การสั่นพ้องของเสียง
เสียงที่เกิดขึ้นนั้น เกิดจากปรากฏการณ์การสั่นพ้องของเสียงครับ หรือที่ภาษาอังกฤษใช้คำว่า Sound Resonance : เนื่องจากเสียงเกิดจากการสั่นของแหล่งกำเนิด และการเคลื่อนที่ของเสียงเป็นการเคลื่อนที่แบบคลื่น ขณะที่เสียงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง อนุภาคของตัวกลางจะสั่นด้วยความถี่เดียวกับความถี่ของแหล่งกำเนิด เช่น ถ้าเราส่งคลื่นเสียงจากลำโพงเข้าไปทางปากหลอดเรโซแนนซ์ อนุภาคของอากาศในหลอดเรโซแนนซ์จะถูกบังคับให้สั่นด้วยความถี่ของเสียงจากลำโพง ถ้าปรับความถี่ของคลื่นเสียงให้มีค่าเท่ากับความถี่ธรรมชาติของอนุภาคของอากาศภายในหลอดเรโซแนนซ์อนุภาคของอากาศจะสั่นแรงที่สุด ทำให้เกิดเสียงออกจากปากหลอดเรโซแนนซ์ดังที่สุด ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นนี้ เรียกว่า "การสั่นพ้องของเสียง"
ภาพแสดงการส่งคลื่นเสียงเข้าในท่อเรโซแนนซ์
การเกิดการสั่นพ้องของเสียงในหลอดที่มีความยาวคงที่
อออออถ้าเราส่งคลื่นเสียงจากลำโพงเข้าไปทางปากหลอด
คลื่นเสียงจะสะท้อนที่ปากหลอดทั้งสองกลับไปกลับมาแล้วเกิดการแทรกสอดกัน
ทำให้เกิดคลื่นนิ่ง
เมื่อปรับความถี่ของคลื่นเสียงให้มีค่าพอเหมาะจะเกิดคลื่นนิ่งที่มีแอมพลิจูดเพิ่มมากขึ้น
และถ้าที่ปากหลอด เป็นตำแหน่งของปฏิบัพของคลื่นพอดี
เราจะได้ยินเสียงออกมาจากหลอดดังที่สุด แสดงว่าเกิดการสั่นพ้องของเสียง
โดยความถี่ของคลื่นนิ่งที่ทำให้เกิดการสั่นพ้องของเสียงในหลอด
มีได้หลายค่าดังนี้
อออ 1. ความถี่มูลฐาน (Fundamental) คือ
ความถี่ต่ำสุดของคลื่นนิ่งในหลอด ซึ่งมีความยาวคลื่นมากที่สุด
แล้วทำให้เกิดการสั่นพ้องของเสียง
อออ 2. โอเวอร์โทน (Overtone) คือ
ความถี่ของคลื่นนิ่งที่ถัดจากความถี่มูลฐานแล้วทำให้เกิดการสั่นพ้องของเสียงในหลอดนั้นได้
มีค่าเป็นขั้นๆ
อออ 3. ฮาร์โมนิค (Harmonic) คือ
ตัวเลขที่บอกว่าความถี่นั้นเป็นกี่เท่าของความถี่มูลฐาน
1.
การเกิดการสั่นพ้องของเสียงในหลอดปลายเปิด
อออออหลอดปลายเปิด
เป็นหลอดที่ปลายทั้งสองข้างเปิดสู่อากาศ
คลื่นเสียงที่สะท้อนบริเวณปากหลอดทั้งสองข้าง
โมเลกุลของอากาศเคลื่อนที่ได้โดยอิสระจะเป็นตำแหน่งปฏิบัพของคลื่น ดังนั้นถ้าท่อยาว
L
ภาพแสดง
การเกิดคลื่นนิ่งในท่อปลายเปิดทั้งสองข้าง ยาว L
vvvvvจะสังเกตได้ว่า
ความถี่ซึ่งทำให้เกิดการสั่นพ้องนั้นมีได้หลายค่า โดยสรุปเป็นความสัมพันธ์ได้ว่า
vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv เมื่อ n = 1, 2, 3,...
vvvvvหรือหากพิจารณาในรูปของความยาวคลื่น จะได้ว่า
vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv เมื่อ n = 1, 2, 3,...
2. การเกิดการสั่นพ้องอขงเสียงในหลอดปลายปิด
อออออหลอดปลายปิด เป็นหลอดที่ปลายข้างหนึ่งปิด ปลายอีกช้างหนึ่งเปิด เมื่อให้คลื่นเสียงเข้าทางปากหลอดด้านเปิด คลื่นเสียงจะเข้าไปสะท้อนที่ด้านปิดโดยมีเฟสเปลี่ยนไป 180 องศา ดังนั้นที่ตำแหน่งผิวระนาบของด้านปิดจะเป็นตำแหน่งของบัพ ส่วนบริเวณปากหลอดด้านเปิด โมเลกุลของอากาศสั่นได้โดยอิสระจะเป็นตำแหน่งปฏิบัพของคลื่นนิ่งขณะเกิดการสั่นพ้อง ดังนั้นถ้าท่อยาว L
ภาพแสดง การเกิดคลื่นนิ่งในท่อปลายปิด ยาว
L
vvvvvเเช่นเดียวกับท่อปลายเปิด จะสังเกตได้ว่า ความถี่ซึ่งทำให้เกิดการสั่นพ้องนั้นมีได้หลายค่า โดยสรุปเป็นความสัมพันธ์ได้ว่า
vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv เมื่อ n = 1, 2, 3,...
vvvvvหรือหากพิจารณาในรูปของความยาวคลื่น จะได้ว่า
vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv เมื่อ n = 1, 2, 3,..