ที่มา
http://www.sound-map.com/index.php?lay=show&ac=article&Id=267724&Ntype=2ถ้ามีปุจฉาถามมาว่า...
“มีเบียร์อยู่ 5 กระป๋อง เปิดซดเอื้อกๆ ไปแล้ว 2 กระป๋อง จะเหลือกี่กระป๋อง?”เจอคำถามน่าเปรี้ยวปากอย่างนี้ลุงๆ หลายคนถึงกับน้ำลายสอรีบสวนกลับไปทันทีว่า...
“มันก็ต้องเหลือ 3 กระป๋องสิ”
แล้วถ้าถามต่อไปอีกว่า...
“ระหว่างเสียงแหลมความถี่สูงๆ และเสียงทุ้มความถี่ต่ำๆ อย่างไหนจะวิ่งไปได้เร็วกว่ากัน?”ได้ยินคำถามหน่อมแน้มอย่างนี้นักเลงเครื่องเสียงบางท่านก็รีบฟันธงตอบไปเลยว่า...
“มันก็ต้องเสียงแหลมๆ ความถี่สูงๆ น่ะซิ...ที่น่าจะวิ่งได้เร็วกระฉูดกว่า...ไม่น่าถาม”
ผลปรากฏว่า...โอ้อนิจจา...ถูกน้องๆ นักเรียนหน้าใสๆ แซวสวนกลับมาว่า
“ตอบผิดหมดเลยจ้ะลุง ข้อแรกต้องเหลือ 5 กระป๋องเท่าเดิม รึลุงจะซดกระป๋องเข้าไปด้วยครับ..?!”
“ฉันใดก็ฉันนั้นสำหรับข้อสองที่ถูกต้องก็คือคลื่นเสียงจะมีความเร็วเท่ากันในทุกๆ ความถี่จ๊ะ”ท่านลุงถึงกับเกาหัวแกรกๆ แล้วบ่นพึมพำไปตามประสาว่า...
“ละมันเกี่ยวอะไรกันมั๊ยล่ะนั่น...ยัยหนู..!?”
ไอ้เราก็อายุปูนนี้แล้ว เคยเห็นลำโพงมาแล้วก็มาก (ผ่านโลก...เครื่องเสียง...มามาก) มีลำโพงหลายรุ่นที่เค้าทำหน้าลำโพงให้ลาดสโล๊ปเป็นแนวเอียงๆ แล้วมักจะติดตั้งดอกลำโพงเสียงแหลมไว้ที่ด้านบน ส่วนเสียงทุ้มก็เอาไว้ด้านล่าง
“ถ้านี่ไม่ใช่เพื่อต้องการชดเชยความต่างในความเร็วของความถี่เสียงแล้วจะทำเพื่ออะไรกันเล่า?”
เรื่องความเร็วในการเดินทางของคลื่นเสียงนั้นถ้าจะให้อธิบาย กันในรายละเอียดเชิงวิชาการจริงๆ เดี๋ยวจะพาลง่วงเหงาหาวนอนกันซะก่อน เนื่องจากจะเกี่ยวเนื่องกับหลักทางคณิตศาสตร์-ตรีโกณมิติ sin(x), cos(x) ฯลฯ ที่น่าวิงเวียนคลื่นเหียนเป็นลม เอาเป็นว่าถ้ายังไม่มีเวลาไปพลิกตำราวิทยาศาสตร์ที่เคยเรียนกันสมัยวัย กระเตาะแล้วละก็ ผู้เขียนได้ยกข้อสรุปโดยอ้างอิงจากสารานุกรมของต่างประเทศ Microsoft Encarta Reference Encyclopedia มาไว้ที่ตรงนี้แล้วครับ เพราะก็ถือได้ว่าเป็นแหล่งข้อมูลอ้างอิงทางวิชาการที่เชื่อถือได้ไม่แพ้ของกระทรวงศึกษาธิการของเราเหมือนกัน
ฝรั่งเค้าบอกว่าความถี่ของคลื่นเสียง (หรือ Frequency ซึ่งมีหน่วยเป็น Hertz เขียนโดยย่อว่า Hz) ก็คือการวัดจำนวนช่วงคลื่นที่เคลื่อนผ่านจุดตำแหน่งอ้างอิงใดๆ ไปภายในหนึ่งวินาที โดยระยะห่างระหว่างแต่ละยอดคลื่น (Crest) ที่อยู่ติดกันนั้นถูกกำหนดให้เป็นความยาวช่วงคลื่น (หรือ Wavelength ซึ่งมีหน่วยเหมือนกับการวัดระยะความยาวทั่วๆ ไป เช่น เมตร, ฟุต ฯลฯ)
