ความดัง

Posted By Plookpedia | 30 มิ.ย. 60
1,407 Views

  Favorite

ความดัง

      มีรายงานการศึกษาเรื่องความดังมาตั้งแต่ปี ค.ศ. ๑๙๓๓ หลังจากนั้นก็มีการศึกษาอย่างละเอียดได้ผลเป็นเส้นที่มีระดับเสมอกันหรือคอนทัวร์ของความดังเท่ากันเป็นชุดจากผลงานของโรบินสัน และแดดสันซึ่งต่อมามาตรฐานสากล (ISO 226) รับเอาไปใช้  

      คอนทัวร์ความดังเท่ากันแต่ละเส้นดูได้จากค่าของมันที่ ๑๐๐๐ เฮิรตซ์  ซึ่งนำมานิยามเป็นระดับความดังมีหน่วยเป็นฟอน (Phon) คอนทัวร์ความดังเท่ากันที่ผ่านระดับความดันเสียง ๔๐ เดซิเบล   ที่ ๑๐๐๐ เฮิรตซ์ เรียกว่าคอนทัวร์ ๔๐ ฟอน ความดังเป็นคำเชิงจิตวิสัย  ส่วนระดับความดันเสียงเป็นคำทางกายภาพเช่นเดียวกับระดับความดังก็เป็นพจน์ทางกายภาพด้วยเหมือนกันและมีประโยชน์ในการประมาณค่าความดังของเสียง ( ซึ่งมีหน่วยเป็น sone ) จากการวัดระดับเสียงรูปร่างของคอนทัวร์ความดังเท่ากันจะบรรจุไว้ซึ่งสารนิเทศเชิงจิตวิสัยเพราะคอนทัวร์ดังกล่าวได้มาจากการเปรียบเทียบเชิงจิตวิสัยของความดังของเสียงต่อความดังของมันที่ ๑๐๐๐ เฮิรตซ์  คอนทัวร์ความดังเท่ากันเผยให้เห็นว่าความดังที่หูรับรู้นั้นแปรผันเป็นอย่างมากเทียบกับความถี่และระดับความดันเสียง เช่น ระดับความดันเสียง ๓๐ เดซิเบล คิดเป็นระดับความดัง ๓๐ ฟอนที่ ๑๐๐๐ เฮิรตซ์ แต่ะระดับความดันเสียงจะต้องเพิ่มขึ้นอีก ๕๘ เดซิเบล จึงจะให้เสียงดังเท่ากัน ที่ ๒๐ เฮิรตซ์ ความโค้งของคอนทัวร์เปลี่ยนเป็นราบลงที่ระดับเสียงสูง หูไวต่อเสียงทุ้ม (ความถี่ต่ำ) น้อยกว่าแถบเสียงกลาง ๆ
      โดยทั่วไปผู้คนจะประเมินเสียงบริสุทธิ์ความถี่ต่ำว่าไม่ดังเท่ากับเสียงความถี่กลาง ๆ ที่ระดับความดันเสียงเท่ากัน   ตัวอย่างเช่นคนหนุ่มสาวโดยเฉลี่ยจะประเมินเสียงบริสุทธิ์ ๔๐ เฮิรตซ์ ที่ ๗๐ เดซิเบลว่าดังเท่ากับเสียงบริสุทธิ์ ๑๐๐๐ เฮิรตซ์ ที่ ๔๐ เดซิเบล ด้วยเหตุผลเช่นนี้เองเราจึงกล่าวว่าเสียงทั้งสองนี้มีระดับความดังเท่ากันขนาด ๔๐ ฟอน นอกจากนี้มีการค้นพบว่าเมื่อเสียงเพิ่มระดับความดังขึ้น ๑๐ ฟอน จะมีความรู้สึกว่าเสียงดังเป็นสองเท่า 
ฟอน (phon) 
      เป็นหน่วยของระดับความดัง ระดับความดังเป็นฟอนของเสียง คือ ค่าตัวเลขเท่ากับระดับความดันเสียงเป็นเดซิเบลของเสียงอ้างอิง ๑๐๐๐ เฮิรตซ์  ซึ่งผู้ฟังตัดสินว่าดังเท่ากับเสียงที่เราจะประเมินค่า 
โซน (Sones) 
      เป็นหน่วยวัดความดังของเสียง ๑๐๐๐ เฮิรตซ์ ที่มีระดับความดันเสียง ๔๐ เดซิเบล โดยเทียบกับระดับอ้างอิง (๒x๑๐-๕นิวตันต่อตารางเมตร) เสียงที่ผู้ฟังว่าดังเป็น n เท่าของเสียงนี้จะถือว่ามีความดัง n โซน 

