ระดับเสียง

นอกจากความเข้มเสียงที่พอดีกับหูมนุษย์รับได้แล้ว ความถี่เสียงก็เป็นองค์ประกอบหนึ่งซึ่งหูมนุษย์ปกติสามารถรับได้จะอยู่ในช่วง 20 - 20,000 เฮิร์ตซ์

            คลื่นใต้เสียง (Infrasound) เป็นคลื่นกลประเภทคลื่นตามยาว ซึ่งมีความถี่ต่ำกว่าคลื่นเสียงที่คนปกติได้ยิน หรือมีความถี่ระหว่าง 0.1 - 20 เฮิร์ตซ์ ซึ่งเกิดจากการสั่นของตัวก่อกำเนิดเสียงขนาดใหญ่ เช่น การสั่นของตึก แผ่นดินไหว เป็นต้น

            คลื่นเหนือเสียง (Ultrasound) เป็นคลื่นกลประเภทคลื่นตามยาว ซึ่งมีความถี่มากกว่าคลื่นเสียงที่คนปกติได้ยิน หรือมีความถี่ 20,000 เฮิร์ตซ์ ขึ้นไป ซึ่งเกิดจากการสั่นของตัวก่อกำเนิดเสียงขนาดเล็ก ปัจจุบันสามารถสร้างความถี่ได้ประมาณ 6x10⁸ เฮิร์ตซ์ โดยการทำให้ผลึกของควอตซ์สั่น ซึ่งจะเป็นคลื่นที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก ประมาณ 500 นาโนเมตร ใกล้เคียงกับคลื่นแสง จึงสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้หลายลักษณะ เช่น ตรวจทารกในครรภ์ เป็นต้น

            ระดับเสียง (Pitch) เป็นระดับของความถี่เสียงสูงต่ำ

            เสียงทุ้ม (Bass) เป็นระดับของความถี่เสียงต่ำ

            เสียงแหลม (Trebel) เป็นระดับของความถี่เสียงสูง

            คุณภาพเสียง (Quality of sound)  คือ ลักษณะเฉพาะตัวของเสียงจากตัวก่อกำเนิดเสียงต่างกัน เช่น เสียงขลุ่ยและเสียงไวโอลิน แม้จะเล่นเสียงความถี่เดียวกัน แต่จะเสียงที่ได้ยินไม่เหมือนกัน

            ความถี่มูลฐาน (Fundamental frequency) หรือ ฮาร์มอนิกที่ 1 (First harmonic) คือ ความถี่ของเสียงต่ำสุดที่ออกจากแหล่งกำเนิดเสียงใด ๆ ของแหล่งกำเนิดนั้น

            ฮาร์มอนิกที่ 2 (Secondary harmonic) คือ ความถี่ของเสียงที่มีค่าเป็น 2 เท่า ของความถี่มูลฐาน ของแหล่งกำเนิดนั้น

            ฮาร์มอนิกที่ 3 (Thirth harmonic) คือ ความถี่ของเสียงที่มีค่าเป็น 3 เท่า ของความถี่มูลฐาน ของแหล่งกำเนิดนั้น ความถี่อื่น ๆ ที่เกิดพร้อม ๆ กับความถี่มูลฐาน จะเป็นจำนวนเท่า ที่เมื่อซ้อนทับกันจะได้คุณภาพเสียงเฉพาะของแหล่งกำเนิดเสียงนั้น

             โอเวอร์โทน (Overtone) คือ ฮาร์มอนิกที่เป็นความถี่มูลฐานค่าหนึ่ง และจะมีความถี่สูงอื่น ๆ ออกมาด้วย

มลภาวะของเสียง (Noise pollution)

              มลภาวะของเสียง คือ เสียงที่เป็นอันตรายต่อหู และก่อให้เกิดความรำคาญ เช่น เสียงที่มีระดับความเข้มสูงมาก เสียงก่อสร้าง เสียงเครื่องจักร เป็นต้น

ในการทำงานในบริเวณที่มีเสียงดังจึงกำหนดเวลาประกอบด้วย เช่น ระดับความเข้มสียงที่ได้ยินติดต่อกันไม่เกิน 91dB มีเวลาทำงานน้อยกว่า 7 ชั่วโมง/วัน 90dB มีเวลาทำงานน้อยกว่า 7-8 ชั่วโมง/วัน และ 80dB มีเวลาทำงานมากกว่า 8 ชั่วโมง/วัน เป็นต้น

การลดมลภาวะของเสียงทำได้ดังนี้

1. การควบคุมแหล่งกำเนิดเสียง เช่น ครอบเครื่องยนต์ไว้  ใช้วัสดุดูดซับเสียง และใช้น้ำมันหล่อลื่นเป็นต้น

2. การควบคุมทางผ่านของเสียง เช่น เพิ่มระยะห่างจากแหล่งกำเนิดเสียง และใช้วัสดุดูดซับหรือกั้นเสียง เป็นต้น

3. การควบคุมผู้ที่รับเสียง เช่น ใช้เครื่องอุดหู และเครื่องครอบหู เป็นต้น

การนำความรู้เรื่องเสียงไปใช้ประโยชน์

นักฟิสิกส์ได้นำเอาความรู้มาประยุกต์ใช้ประโยชน์หลายด้านดังนี้

1. ด้านสถาปัตยกรรม เช่น การออกแบบอาคาร ห้องประชุม ไม่ให้เกิดเสียงสะท้อน

2. ด้านประมง เช่น เรือประมงใช้คลื่นโซนาร์ (SONAR หรือ Sound Navigation and Ranging) หาฝูงปลา

3. ด้านการแพทย์ เช่น ใช้คลื่นอัลตราซาวด์ตรวจความผิดปกติของอวัยวะภายในร่างกาย

4. ด้านธรณีวิทยา เช่น การสำรวจแหล่งแร่ด้วยคลื่นเสียงพลังงานสูง การสำรวจชั้นของหิน

5. ด้านวิศวกรรมและอุตสาหกรรม เช่น การออกแบบท่อไอเสียเครื่องยนต์ การตรวจสอบรอยร้าวหรือรอยตำหนิในเนื้อโลหะ การทำให้เกิดการเดือดอย่างเย็น (Cavitation) ทำให้เกิดโพรงใช้ผลิตฟิล์มถ่ายภาพความละเอียดสูง ใช้ทำลายพอลิเมอร์โซ่ยาวให้เป็นพอลิเมอร์โซ่สั้น ใช้ในการสเตอริไลซ์น้ำนมสดทำลายแบคทีเรีย ใช้ทำความสะอาดผิวชิ้นส่วนโลหะ ใช้หลักการอนุภาคเบาจะสั่นตามคลื่นเสียงได้ดีกว่าอนุภาคหนักทำให้อนุภาคฝุ่นในแก๊สลดลง การใช้หัวเจาะกัดที่สั่นด้วยความถี่เหนือเสียงสลักลวดลายบนแก้ว เซรามิก และการใช้คลื่นเหนือเสียงเชื่อมโลหะเป็นต้น