต่ละความถี่ที่เราได้ยินเราก็ควรจะยึดความเร็วเสียงที่อุณหภูมิเดียวกัน เช่น ความยาวคลื่นของความถี่ 100Hz ที่อุณหภูมิ 15องศาเซลเซียส มีค่าเท่ากับ 3.4 เมตร ทำไมถึงได้ 3.4 เมตร? เพราะจากสูตรการหาความเร็วเสียงนั้นเราหาได้จาก v = 331+0.6t เราเอาค่า 331 มาบวกกับค่า 0.6 คูณด้วย t ซึ่ง t คืออุณหภูมิในที่นี้แทนค่าด้วย 15 องศาเซลเซียสเราจะได้ความเร็วเสียงมีค่าเท่ากับ 340เมตรต่อวินาที เราก็เอาความเร็วเสียงมาแทนค่าสูตรการหาความยาวคลื่นเสียง นั้นก็คือ λ = 340 / 100 ก็จะได้เท่ากับ 3.4เมตร หากเราจะหาความยาวคลื่นเสียงความถี่อื่นๆเราก็เอามาแทนค่าตามสูตรได้เลยเพราะเรามีความเร็วเสียงอยู่แล้วฉะนั้นจะหาได้ไม่ยาก เช่นเราต้องการหาความยาวคลื่นเสียงของความถี่ 500Hz เราก็เอา 340 หารด้วย 500 ก็จะได้เท่ากับ 0.68 เมตร หากอุณหภูมิเปลี่ยนเราก็ต้องหาความความเร็วเสียงใหม่ เช่นอุณหภูมิ 25องศาเซลเซียสความเร็วเสียงก็จะมีค่าเท่ากับ 346เมตรต่อวินาที เราหาความยาวคลื่นเสียงของความถี่ 100Hz ที่อุณหภูมิ 25 องศาก็จะได้เท่ากับ 3.46เมตร จะเห็นว่าความยาวคลื่นเสียงจะเพิ่มขึ้นไป 6 เซนติเมตร หรือความยาวคลื่นเสียงของความถี่ 500Hzที่อุณหภูมิ 25องศาเซลเซียสจะมีค่าเท่ากับ 0.692เมตร พูดง่ายๆคือยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นความยาวคลื่นเสียงแต่ละความถี่จะยิ่งยาวขึ้นนั่นเอง

image

รูปที่ 1

เสียงทุกความถี่ใช้เวลาเดินทางพร้อมกันหรือเปล่า?

รูปที่ 2

หากเราดูจากสูตรการหาความยาวคลื่นนั้นจะรู้ได้เลยว่า การที่เราจะหาความยาวคลื่นได้นั้นเราต้องรู้ความเร็วเสียงก่อนซึ่งแน่นอนว่าเราได้ยินเสียงจากตัวกลางที่เป็นอากาศและในสภาพอากาศของสถานที่ที่เรายืนฟังเสียงอยู่นั้นไม่มีทางที่อุณหภูมิจะไม่เท่ากัน ความเร็วเสียงทุกความถี่จึงมีค่าเท่ากัน จากรูป(รูปที่ 02) หากเรายกตัวอย่างเปรียบเทียบความถี่เสียงต่ำเป็นรถบัส, ความถี่เสียงกลางเป็นรถเก่ง, ความถี่เสียงแหลมเป็นจักรยาน รถทั้ง 3 คันมีขนาดความยาวที่ต่างกัน แต่หากทั้ง 3คันวิ่งไปข้างหน้าด้วยความเร็วที่เท่ากัน ทั้ง 3คันก็จะถึงจุดหมายปลายทางและด้านหน้าของรถจะถึงเส้นชัยพร้อมกัน เพียงแต่ด้านหลังของรถจะผ่านเส้นชัยไม่พร้อมกันนั่นเอง ซึ่งตรงนี้เราเรียกว่าเวลาใน 1รอบคลื่น ถ้าเราดูจากสมการในการหาความยาวคลื่นหากเรากลับข้างสมการของการหาความยาวคลื่นเสียงเป็นการหาความเร็วเสียง เช่นความถี่ 100Hz มีความยาวคลื่นเสียง 3.4 เมตร นำมาคูณกันก็จะได้ผลลัพย์ความเร็วเสียง 340เมตรต่อวินาที และความถี่ 500Hz มีความยาวคลื่นเสียง 0.68เมตรนำมาคูณกันจะได้ผลลัพย์ความเร็วเสียง 340เมตรต่อวินาที เห็นหรือเปล่าครับว่าความเร็วมันเท่ากัน แต่ที่ไม่เท่ากันก็คือความยาวคลื่นในการหมุนให้ครบ 1 รอบนั้นคือ 360องศานั่นเอง

เวลาใน 1รอบคลื่นเราหาได้อย่างไร?