การเผยแผ่เสียงนอกอาคาร 

      พลังงานเสียงที่แผ่กระจายออกจากแหล่งกำเนิดแบบจุดจะอยู่บนหน้าคลื่นทรงกลมที่มีรัศมีเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ( คลื่นผิวน้ำที่เกิดจากการโยนก้อนหินลงในสระน้ำมีลักษณะของหน้าคลื่นเป็นวงกลม หน้าคลื่น คือ แนวสันคลื่นหรือท้องคลื่นที่เผยแผ่ไปตามตัวกลาง ) สำหรับระยะทางที่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าระหว่างแหล่งกำเนิดเสียงและผู้ฟังระดับความดันเสียงจะลดลง ๖ เดซิเบล แต่แทนที่จะเป็นจุดหากแหล่งกำเนิดคลื่นมีลักษณะเป็นแถวยาวการส่งคลื่นจะมีลักษณะหน้าคลื่นเป็นรูปทรงกระบอกและการลดทอนเสียงจะมีอัตรา ๓ เดซิเบล (dB) ต่อการเพิ่มระยะเป็น ๒ เท่า ถ้าแหล่งกำเนิดมีขนาดใหญ่มากและจุดรับฟังเสียงอยู่ใกล้แหล่งกำเนิดพลังงานที่ส่งออกไปจะมีหน้าคลื่นตรงไม่มีการลดทอนระดับความดันเสียง  การลดระดับความดันเสียงของแหล่งกำเนิดแบบจุดและแบบเส้น เทียบกับระยะทางเรียกว่า การลดทอนเชิงเรขาคณิต (Geometrical attenuation)  ในทางปฏิบัติการเผยแผ่เสียงอาจถูกกระทบโดยปัจจัยอื่นหลายอย่าง  การลดทอนเสียงที่เกิดเสริมเข้ามาเรียกว่า   เอกซ์เซส แอทเทนนูเอชั่น (excess attenuation) ปัจจัยสำคัญที่จะพิจารณา คือ การดูดกลืนเสียงโดยอากาศผลจากลักษณะพื้นที่กำแพงกั้นเสียงและผลทางอุตุนิยมวิทยา

การดูดกลืนเสียงในอากาศ 

      ถ้าคลื่นเสียงแผ่เข้าไปในอากาศเกิดส่วนอัดและส่วนขยายเป็นอนุกรมสลับกันไป  ตรงบริเวณส่วนอัดอุณหภูมิจะสูงขึ้นจำนวนโมเลกุลออกซิเจนที่สั่นจะเพิ่มขึ้นตามมาด้วยการขยายตัวทำให้พลังงานการสั่นถูกส่งกลับคืนไปยังโมเลกุลที่เคลื่อนที่เชิงเส้น  ถ้าส่งคืนพลังงานได้หมดก็จะเกิดการสมดุลถ้าความถี่ของคลื่นเสียงมีไม่เพียงพอต่อการเกิดสมดุลพลังงานการสั่นส่วนใหญ่ไม่ได้เปลี่ยนกลับไปเป็นพลังงาน ( การเคลื่อนที่ ) เชิงเส้นแต่จะหลุดออกมาจากคลื่นเสียงกลายเป็นความร้อน  ในทางปฏิบัติที่ความถี่ต่ำ ๆ การดูดกลืนเสียงในอากาศมีค่าน้อยตัดทิ้งได้ในระยะทาง ๑,๐๐๐ เมตร อาจมีการลดลง ๒ - ๑๐ เดซิเบล สำหรับความถี่ ๑ กิโลเฮิรตซ์  ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความชื้นสัมพัทธ์แต่ที่ความถี่สูงการดูดกลืนเสียงจะมากขึ้น

การดูดกลืนเสียงโดยพื้นดิน 

      แหล่งกำเนิดเสียงส่วนมากไม่ได้ส่งเสียงออกไปในบริเวณอิสระห่างผิวสะท้อนทั้งแหล่งกำเนิดเสียงและตำแหน่งที่รับฟังเสียงต่างก็มักจะอยู่ใกล้พื้นดิน  ดังนั้นผู้ฟังจะได้รับคลื่นเสียงจากทางตรง และโดยการสะท้อนซึ่งเป็นไปตามกฎการสะท้อนของคลื่น คือ มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน ดูจากภาพ (แบบกระจกเงา) ของแหล่งกำเนิดเสียงเป็นจุดเริ่มต้นรังสีของเสียงห่างผิวสะท้อนเท่ากับจุดกำเนิดจริง S ลักษณะเชิงเสียงของผิวสะท้อนหรือที่เรียกว่า อคูสติก อิมพีแดนซ์ (Acoustic impedance) ก็มีผลต่อการดูดกลืนพลังงานเสียงด้วยเหมือนกัน

 

ภาพ (แบบกระจกเงา) ของแหล่งกำเนิดเสียง
ภาพ (แบบกระจกเงา) ของแหล่งกำเนิดเสียง

 

ผลด้านอุตุนิยมวิทยา 

      ผลกระทบจากสภาพอุตุนิยม ได้แก่ ความชื้นสัมพัทธ์ อุณหภูมิของลม และอุณหภูมิของอากาศ สำหรับเรื่องความชื้นสัมพัทธ์นั้นมีกล่าวไว้แล้วในส่วนของการดูดกลืนเสียงในอากาศ

ผลกระทบของลม 

      คลื่นเสียงเคลื่อนที่ได้ดีพอ ๆ กันทั้งตามลมและทวนลม ตัวอย่างเช่นในท่อเครื่องปรับอากาศเสียงแผ่ได้มากพอ ๆ กัน สำหรับทางอากาศเข้าและออกเมื่อไม่มีเครื่องลดทอนเสียงถ้าอยู่ในอากาศกลางแจ้งจะต้องนำเอาความเร็วลมมาพิจารณาด้วย  ลมใกล้พื้นดินมีความเร็วน้อยเพราะมีอาคาร ต้นไม้ และสิ่งกีดขวางอย่างอื่นอยู่  ยิ่งห่างพื้นดินขึ้นไปเท่าไรความเร็วลมยิ่งถูกรบกวนน้อยเกิดความลาดชันของลม (Wind gradient) คือ ลมเพิ่มความเร็วตามความสูงถ้าจุดกำเนิดเสียงส่งเสียงออกรอบตัวใกล้พื้นดินผลก็  คือ ทางด้านทิศใต้ของลมเสียงจะโค้งลงหาพื้นดินและจะโค้งขึ้นในทิศสวนทางลม  ดังนั้นพลังงานเสียงส่วนมากจะรับได้ที่ทางใต้ลมและรับได้น้อยที่จุดต้นลม

ผลกระทบของอุณหภูมิ

      ในเวลากลางวันอุณหภูมิของอากาศลดลงตามความสูงเหนือพื้นดินเป็นภาวะที่เรียกว่า เทมเพอเรเจอร์ แลปส์ (Temperature lapse) เนื่องจากในอากาศที่มีอุณหภูมิสูงคลื่นเสียงจะวิ่งได้เร็วกว่าในอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำ  ดังนั้นในตอนกลางวันคลื่นเสียงจากจุดกำเนิดเสียงใกล้พื้นดินจะเบนขึ้นข้างบนทำให้การรับเสียงใกล้พื้นดินค่อยกว่าตอนกลางคืนอุณหภูมิกลับผกผันเสียเป็นส่วนมากกล่าวคือ อากาศใกล้พื้นดินเย็นกว่าในที่ที่สูงขึ้นไปทำให้คลื่นเสียงเบนลงสู่พื้นดินและระดับเสียงที่รับได้ก็จะสูงขึ้น  มีการจัดระดับความดันเสียงของการแปรผันเต็มที่ของการเปลี่ยนอุณหภูมิตามความสูงพบว่า ระดับเสียงที่แตกต่างกันมีค่าถึง ๒๐ dB (A)
 

ผลกระทบของอุณหภูมิ
(บน) อากาศชั้นล่างมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศชั้นบนเสียงจะเบนขึ้น
(ล่าง) อากาศชั้นบนมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศชั้นล่าง เสียงจะเดินทางเป็นเส้นโค้ง

 

กำแพงกั้นเสียง 

      ระดับเสียงจะลดลงได้มากถ้าผู้รับฟังมีเครื่องกำบังเสียง เช่น สภาพภูมิอากาศหรืออาคารสิ่งก่อสร้าง ส่วนกำแพงกั้นเสียงที่สร้างขึ้นก็เพื่อพยายามลดทอนเสียงโดยเฉพาะจากแหล่งการจราจรทางถนน การทดสอบเครื่องยนต์ของเครื่องบินและทางด่วน เป็นต้น  หากพิจารณาในเชิงเรขาคณิตน่าจะกล่าวได้ว่าพลังงานเสียงตกลงบนกำแพงกั้นเสียงจะสะท้อนกลับไปยังแหล่งกำเนิดเสียง โดยที่ผู้ฟังซึ่งอยู่ภายในเงาของกำแพงกั้นเสียงไม่น่าที่จะได้รับเสียง  

      อย่างไรก็ตามในศตวรรษที่ ๑๗ ฮอยเกนส์ (Huygens) มีความคิดว่าทุก ๆ จุดบนหน้าคลื่นจะทำตัวเป็นแหล่งกำเนิดและเผยแผ่คลื่นวงกลมออกไปโดยรอบนี่จึงเป็นเครื่องอธิบายว่าทำไมจึงมีการ กระจายของหน้าคลื่นเข้าไปสู่บริเวณเงาของกำแพงเฟรสเนล (Fresnel) และคนอื่นพัฒนาทฤษฎีต่อมาจนกระทั่งปี พ.ศ. ๒๕๑๑ มาเอกาวา (Maekawa) ตีพิมพ์แสดงวิธีง่าย ๆ ในการประมาณค่าการลดทอนเสียงโดยกำแพงกั้นเสียง

เว็บไซต์ทรูปลูกปัญญาดอทคอมเป็นเพียงผู้ให้บริการพื้นที่เผยแพร่ความรู้เพื่อประโยชน์ของสังคม ข้อความและรูปภาพที่ปรากฏในบทความเป็นการเผยแพร่โดยผู้ใช้งาน หากพบเห็นข้อความและรูปภาพที่ไม่เหมาะสมหรือละเมิดลิขสิทธิ์ กรุณาแจ้งผู้ดูแลระบบเพื่อดำเนินการต่อไป
  • Posted By
  • Plookpedia
  • 10 Followers
  • Follow