ธรรมชาติของเสียง

ว่าด้วยเรื่องธรรมชาติของเสียง จะมีคุณสมบัติเหมือนคลื่นทั่วๆ ไป คือ จะมีการสะท้อน การหักเห แทรกตัว เบน และเลี้ยว ซึ่งเป็นลักษณะที่ไม่ใช่เส้นตรงเสมอไป ซึ่งลักษณะต่างๆ ที่ได้กล่าวมาข้างต้น โดยเฉพาะการหักเหของเสียงนี่เอง ที่ส่งผลให้เราสามารถได้ยินเสียงที่แตกต่างกันออกไป ทั้งกลางวัน และกลางคืน

โดยปกติแล้วเสียงจะต้องเดินทางผ่านตัวกลางต่างๆ เสมอ เช่น เสียงเราพูดคุยกับเพื่อนๆ แล้วเพื่อนๆ สามารถได้ยินเสียงของเรา ที่เป็นแบบนั้น ก็เพราะว่าหูเพื่อนไม่ได้หนวกนั่นเอง 555 ไม่ใช่ครับ (เกือบจะดีอยู่แล้ว) เพื่อนๆ ได้ยินเสียงเราก็เพราะว่า คลื่นเสียงเดินทางผ่านอากาศที่เป็นตัวกลาง นำพาเสียง ของเราไปถึงหูของเพื่อนเรา ทำให้สามารถได้ยินเสียงที่เกิดขึ้นนั่นเองครับ

การหักเหของเสียง

การหักเหของเสียงจะเกิดขึ้น เมื่อเสียงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่างชนิดกันซึ่งทำให้อัตราเร็วของเสียงเปลี่ยนแปลง และอุณหภูมิที่เปลี่ยนไปก็ทำให้อัตราความเร็วของเสียงเปลี่ยนแปลงไปด้วย เช่น ความหนาแน่นของตัวกลาง เช่น อากาศ ในบางครั้ง ช่วงที่อากาศครึ้ม เหมือนฝนจะตก และมีฟ้าแลบ เราก็มักจะได้ยินเสียงฟ้าร้อง หลังจากเห็นแสงสว่างวาบ ในเวลาไม่กี่วินาที แต่ก็มีที่บางครั้งเรากลับไม่ได้ยินเสียงเลย แม้ฟ้าจะแลบไปนานแล้วก็ตาม

สิ่งที่ส่งผลต่อการได้ยิน และไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้องนี้ก็คือ อุณหภูมิ! นั่นเอง ใช่แล้วครับ ในลักษณะอากาศแบบนั้นบนท้องฟ้าจะมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่าอุณหภูมิบนพื้นดิน และอย่างที่บอกไปแล้วก่อนหน้าครับว่า อุณหภูมิส่งผลต่อการหักเหของเสียงได้

ตอนกลางวัน อากาศในแนวพื้นดินจะสูงกว่าอากาศชั้นบน เสียงก็เกิดการหักเหได้เช่นกัน ซึ่งลักษณะการเคลื่อนที่ของเสียง จะเลี้ยวเบนขึ้นด้านบนเป็นส่วนใหญ่ และเสียงในแนวพื้นดินยังถูกสิ่งแวดล้อมรอบๆ ดูดกลื่น และสะท้อนหายไปอีกด้วย ทำให้ได้ยินเสียงได้ไม่ไกล

ในแนวพื้นดินมีสิ่งกีดขวางทางเดินของเสียง โอกาสที่ได้ยินในแนวพื้นดินจะน้อยลง ถึงแม้เสียงจะเลี้ยวเบนได้ แต่พลังงานลดลงเนื่องจากบางส่วนสะท้อน และดูดกลืนไปกับสิ่งแวดล้อม

สำหรับในหัวข้อ “เพลงเดียวกันในระดับเสียงที่เท่าๆ กัน กับชุดลำโพงชุดเดียวกัน ในเวลากลางวัน และกลางคืน การเดินทางของเสียง จะแตกต่างกันหรือไม่?” โดยปกติเสียงก็น่าจะเดินทางมาถึงหูเราเท่าๆ กัน ทั้งกลางวัน และกลางคืนจริงไหมครับ แต่บางท่านบอกว่า กลางคืนน่าจะได้ยินเสียงที่ดีกว่า เพราะบรรยากาศที่เงียบมากกว่า ตอนกลางวัน ฟังดู ลองคิดดู ก็มีเหตุผลที่เข้าท่าดีครับ น่าคิดๆ

หลายครั้งที่มีการแสดงดนตรี หรือคอนเสิร์ต ด้วยระยะทางที่ไกลออกไปหลายกิโลเมตร เรายังสามารถได้ยินเสียงนั้นอยู่ โดยเฉพาะตอนกลางคืน เหตุผลที่แท้จริง เป็นเพราะอะไร? เหตุผลที่แท้จริงที่เราสามารถได้ยินเสียงในตอนกลางคืนได้ดีกว่า ไม่ใช่แค่เฉพาะความเงียบ แต่เป็นเพราะว่าธรรมชาตินั้นมีการหักเหของเสียงด้วย

การหักเหของเสียง (Refraction of Sound) เกิดขึ้นได้จากบรรยากาศของชั้นอุณหภูมิ อธิบายแบบง่ายๆ คือ อากาศที่ร้อน หรืออุณหภูมิที่สูงในตอนกลางวัน พอตกตอนกลางคืน อุณหภูมิที่ร้อนหรือสูงในตอนกลางวันนั้น ก็จะลอยขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศที่สูงขึ้น เนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำ จึงทำให้อากาศที่ร้อนในตอนกลางวันนั้นลอยขึ้น ส่งผลให้อากาศเหนือพื้นดินในตอนกลางคืน มีอุณหภูมิลดลง กว่าอากาศบริเวณด้านบนชั้นบรรยากาศ คลื่นเสียงจึงสามารถเดินทาง และหักเหลงสู่พื้นดิน จึงเป็นคำตอบว่าทำไม เราจึงสามารถได้ยินเสียงที่ชัดเจนกว่าตอน กลางวันนั่นเองครับ

แต่ในทางกลับกัน บรรยากาศตอนกลางวัน ที่เหนือพื้นดินจะมีอุณหภูมิที่สูงกว่าอากาศบริเวณที่อยู่ด้านบน เสียงจะหักเหขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศที่ต่ำกว่าแทน แทนที่จะหักเหลงพื้น จึงเป็นสาเหตุทำให้เสียงเดินทางมาถึงเราได้น้อย นั่นเองครับ