บีตส์และคลื่นนิ่งของเสียง

 บีตส์ (Beats)              

              เสียงที่ได้ยินจากแหล่งกำเนิดเสียงแหล่งเดียว จะเป็นเสียงดังสม่ำเสมอต่อเนื่องกัน ส่วนเสียงที่ได้ยินจากแห่งกำเนิดเสียงสองแหล่งที่มีความถี่ต่างกันเล็กน้อย จะเป็นเสียงดังค่อยสลับกันเป็นจังหวะ ซึ่งเรียกว่า บีตส์ของเสียง บีตส์เกิดจากการซ้อนทับระหว่างคลื่นเสียงจากแหล่งกำเนิด 2 แหล่ง ที่มีความถี่ไม่เท่ากัน ถ้าความถี่ของเสียงจากแหล่งกำเนิดทั้งสองต่างกันเล็กน้อย เสียงบีตส์ที่ได้ยินจะเป็นจังหวะช้าๆ แต่ถ้าความถี่ของเสียงจากแหล่งกำเนิดทั้งสองต่างกันมาก เสียงบีตส์ที่ได้ยินจะเป็นจังหวะเร็วขึ้น โดยปกติหูเราจะสามารถจำแนกเสียงบีตส์ที่ได้ยินเป็นจังหวะที่มีความถี่ไม่เกิน 7 เฮิรตซ์

                

               คลื่นเสียงจากแหล่งกำเนิด 2 แหล่ง ที่มีความถี่ ƒ₁ และ ƒ₂ เมื่อมาซ้อนทับกันจะทำให้เกิดบีตส์ที่มีเสียงดังและค่อยสลับกันเป็นจังหวะคงตัว ความถี่บีตส์จะเท่ากับจำนวนครั้งของเสียงดังที่ได้ยินในหนึ่งวินาที  ซึ่งจะหาได้จากผลต่างของความถี่ของคลื่นเสียงทั้งสอง เรียกว่า ความถี่บีตส์ ( beats frequency ) ซึ่งจะหาได้จากผลต่างของความถี่คลื่นเสียงทั้งสอง

                    

                                                    ความถี่บีตส์           =             ∆ ƒ  =   ƒ₁ - ƒ₂

                                         

               บีตส์ไม่จำเป็นต้องเกิดจากแหล่งกำเนิดเสียงประเภทเดียวกันเท่านั้น แต่อาจเกิดจากแหล่งกำเนิดเสียงคนละประเภทก็ได้ ในชีวิตประจำวันที่อาจพบเห็นได้แก่ การปรับเสียงของเครื่องดนตรีชนิดต่างๆ เช่น ไวโอลิน โดยเทียบกับเสียงจากหลอดเทียบเสียงที่มีความถี่มาตรฐาน และทำให้เสียงจากไวโอลินดังพร้อมๆ กับเสียงจากหลอดเทียบเสียงมาตรฐาน ขณะที่ความถี่ของเสียงไวโอลินยังไม่เท่ากับความถี่ของเสียงจากหลอดเทียบเสียงมาตรฐาน เราจะได้ยินเสียงบีตส์จนกระทั่งเมื่อปรับความตึงของสายไวโอลินได้พอเหมาะ คือให้การสั่นขอสายไวโอลินมีความถี่เท่ากับความถี่ของหลอดเทียบเสียงมาตรฐาน เสียงบีตส์ที่ได้ยินก็จะหายไป

                                                        คลิ๊กลิงค์เพื่อเข้าชมตัวอย่าง

 http://www.atom.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/virtual1/surendranath/BeatsApplet.html          

คลื่นนิ่ง (Standing wave)             จากการศึกษาคลื่นนิ่งของคลื่นน้ำและคลื่นนิ่งในเส้นเชือก ทำให้ทราบว่าคลื่นนิ่งเป็นปรากฏการณ์แทรกสอดที่เกิดจากการซ้อนทับระหว่างคลื่นสองคลื่นที่เคลื่อนที่สวนทางกัน โดยที่ทั้งสองมีความถี่ ความยาวคลื่น(wavelenght)และแอมพลิจูด(amplitude)เท่ากัน

              สำหรับกรณีคลื่นเสียงก็จะเกิดปรากฏการณ์แทรกสอดที่มีลักษณะเป็นคลื่นนิ่งได้ ซึ่งเราได้ยินเสียงดังและค่อยสลับกัน โดยตำแหน่งที่ได้ยินเสียงดัง แสงดว่า มีการแทรกสอดแบบเสริม(Constructive interference)และตำแหน่งนั้นจะเป็น ปฏิบัพ(Anitnode)ของความดัน ส่วนตำแหน่งที่ได้ยินเสียงค่อย แสดงว่า มีการแทรกสอบแบบหักล้าง(Destructive interference)และตำแหน่งนั้นจะเป็น บัพ (Node) ของความดัน

              ในขณะเกิดคลื่นนิ่งของเสียง ปฎิบัพเป็นตำแหน่งที่ความดันอากาศมีการเปลี่ยนแปลงของแอมปลิจูดสูงสุด เรียกตำแหน่งนี้ว่าปฎิบัพของความดัน(pressure anti-node)  บัพเป็นตำแหน่งที่ความดันอากาศมีการเปลี่ยนแปลงของแอมปลิจูดเป็นศูนย์ เรียกตำแหน่งนี้ว่าบัพของความดัน(pressure node)

สมมติลำโพง A และ B เปล่งเสียงซึ่งมี ความถี่ ความยาวคลื่น แอมพลิจูด และเฟสตรงกันออกมาวิ่งสวนกัน

@ ตำแหน่งที่ 1,3,5,7,9,11,13 เรียกว่า ปฏิบัพของความดันหรือบัพของการกระจัด

@ ตำแหน่ง 2,4,6,8,10,12 เรียกว่า บัพของความดันหรือปฏิบัพของการกระจัด

@ ถ้าเราฟังเสียงตรงตำแหน่งที่เป็นปฏิบัพของความดันเสียงจะดังมาก แต่ถ้าเราฟังเสียงตรงตำแหน่งที่เป็นบัพของความดันเสียงจะค่อยมาก

ตัวอย่าง

                มะลิและพุดจีบมีส้อมเสียงคนละ 1 อัน ซึ่งมีความถี่ 370 เฮริตซ์ และ 365 เฮริตซ์ ตามลำดับ เมื่อทั้งสองคนเคาะส้อมเสียงพร้อมๆกัน จะเกิดความถี่บีตส์เป็นกี่ครั้ง/วินาที

                วิธีทำ 

                                       จาก         ความถี่บีตส์   =  ∆ ƒ= ƒ₁ - ƒ₂

       ความถี่บีตส์   =  370 – 365

ตอบ     ความถี่บีตส์  เท่ากับ  5  ครั้ง/วินาที


แหล่งที่มา : https://www.myfirstbrain.com/student_view.aspx?ID=75597