เวลาในการหมุนของคลื่นเสียงครบ 1รอบคลื่นนั้น เราหาได้จากสมการ T = 1/f นั้นก็คือ เอา 1ตั้งแล้วหารด้วยความถี่ที่เราต้องการหาเวลา ก็จะได้เวลาที่ออกมาหน่วยเป็น Sec(วินาที) มาจะกลายเป็นจุดทศนิยม ยกตัวอย่างเช่น หาความเร็วในการหมุน 1รอบคลื่นของความถี่ 100Hz เราก็เข้าสูตรสมการ 1/100 ก็จะได้เท่ากับ 0.01sec เมื่อเป็นทศนิยมมันจะอ่านยาก ให้เราทำการแปลงหน่วยจาก sec ให้เป็น ms คือเอา 1000 ไปคูณกับค่าที่หาได้นั่นคือ 0.01 ก็จะได้ผลลัพย์เท่ากับ 10ms ทำไมต้องเอา 1000 ไปคูณ ก็เพราะว่า 1sec = 1000ms นั่นเอง

อุณหภูมิในอากาศเปลี่ยนความเร็วในการหมุน 1รอบคลื่นเปลี่ยนหรือไม่?

บางครั้งอาจจะมีคำถามว่าเมื่ออุณหภูมิในอากาศมีผลต่อความเร็วเสียง แล้วความเร็วในการหมุน 1รอบคลื่นจะเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิในอากาศหรือเปล่า ในข้อนี้ตอบได้เลยว่า “อุณหภูมิในอากาศเปลี่ยนความเร็วในการหมุน 1รอบคลื่นก็ยังคงเท่าเดิม” ทำไมถึงเป็นเช่นนั้น ก็เพราะว่าความถี่ที่เกิดขึ้นนั้นเรานับใน 1Sec(วินาที) ว่าเสียงสั่นสะเทือนกี่รอบ ยกตัวอย่าง ความถี่ 100Hz มันก็คือเสียงสั่นสะเทือนหมุนครบ 100รอบใน 1Sec(วินาที) ต่อให้อุณภูมิเปลี่ยนและทำให้ความเร็วเสียงในอากาศเปลี่ยน ใน 1Sec(วินาที) เสียงยังคงหมุนได้ 100รอบเท่าเดิม ความเร็วในการหมุน 1รอบคลื่นจึงไม่เปลี่ยนตามอุณหภูมิ

การนำความยาวคลื่นไปใช้ประโยชน์

เมื่อเราเข้าในเรื่องของความยาวคลื่นเสียงแล้วเราก็สามารถนำความเข้าใจในเรื่องนี้ไปออกแบบลำโพงและไว้แก้ปัญหาเรื่องการวางตำแหน่งลำโพงทั้งการวาง Subwoofer แบบ Sub Array(ซับอาเร์), Cadioid Sub(คาดิออยด์ ซับ) หรือการออกแบบลำโพง Line Array Speaker(ไลน์ อาเรย์) เพราะความยาวคลื่นจะมีผลผูกพันธ์ไปถึงเรื่องของ เฟส(Phase) อีกด้วย และการวัดค่าต่างๆของลำโพงโดยการใช้ Software เราก็จำเป็นต้องรู้ความยาวคลื่น หากเราไม่เข้าใจเราก็จะตั้งค่าต่างๆใน Software ไม่ได้ และค่าที่วัดมานั้นก็จะผิดเพี้ยนทั้งหมด ความยาวคลื่นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่คนทำระบบเสียงต้องรู้อย่างเข้าใจและลึกซึ้ง

ครูสอนเสียง – อ.น้อย ทรงพล แจ่มแจ้ง

Share this post

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *