เสียงเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวันของเรา เราได้ยินเสียงเมื่อนกร้องเพลง เมื่อรถขับผ่าน และเมื่อเราพูดคุย บทเรียนนี้จะแสดงให้คุณเห็นว่าการเคลื่อนไหวทำให้เกิดเสียงได้อย่างไร เมื่อวัตถุเคลื่อนที่หรือสั่นสะเทือน วัตถุจะสร้างคลื่นเสียงที่เดินทางผ่านอากาศและไปถึงหูของเรา ในบทเรียนนี้ เราจะเรียนรู้ว่าเสียงคืออะไร การเคลื่อนไหวทำให้เกิดเสียงได้อย่างไร และดูตัวอย่างมากมายจากชีวิตประจำวัน
เสียงเป็นพลังงานชนิดหนึ่ง ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อวัตถุเคลื่อนที่เร็วหรือเกิดการสั่นสะเทือน เมื่อวัตถุเกิดการสั่นสะเทือน อากาศที่อยู่รอบๆ วัตถุก็จะสั่นสะเทือน คลื่นในอากาศจะเดินทางเข้าสู่หูของเรา เมื่อคลื่นเหล่านี้กระทบหู สมองของเราจะเข้าใจว่ามีเสียงอยู่
ลองนึกภาพว่าคุณโยนก้อนหินเล็กๆ ลงไปในบ่อน้ำที่นิ่งสงบ คุณจะเห็นคลื่นเล็กๆ แผ่กระจายออกมาจากจุดที่ก้อนหินตกลงไป ในลักษณะเดียวกัน เมื่อวัตถุสั่นสะเทือน คลื่นจะแผ่ออกไป แทนที่จะเป็นน้ำ คลื่นเหล่านี้จะเคลื่อนที่ผ่านอากาศ และเราเรียกคลื่นเหล่านี้ว่าคลื่นเสียง
เสียงทุกเสียงเริ่มต้นด้วยการเคลื่อนไหว เมื่อบางสิ่งเคลื่อนที่ไปมาอย่างรวดเร็ว อากาศก็จะเคลื่อนที่ตามไปด้วย อากาศที่เคลื่อนที่นี้จะสร้างคลื่น ตัวอย่างเช่น เมื่อคุณปรบมือ มือของคุณจะดันอากาศอย่างรวดเร็ว การเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วนี้จะทำให้เกิดคลื่นเล็กๆ ที่เดินทางไปที่หูของคุณและสร้างเสียงปรบมือ
ในทำนองเดียวกัน เมื่อคุณพูด สายเสียงของคุณจะสั่นสะเทือน การสั่นสะเทือนเหล่านี้ทำให้อากาศเคลื่อนที่และสร้างคลื่นเสียง ทุกครั้งที่มีบางสิ่งเคลื่อนไหวหรือสั่นสะเทือน ไม่ว่าจะเป็นกลอง กระดิ่ง หรือสายกีตาร์ ก็จะเกิดเสียงขึ้น หากไม่มีการเคลื่อนไหว ก็จะไม่มีเสียงเลย!
การสั่นสะเทือนคือการเคลื่อนไหวเล็กๆ น้อยๆ ที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่อวัตถุสั่นสะเทือน วัตถุจะเคลื่อนที่ไปมาหลายครั้งในช่วงเวลาสั้นๆ การเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วนี้จะผลักอากาศไปรอบๆ วัตถุและเกิดเป็นคลื่น เราสามารถนึกถึงการสั่นสะเทือนได้ เช่น การสั่นของเชือกกระโดดเมื่อคุณดีดเชือกอย่างรวดเร็ว ยิ่งวัตถุสั่นสะเทือนเร็วเท่าไหร่ อากาศก็จะเคลื่อนที่เร็วเท่านั้น และหูของเราก็จะได้ยินเสียงได้ง่ายขึ้นเท่านั้น
วัตถุต่างชนิดกันจะสั่นสะเทือนในลักษณะที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น สายกีตาร์ที่บางจะสั่นสะเทือนเร็วมาก ทำให้เกิดเสียงแหลม ในทางตรงกันข้าม กลองขนาดใหญ่จะสั่นสะเทือนช้ากว่า ทำให้เกิดเสียงทุ้มและต่ำ ความเร็วของการสั่นสะเทือนช่วยให้หูของเราตัดสินใจได้ว่าเสียงนั้นสูงหรือต่ำ
เราพบเห็นตัวอย่างการเคลื่อนไหวที่สร้างเสียงในชีวิตประจำวันของเรามากมาย ต่อไปนี้คือตัวอย่างบางส่วนในชีวิตประจำวัน:
ลักษณะของการสั่นสะเทือนของวัตถุจะกำหนดคุณสมบัติที่สำคัญ 2 ประการของเสียง ได้แก่ ระดับเสียงและระดับเสียง
ระดับเสียง: ระดับเสียงคือระดับเสียงสูงหรือต่ำของเสียง เมื่อวัตถุสั่นสะเทือนเร็วมาก เสียงจะดังขึ้น เช่น กระดิ่งขนาดเล็กหรือเสียงนกร้อง เสียงจะดังขึ้นเพราะการสั่นสะเทือนเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่อวัตถุสั่นสะเทือนช้า เสียงจะดังขึ้นเมื่อวัตถุสั่นสะเทือนต่ำ เสียงกลองขนาดใหญ่หรือเสียงทุ้มจะสั่นสะเทือนช้าๆ และทำให้ได้ยินเสียงทุ้ม
ระดับเสียง: ระดับเสียงหมายถึงความดังหรือความเบาของเสียง หากการสั่นสะเทือนรุนแรงและผลักอากาศเข้าไปมาก แสดงว่าเสียงดัง หากการสั่นสะเทือนเบา เสียงก็จะเบา เมื่อคุณตะโกน สายเสียงของคุณจะเคลื่อนไหวด้วยพลังงานพิเศษ ซึ่งทำให้เสียงของคุณดังขึ้น เมื่อคุณกระซิบ คุณจะขยับอากาศเบาๆ และเสียงก็จะเบาลง
เครื่องดนตรีเป็นวิธีการที่ยอดเยี่ยมในการดูการเคลื่อนไหวและสร้างเสียง มาดูเครื่องดนตรีประเภทต่างๆ กัน:
เครื่องสาย: เมื่อคุณเล่นกีตาร์หรือไวโอลิน คุณจะทำให้สายเคลื่อนไหวโดยการดีดหรือโค้งคำนับ สายจะสั่นสะเทือนและส่งคลื่นเสียงขึ้นไปในอากาศ สายที่บางมักจะสั่นสะเทือนเร็วกว่าและสร้างเสียงสูง ในขณะที่สายที่หนาจะสั่นสะเทือนช้ากว่าและสร้างเสียงต่ำ
เครื่องดนตรีประเภทตี: กลอง ฉาบ และไซโลโฟนเป็นเครื่องดนตรีประเภทตี เครื่องดนตรีประเภทนี้ทำงานโดยการตี เมื่อคุณเคาะกลอง พื้นผิวของกลองจะเคลื่อนที่ไปมาอย่างรวดเร็ว การเคลื่อนไหวดังกล่าวจะทำให้เกิดการสั่นสะเทือนและคลื่นเสียงที่รุนแรง ขนาดและวัสดุของกลองจะส่งผลต่อประเภทของเสียงที่กลองส่งออกมา
เครื่องดนตรีประเภท เครื่องเป่า เช่น ขลุ่ย ทรัมเป็ต และเครื่องเป่าลม เครื่องดนตรีเหล่านี้ทำงานโดยใช้ลม เมื่อคุณเป่าลมเข้าไปในเครื่องดนตรีเหล่านี้ ลมหายใจของคุณจะทำให้ลมภายในเครื่องดนตรีเคลื่อนที่ รูปร่างของเครื่องดนตรีจะช่วยเปลี่ยนการเคลื่อนไหวนี้ให้เป็นเสียง ในขลุ่ย การเปิดหรือปิดรูจะทำให้เส้นทางของคลื่นอากาศเปลี่ยนไป ทำให้เกิดโน้ตต่างๆ ขึ้น
วัสดุที่ใช้ทำวัตถุสามารถเปลี่ยนเสียงที่วัตถุส่งออกมาได้ เมื่อวัตถุสั่นสะเทือน วัสดุของวัตถุจะช่วยกำหนดสีและคุณภาพของเสียง ตัวอย่างเช่น โลหะมักจะให้เสียงที่สดใสและชัดเจน นี่คือเหตุผลที่ระฆังที่ทำจากโลหะจึงมีเสียงที่ดังกังวาน ในทางกลับกัน ไม้มักจะให้เสียงที่อบอุ่นและนุ่มนวลกว่า เครื่องดนตรีหลายชนิด เช่น ไวโอลินและเปียโน ทำจากไม้เนื่องจากไม้สามารถสร้างเสียงที่ไพเราะได้
ลองพิจารณาวัตถุสองชิ้นที่มีรูปร่างและขนาดเดียวกัน ชิ้นหนึ่งทำด้วยโลหะและอีกชิ้นทำด้วยไม้ หากทั้งสองชิ้นถูกกระทบ วัตถุโลหะอาจส่งเสียงแหลมและชัดเจน ในขณะที่วัตถุไม้อาจส่งเสียงเบาและนุ่มนวลกว่า ซึ่งแสดงให้เห็นว่าวัสดุมีบทบาทสำคัญในการสร้างเสียงที่เกิดจากการสั่นสะเทือน
การเคลื่อนไหวไม่เพียงแต่สร้างเสียง แต่สภาพแวดล้อมยังส่งผลต่อการได้ยินเสียงอีกด้วย เมื่อคลื่นเสียงเดินทาง คลื่นเสียงสามารถสะท้อนจากผนัง อาคาร และวัตถุอื่นๆ ได้ ตัวอย่างเช่น หากคุณตะโกนในห้องโถงที่ว่างเปล่า คุณอาจได้ยินเสียงสะท้อน เนื่องจากคลื่นเสียงจะสะท้อนกลับจากผนังและมาถึงหูของคุณอีกครั้ง
ประเภทของพื้นผิวก็มีความสำคัญเช่นกัน พื้นผิวที่แข็ง เช่น คอนกรีตหรือโลหะ จะสะท้อนเสียง พื้นผิวที่นุ่ม เช่น ผ้าม่านหรือเบาะรองนั่ง จะดูดซับเสียง นี่คือสาเหตุที่ห้องที่มีหมอนและผ้าห่มเต็มไปหมดจึงดูเงียบ และห้องที่มีพื้นและผนังแข็งจะเสียงดังและมีเสียงสะท้อนมากขึ้น
เสียงสามารถเดินทางผ่านวัสดุต่างๆ ได้ แม้ว่าปกติเราจะได้ยินเสียงผ่านอากาศ แต่คลื่นเสียงสามารถเดินทางผ่านน้ำ โลหะ และแม้แต่พื้นดินได้ ด้วยเหตุนี้บางครั้งคุณจึงได้ยินเสียงรถไฟวิ่งมาแม้ว่าคุณจะไม่ได้มองรางรถไฟก็ตาม เนื่องจากเสียงเดินทางผ่านพื้นดินและอากาศได้เช่นกัน
นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าเสียงเป็นคลื่นชนิดหนึ่ง คลื่นเป็นรูปแบบที่วนซ้ำไปมาตามเวลา เมื่อวัตถุสั่นสะเทือน คลื่นจะเคลื่อนที่ไปในทุกทิศทาง เราสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับคลื่นเหล่านี้ได้เล็กน้อยโดยใช้สูตรง่ายๆ ที่เกี่ยวข้องกับความถี่
ความถี่บอกเราว่าวัตถุสั่นสะเทือนกี่ครั้งในหนึ่งวินาที วัดเป็นเฮิรตซ์ ซึ่งเขียนเป็น \(\textrm{เฮิรตซ์}\) นักวิทยาศาสตร์บางครั้งเขียนสูตรสำหรับความถี่ดังนี้:
\( f = \frac{1}{T} \)
ที่นี่ \( f \) คือความถี่และ \( T \) คือเวลาของการสั่นสมบูรณ์หนึ่งครั้ง (เรียกอีกอย่างว่าคาบ) ตัวอย่างเช่น หากกลองสั่น 2 ครั้งต่อวินาที ความถี่คือ 2 เฮิรตซ์ เพราะ \( f = \frac{1}{0.5} = 2 \) แม้ว่าจะฟังดูยุ่งยากเล็กน้อย แต่โปรดจำไว้ว่าการสั่นที่เร็วขึ้นจะสร้างเสียงที่ดังขึ้น และการสั่นที่ช้าลงจะสร้างเสียงที่ดังขึ้น
ทุกเสียงที่คุณได้ยินจะมีรูปแบบการสั่นสะเทือนเฉพาะตัว แม้แต่เสียงใบไม้ที่เสียดสีกันในสายลมก็เกิดจากการเคลื่อนไหวของใบไม้แต่ละใบ เมื่อลมพัด ใบไม้จะบิดตัวและสั่นไหว การเคลื่อนไหวเล็กๆ น้อยๆ เหล่านี้ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนเล็กน้อยที่ก่อให้เกิดเสียงเสียดสีกันเบาๆ
บางครั้ง การเคลื่อนไหวที่แรงขึ้นจะทำให้เกิดเสียงดังขึ้น เมื่อคุณกระทืบเท้า คุณจะออกแรงดันอากาศเข้าไปมากในการเคลื่อนไหว ทำให้เกิดเสียงดังและดังมาก ในทางตรงกันข้าม เมื่อคุณขยับมือเบาๆ เสียงที่เกิดขึ้นจะเบาและเงียบลง
เครื่องดนตรีเป็นส่วนประกอบของเสียงที่น่าสนใจมาก เครื่องดนตรีแต่ละชิ้นได้รับการออกแบบอย่างพิถีพิถันด้วยรูปทรงและวัสดุพิเศษเพื่อสร้างเสียงที่ไพเราะ ไม่ว่าจะเป็นเสียงสั่นอย่างรวดเร็วของสายเล็กๆ บนฮาร์ปหรือเสียงตีช้าๆ ของกลองใหญ่ เครื่องดนตรีแต่ละชิ้นแสดงให้เราเห็นถึงวิธีการสร้างเสียงที่แตกต่างกัน
นักวิทยาศาสตร์และนักดนตรีทำงานร่วมกันเพื่อสำรวจแนวคิดเหล่านี้ พวกเขาศึกษาว่าวัสดุ รูปร่าง และความเร็วของการเคลื่อนไหวที่แตกต่างกันทำให้เกิดเสียงได้อย่างไร พวกเขายังศึกษาว่าสภาพแวดล้อมส่งผลต่อสิ่งที่เราได้ยินอย่างไร สิ่งนี้ช่วยให้เราเพลิดเพลินกับดนตรีได้มากขึ้น และช่วยให้วิศวกรสามารถสร้างอุปกรณ์ที่ดีขึ้น เช่น ลำโพง ไมโครโฟน และแม้แต่อุปกรณ์ทางการแพทย์
เสียงไม่เพียงแต่ใช้สำหรับดนตรีหรือการสนทนาเท่านั้น แต่ยังมีฟังก์ชันอื่นๆ อีกมากมายในโลกแห่งความเป็นจริง ต่อไปนี้คือตัวอย่างบางส่วน:
ตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการเคลื่อนไหวที่ก่อให้เกิดเสียงมีความสำคัญมากต่อหลายๆ ส่วนในชีวิตของเรา เมื่อเข้าใจแล้วว่าการเคลื่อนไหวก่อให้เกิดเสียงได้อย่างไร เราก็จะสามารถชื่นชมสิ่งต่างๆ ได้ทุกอย่าง ตั้งแต่เพลงโปรดไปจนถึงการตรวจสอบความปลอดภัยในอาคารขนาดใหญ่
เสียงอยู่รอบตัวเรา ทำให้โลกของเรามีชีวิตชีวาและน่าสนใจ เมื่อคุณตั้งใจฟัง คุณจะได้ยินเสียงต่างๆ ของธรรมชาติ ดนตรี และเครื่องจักร เสียงเหล่านี้เริ่มต้นด้วยการเคลื่อนไหวหรือการสั่นสะเทือนเพียงเล็กน้อย ทุกครั้งที่คุณได้ยินเสียง โปรดจำไว้ว่าต้องมีบางสิ่งบางอย่างเคลื่อนไหวจึงทำให้เกิดเสียงนั้นขึ้นมา
คุณอาจสังเกตเห็นว่าเสียงบางเสียงดูเหมือนจะมาจากที่ไกลๆ เช่น เสียงรถไฟวิ่งไปมา นั่นเป็นเพราะคลื่นเสียงเดินทางได้เป็นระยะทางไกล บางครั้งคุณอาจรู้สึกถึงแรงสั่นสะเทือนของเสียงดัง เช่น เสียงระฆังโรงเรียนดังหรือเสียงรถวิ่งผ่านไปอย่างรวดเร็ว
การฟังเสียงต่างๆ ก็เป็นเรื่องสนุกได้เช่นกัน เมื่อคุณฟังเพลงโปรดของคุณ คุณจะได้ยินเสียงสั่นสะเทือนมากมายที่รวมกันอยู่ เสียงสั่นสะเทือนเหล่านี้ผสมผสานกันในรูปแบบต่างๆ เพื่อสร้างเสียงเพลงที่คุณชื่นชอบ เสียงทุกเสียง ไม่ว่าจะเบาหรือดัง ชัดเจนหรือทุ้ม ล้วนเกิดจากการเคลื่อนไหว
การเรียนรู้เกี่ยวกับเสียงช่วยให้เราเข้าใจและชื่นชมโลกที่อยู่รอบตัวเรา เมื่อคุณรู้ว่าเสียงมาจากการเคลื่อนไหว คุณจะเริ่มสังเกตเห็นว่าทุกสิ่งในธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมที่เราสร้างขึ้นสร้างเสียงขึ้นมา ความรู้ดังกล่าวทำให้คุณอยากรู้มากขึ้นว่าสิ่งต่างๆ ทำงานอย่างไร
การทำความเข้าใจเสียงยังช่วยในวิชาอื่นๆ อีกมากมาย ในวิทยาศาสตร์ การเรียนรู้เสียงจะแสดงให้เห็นว่าพลังงานเคลื่อนที่จากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งได้อย่างไร ในดนตรี การเรียนรู้เสียงจะอธิบายว่าทำไมเครื่องดนตรีจึงมีเสียงที่แตกต่างกัน ในด้านเทคโนโลยี การเรียนรู้เสียงจะช่วยให้ผู้คนสร้างเครื่องจักรที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นซึ่งใช้เสียงได้
เมื่อเรียนรู้เกี่ยวกับการเคลื่อนไหวที่ก่อให้เกิดเสียง คุณจะเข้าใจว่าแม้แต่การกระทำที่ง่ายที่สุด เช่น การปรบมือหรือการพูด ก็ต้องอาศัยพลังงานและการสั่นสะเทือน ข้อเท็จจริงง่ายๆ นี้จะช่วยสร้างรากฐานที่แข็งแกร่งสำหรับการเรียนรู้เพิ่มเติมในวิทยาศาสตร์และวิชาอื่นๆ
สรุปประเด็นสำคัญ:
เสียงทุกเสียงในโลกของเรานั้นเริ่มต้นจากการเคลื่อนไหว ไม่ว่าจะเป็นการสั่นสะเทือนเบาๆ ของเครื่องดนตรีหรือเสียงกลองที่ดัง เสียงก็เกิดจากพลังงานที่เคลื่อนไหว เมื่อเราเข้าใจว่าการเคลื่อนไหวสร้างเสียงขึ้นมาได้อย่างไร เราก็จะสามารถชื่นชมความมหัศจรรย์ของโลกที่อยู่รอบตัวเราได้ดีขึ้น และมองเห็นความสำคัญของการสั่นสะเทือนแม้เพียงเล็กน้อยที่ทำให้ชีวิตของเราเต็มไปด้วยเสียง
