พฤติกรรมตามข้อใดของคลื่นเสียงที่เกี่ยวข้องกับการเกิดบีต

การเกิดบีตส์ คือ อะไร

บีตส์? คลื่นเสียงสองแหล่ง ความถี่ต่างกันนิดเดียว ซ้อนกันปุ๊บ ได้ยินเสียงดังค่อยๆ สลับกัน ง่ายๆแค่นั้นแหละ ไม่เกิน 7 เฮิรตซ์ถึงจะได้ยินชัด

• แหล่งกำเนิดเสียงสองแหล่ง
• ความถี่ต่างกันไม่เกิน 7 เฮิรตซ์
• เกิดการแทรกสอด ได้ยินเสียงดังค่อยสลับ

ปีนี้ ยังคงใช้หลักการเดิม ไม่เห็นมีอะไรเปลี่ยน พวกนักวิทย์ก็ยังคงงมงายกับเรื่องเดิมๆ ไอ้ที่ว่า “จำนวนครั้งของเสียงดังที่ได้ยินในหนึ่ง…” ก็แล้วแต่จะนับแหละ วัดเองดิ กูไม่ว่าง

บีตส์ เกิดขึ้นได้อย่างไร

บีตส์ (Beats) เกิดจากการซ้อนทับของคลื่นเสียงสองคลื่นที่มีความถี่ใกล้เคียงกัน ความแตกต่างของความถี่นี้เองที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์การเพิ่มและลดความดังเป็นจังหวะ เราเรียกความถี่นี้ว่า “ความถี่บีตส์” ซึ่งเป็นค่าสัมบูรณ์ของความต่างระหว่างความถี่ของคลื่นทั้งสอง เช่น คลื่นความถี่ 440 เฮิรตซ์ และ 443 เฮิรตซ์ จะให้ความถี่บีตส์ 3 เฮิรตซ์ และเราจะได้ยินเสียงดังขึ้นและเงียบลงในอัตรา 3 ครั้งต่อวินาที

• กลไก: การแทรกสอดของคลื่นเสียงทำให้เกิดการเสริมแรง (constructive interference) เมื่อยอดคลื่นมาบรรจบกัน ทำให้เสียงดังขึ้น และเกิดการหักล้าง (destructive interference) เมื่อยอดคลื่นและท้องคลื่นมาบรรจบกัน ทำให้เสียงเบาลง กระบวนการนี้เกิดขึ้นซ้ำๆ จึงได้ยินเสียงที่ดังขึ้นและเบาลงเป็นจังหวะ

• การรับรู้: มนุษย์สามารถรับรู้บีตส์ได้เมื่อความถี่บีตส์ต่ำกว่าประมาณ 7 เฮิรตซ์ เกินกว่านี้ เราจะได้ยินเป็นเสียงสองเสียงที่แยกกันชัดเจน ไม่ใช่เสียงที่มีจังหวะการดังเบา

• ประโยชน์: ปรากฏการณ์บีตส์มีประโยชน์ในหลายด้าน เช่น การปรับแต่งเครื่องดนตรี การวัดความเร็วของเสียง และการตรวจจับความผิดปกติในระบบกลไกต่างๆ

ปีนี้ (2566) ผมยังคงศึกษาและสนใจในเรื่องนี้ต่อ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประยุกต์ใช้บีตส์ในด้านการแพทย์ เช่น การใช้คลื่นเสียงความถี่ต่ำในการรักษาโรคบางชนิด น่าสนใจมากที่เทคโนโลยีนี้สามารถพัฒนาไปได้ไกลกว่าที่คิด เหมือนกับว่าธรรมชาติซ่อนความลึกลับที่น่าพิศวงเอาไว้ รอให้มนุษย์ค้นพบและนำมาใช้ประโยชน์อย่างไม่สิ้นสุด

ปรากฏการณ์บีตส์ของคลื่นเสียงเกิดขึ้นได้อย่างไร

บีตส์ของคลื่นเสียงเกิดขึ้นจากการ ซ้อนทับ (Superposition) ของคลื่นเสียงสองคลื่นที่มี:

• ความถี่ ใกล้เคียงกันมาก (ต่างกันเล็กน้อย)
• แอมพลิจูด ใกล้เคียงกัน (ไม่จำเป็นต้องเท่ากันเป๊ะ ๆ)

เมื่อคลื่นเหล่านี้รวมกัน จะเกิดการ แทรกสอด (Interference) แบบเสริมกัน (constructive) และหักล้างกัน (destructive) เป็นช่วง ๆ ทำให้เราได้ยินเสียงที่มีความดังค่อยสลับกันเป็นจังหวะ นี่คือเสียง “บีตส์” ที่เราได้ยิน

ความถี่บีตส์ (Beat Frequency) คือ จำนวนครั้งที่เสียงดังขึ้นต่อวินาที ซึ่งสามารถคำนวณได้จากค่าสัมบูรณ์ของผลต่างความถี่ของคลื่นเสียงทั้งสอง |f1 – f2|

ทำไมต้องความถี่ใกล้เคียง?