คลื่นเสียงถูกจัดประเภทให้เป็นคลื่นตามยาว (Longitudinal Wave) เนื่องจากมีลักษณะการเคลื่อนที่คล้ายกับระรอกการยืดหดตัวของวงขดสปริง โดยจะมีลักษณะทางเฟสของคลื่นเทียบได้กับคลื่นตามขวาง (Transverse Wave) ดังเช่นคลื่นที่ผิวน้ำ นอกจากนี้คลื่นเสียงยังมีคุณลักษณะเป็นคลื่นเชิงกล (Mechanical Wave) และคลื่นความดัน (Pressure Wave) ด้วย
ผลคูณ (Product) ระหว่างความยาวช่วงคลื่นและความถี่นี้จะเท่ากับความเร็วของคลื่นเสียงนั่น เอง โดยความเร็วนี้จะเท่ากันหมดในทุกๆ ย่านความถี่และความยาวของคลื่นเสียง (ภายใต้เงื่อนไขว่าเสียงเดินทางผ่านตัวกลาง (Medium) เดียวกันเช่นในอากาศและที่ระดับอุณหภูมิเดียวกัน) หรือเขียนเป็นสูตรได้ว่า
ความเร็วเสียง = ความยาวช่วงคลื่น x ความถี่เสียงถึงตรงนี้บางคนอาจยังสับสนได้กับสูตรความสัมพันธ์นี้ โดยมักจะเข้าใจกันผิดๆ ไปในทำนองว่าความเร็วเสียงจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงไปตามความยาวช่วงคลื่นหรือค่า ความถี่ แต่ในความเป็นจริงนั้นความเร็วเสียงจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวกลางที่ เสียงเดินทางผ่านไป (เช่นอุณหภูมิของอากาศ) ซึ่งสูตรข้างบนนี้จะเป็นเพียงความสัมพันธ์ในเชิงคณิตศาสตร์เท่านั้น โดยจะใช้เพื่อคำนวณหาความยาวช่วงคลื่นเมื่อรู้ความถี่เสียงค่าหนึ่งๆ หรือในทางกลับกันก็ใช้เพื่อหาค่าความถี่เสียงเมื่อรู้ความยาวช่วงคลื่นค่า หนึ่งๆ โดยความเร็วของเสียงนั้นจะเป็นค่าคงที่
ดังนั้นเมื่อกลับข้างสมการก็จะได้เป็น
ความยาวช่วงคลื่น = {ความเร็วเสียง} / ความถี่เสียงหรือ
ความถี่เสียง = {ความเร็วเสียง} / ความยาวช่วงคลื่นหรือถ้าจะกล่าวว่าความถี่กับความยาวช่วงคลื่นนั้นมีความสัมพันธ์กันในแบบผกผันแล้วละก็
”ถูกต้องคร๊าบ...โอ้...โฮ...ล้านแตก !!!”หมายความว่าถ้าความถี่สูงขึ้น (เสียงแหลมขึ้น) ความยาวช่วงคลื่นก็จะสั้นลง หรือในทางกลับกันถ้าความถี่ต่ำลง (เสียงทุ้มต่ำลึกลงไป) ความยาวช่วงคลื่นก็จะมากขึ้น ทั้งนี้ก็เนื่องจากว่าความเร็วเสียงจะไม่เปลี่ยนแปลงในทุกๆ ช่วงความถี่หรือความยาวช่วงคลื่นนั่นเอง
ตามกฎของธรรมชาตินั้น ความเร็วเสียงที่เดินทางในอากาศจะแปรเปลี่ยนไป...พร้อมๆ กันในทุกช่วงความถี่...ตามระดับอุณหภูมิของมวลอากาศ โดยความเร็วเสียงในอากาศแห้งที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียสนั้นจะอยู่ที่ประมาณ 331 เมตร/วินาทีและความเร็วจะเพิ่มขึ้นเป็น 350 เมตร/วินาทีที่อุณหภูมิ 32 องศา (หรือเท่ากับ 1,260 กิโลเมตรต่อชั่วโมง..!) ซึ่งสามารถคำนวณหาความเร็วโดยประมาณได้จากสูตรต่อไปนี้
ความเร็วเสียง (เมตร/วินาที) = 331 + (0.6 x อุณหภูมิองศาเซลเซียส)
ดังนั้นหากภายในห้องฟังของคุณลุงไม่ได้กว้างใหญ่ไพศาล กระทั่งเกิดผลต่างทางอุณหภูมิหรือสภาพภูมิอากาศปรวนแปรอย่างยิ่งยวด “ในขณะชั่วเสี้ยวหนึ่งวินาทีใดของการฟัง” แล้วละก็สามารถฟันธงฉับๆ ได้เลยว่าความถี่เสียงในทุกๆ Hz ที่เปล่งออกมาจากแต่ละดอกลำโพงอย่างต่อเนื่องนั้นจะมีความเร็วที่ไม่แตกต่าง กันค่ะ
“แล้วทำไมลำโพงระดับไฮเอนด์อย่างของ Theil ดังเช่นในรูปถึงออกแบบหน้าลำโพงให้ลาดเอียงล่ะ?”ที่เป็นอย่างนั้นเพราะผู้ผลิตลำโพงต้องการทำให้เกิดความ ถูกต้องสอดคล้องในเรื่องของเฟสและเวลาที่คลื่นเสียงจะเดินทางมาถึงหูของผู้ ฟังให้มากยิ่งขึ้น โดยจะชดเชยความคลาดเคลื่อนทางเฟสและเวลาที่อาจเป็นผลจากระยะเฉลี่ยที่ไม่ เท่ากันจากหูของผู้ฟังถึงดอกลำโพงแต่ละตัว นอกจากนี้ก็อาจเป็นผลจากการทำงานของวงจรตัดแบ่งความถี่หรือจากความไวในการ ตอบสนองของดอกลำโพงแต่ละตัวที่แตกต่างกัน
สำหรับตู้ลำโพงที่มีรูปทรงแบบปกติทั่วๆ ไปนั้น จะเห็นได้ว่าระยะห่างจากหูของผู้ฟังถึงจุดกำเนิดเสียงของแต่ละดอกลำโพงนั้น ไม่เท่ากัน (ระยะ S1 ยาวกว่า S2 และ S2 ยาวกว่า S3) และถึงแม้จะสามารถออกแบบให้ดอกลำโพงแต่ละตัวเปล่งเสียงออกมาได้พร้อมๆ กันก็ตาม แต่เสียงก็ยังเดินทางมาถึงหูไม่พร้อมกันอยู่ดี ซึ่งตรงนี้ก็อาจเกิดข้อคำถามขึ้นมาอีกว่า...
“เสียงจากเครื่องดนตรีที่ดังออกมาแปร๊ดหนึ่งๆ นั้นไม่ได้ดังออกมาจากลำโพงตัวใดตัวหนึ่งหรือ?”ก็คงต้องทำความเข้าใจกันก่อนว่าเสียงจากเครื่องดนตรีที่ ระดับตัวโน๊ตหนึ่งๆ นั้นไม่ได้ประกอบขึ้นจากความถี่ค่าเดี่ยวๆ ความถี่ใดความถี่หนึ่งเท่านั้น แต่จะมีช่วงความถี่อื่นๆ ทั้งที่สูงกว่าและต่ำกว่าความถี่หลักของตัวโน๊ตหรือที่เรียกว่าฮาร์มอนิค-โอ เวอร์โทนนั่นเอง ดังนี้จึงไม่น่าแปลกใจที่ว่าเสียงจากโน๊ตดนตรีหนึ่งๆ อาจจะถูกถ่ายทอดผ่านดอกลำโพงมากกว่าหนึ่งตัวได้ ส่วนจะออกมารวมกันเป็นรูปคลื่นได้สมประกอบดีแค่ไหนนั้นก็มีเทคนิควิธีการ อยู่อีกมากครับ
ผู้ออกแบบลำโพงบางรายจะใช้วิธีจัดวางแนวดอกลำโพงให้ระยะ ห่างเฉลี่ยถึงหูของผู้ฟังนี้ใกล้เคียงกันมากขึ้น แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าลำโพงที่มีคุณภาพมิติเสียงดีๆ นั้นจะต้องทำหน้าลำโพงให้ลาดเอียงแบบนี้ไปเสียทั้งหมดนะครับ เพราะการชดเชยในเรื่องของเฟสและเวลานั้นยังสามารถจัดการกันได้ในอีกหลายวิธี แต่ที่ยกตัวอย่างมาคุยกันตรงนี้ก็เพียงเพราะต้องการชี้ประกอบให้เห็นใน ประเด็นที่บางท่านอาจจะยังไม่เข้าใจในธรรมชาติแห่งสรรพเสียงว่า...
“ความเร็วในการเดินทางของคลื่นเสียงทั้งทุ้มและแหลมนั้นจะเท่ากันหมดในทุกๆ ช่วงความถี่”และนี่...คือปฐมบทพื้นฐานของทุกๆ สิ่งที่เกี่ยวข้องกับระบบสเตอริโอและอคุสติคที่สำคัญยิ่งต่อความเข้าใจในเรื่องของเสียงและอคุสติค