ถ้าความถี่ต่างกันมาก เสียงจะกลายเป็น “คอร์ด” หรือเสียงประสานมากกว่าที่จะเป็นบีตส์ จังหวะการเปลี่ยนแปลงความดังค่อยจะเร็วเกินไปจนหูเราจับไม่ได้

ตัวอย่าง:

ลองนึกภาพจูนสายกีตาร์สองสายให้เกือบจะตรงกัน แล้วดีดพร้อมกัน จะได้ยินเสียง “วูบ ๆ” นี่แหละคือบีตส์!

โดยปกติมนุษย์จะได้ยินเสียงบีตส์ชัดเจนเมื่อใด

อืมมม.. บีตส์เนี่ยนะ 7 Hz ใช่ป่ะ? งงๆ จำได้ลางๆ จากวิชาฟิสิกส์สมัยมหาลัย ตอนนั้นอาจารย์ดุมาก เครียดเลย แต่เรื่องนี้สำคัญจริงๆนะ เพราะมันเกี่ยวกับการได้ยินเสียงที่ต่างกันเล็กน้อยไง แล้วมันจะเกิดเป็นเสียงใหม่ขึ้นมา เหมือนจังหวะตึ๊บๆ ใช่ไหม?

• ความถี่ต่างกันไม่เกิน 7 Hz อันนี้จำได้แม่น เกินกว่านี้จะไม่ชัดแล้ว หูคนเรามันก็มีขีดจำกัดนี่นา
• แอมปลิจูดไม่ต้องเท่ากันมาก ก็จริง แต่ถ้าต่างกันเยอะมาก เสียงมันจะกลายเป็นเสียงแยกต่างหาก ไม่ใช่บีตส์แล้วอะ

คือแบบ.. สมมุติว่ามีเสียงสองเสียง เสียงนึง 100 Hz อีกเสียง 107 Hz จะได้ยินบีตส์ที่ 7 Hz ชัดเจนเลย แต่ถ้าเป็น 100 Hz กับ 200 Hz จะไม่ชัดเจนแล้ว มันจะกลายเป็นเสียงสองเสียงแยกๆ

แต่ถ้าแหล่งกำเนิดเสียงเหมือนกันหรือไม่เหมือนกัน มันก็มีผลนะ แต่ไม่ใช่ปัจจัยหลัก เหมือนมันส่งผลต่อความดัง ความชัดเจน แต่ไม่ใช่เรื่องสำคัญเท่าสองข้อแรก

อ้อ! ปีนี้ไปดูคอนเสิร์ตวงดนตรีแนวอิเล็กทรอนิกส์มา ดีมากกกก เบสหนักมาก ได้ยินบีตส์ชัดเจน จังหวะมันกระแทกใจสุดๆ นึกถึงตอนเรียนฟิสิกส์เลย ฮ่าๆ

• ความถี่ต่างกันไม่เกิน 7 Hz (สำคัญที่สุด)
• แอมปลิจูดไม่ต้องเท่ากันมาก
• แหล่งกำเนิดเสียง ไม่ได้มีผลมากนัก (ผลต่อความดังมากกว่า)

เหนื่อยแล้ว เขียนเยอะไปหรือเปล่าเนี่ย บาย!

บีทเกิดจากคลื่นเสียงสองคลื่นแสดงสมบัติอะไร

ฟ้าครึ้มๆ บ่ายสองโมงกว่าๆ แดดหายไปไหนนะ เสียงฝนใกล้จะตกแล้วหรือเปล่า… บีทส์… นึกถึงเสียงดนตรีเบาๆ จังหวะแปลกๆ คลื่นสองคลื่นมาเจอกัน… เหมือนสายน้ำสองสายไหลมารวมกัน… บางทีก็แรง บางทีก็เบา… นึกถึงตอนเรียนฟิสิกส์ ม.5 ตอนนั้นงงมาก แต่จำได้ว่าอาจารย์บอกว่ามันคือ การแทรกสอด (Interference)

• แทรกสอด… มันซ้อนกันไปมา… คลื่นเสียงสองความถี่ใกล้เคียงกัน
• ความถี่ต่างกันนิดเดียว… ทำให้เกิดเสียงดังเบาๆ สลับกันไป… บีทส์ไง
• ถ้าความถี่เท่ากัน เสียงจะกลมกลืน แต่ถ้าต่างกันมาก เสียงจะแปลกๆ ฟังไม่รู้เรื่อง…
• เมื่อวานซ้อมกีตาร์กับเพื่อน… เสียงเพี้ยนๆ เลยลองจูนสายใหม่… นึกถึงบีทส์ขึ้นมาเลย… มันคือการแทรกสอดนี่เอง… ตอนนั้นจูนสาย A กับสาย D
• บีทส์… เสียงขึ้นๆ ลงๆ… เหมือนหัวใจเต้น… ตึกตักๆ…

ตอนนี้ฝนเริ่มตกแล้ว เสียงดังกว่าเสียงบีทส์อีก… หยุดคิดเรื่องฟิสิกส์แป๊บนึงดีกว่า… ไปหาอะไรกินก่อน… แล้วค่อยกลับมาอ่านหนังสือต่อ…