เล่มที่ 20
เสียงและมลภาวะทางเสียง
สามารถแชร์ได้ผ่าน :
ความดัง
มีรายงานการศึกษาเรื่องความดังมา ตั้งแต่ปี ค.ศ. ๑๙๓๓ หลังจากนั้นก็มีการศึกษาอย่างละเอียด ได้ผลเป็นเส้นที่มีระดับเสมอกัน หรือคอนทัวร์ของความดังเท่ากัน เป็นชุดจากผลงานของโรบินสัน และแดดสัน ซึ่งต่อมามาตรฐานสากล (ISO 226) รับเอาไปใช้
คอนทัวร์ความดังเท่ากันแต่ละเส้น ดูได้จากค่าของมันที่ ๑๐๐๐ เฮิรตซ์ ซึ่งนำมานิยามเป็นระดับความดังมีหน่วยเป็นฟอน (Phon) คอนทัวร์ความดังเท่ากันที่ผ่านระดับความดันเสียง ๔๐ เดซิเบล ที่ ๑๐๐๐ เฮิรตซ์ เรียกว่า คอนทัวร์ ๔๐ ฟอน ความดังเป็นคำเชิงจิตวิสัย ส่วน ระดับความดันเสียงเป็นคำทางกายภาพเช่นเดียว กับระดับความดังก็เป็นพจน์ทางกายภาพด้วย เหมือนกัน และมีประโยชน์ในการประมาณค่าความดังของเสียง (ซึ่งมีหน่วยเป็น sone) จาก การวัดระดับเสียง รูปร่างของคอนทัวร์ความดัง เท่ากัน จะบรรจุไว้ ซึ่งสารนิเทศเชิงจิตวิสัย เพราะคอนทัวร์ดังกล่าวได้มาจากการเปรียบเทียบเชิงจิตวิสัยของความดังของเสียง ต่อความดังของมันที่ ๑๐๐๐ เฮิรตซ์
คอนทัวร์ความดังเท่ากัน เผยให้เห็นว่า ความดังที่หูรับรู้นั้น แปรผันเป็นอย่างมากเทียบกับความถี่ และระดับความดันเสียง เช่น ระดับ ความดันเสียง ๓๐ เดซิเบล คิดเป็นระดับความดัง ๓๐ ฟอนที่ ๑๐๐๐ เฮิรตซ์ แต่ะระดับความดัน เสียงจะต้องเพิ่มขึ้นอีก ๕๘ เดซิเบล จึงจะให้ เสียงดังเท่ากัน ที่ ๒๐ เฮิรตซ์ ความโค้งของ คอนทัวร์เปลี่ยนเป็นราบลงที่ระดับเสียงสูง หูไว ต่อเสียงทุ้ม (ความถี่ต่ำ) น้อยกว่าแถบเสียงกลางๆ
โดยทั่วไปผู้คนจะประเมินเสียงบริสุทธิ์ ความถี่ต่ำว่า ไม่ดังเท่ากับเสียงความถี่กลางๆ ที่ระดับความดันเสียงเท่ากัน ตัวอย่างเช่น คนหนุ่มสาวโดยเฉลี่ย จะประเมินเสียงบริสุทธิ์ ๔๐ เฮิรตซ์ ที่ ๗๐ เดซิเบล ว่าดังเท่ากับเสียงบริสุทธิ์ ๑๐๐๐ เฮิรตซ์ ที่ ๔๐ เดซิเบล ด้วยเหตุผลเช่นนี้เอง เราจึงกล่าวว่า เสียงทั้งสองนี้มีระดับ ความดังเท่ากันขนาด ๔๐ ฟอน นอกจากนี้ มี การค้นพบว่าเมื่อเสียงเพิ่มระดับความดังขึ้น ๑๐ ฟอน จะมีความรู้สึกว่าเสียงดังเป็นสองเท่า
ฟอน (phon)
เป็นหน่วยของระดับความดัง ระดับความดังเป็นฟอนของเสียงคือ ค่าตัวเลข เท่ากับระดับความดันเสียงเป็นเดซิเบลของเสียงอ้างอิง ๑๐๐๐ เฮิรตซ์ ซึ่งผู้ฟังตัดสินว่า ดังเท่ากับเสียงที่เราจะประเมินค่า
โซน (Sones)
เป็นหน่วยวัดความดังของ เสียง ๑๐๐๐ เฮิรตซ์ ที่มีระดับความดันเสียง ๔๐ เดซิเบล โดยเทียบกับระดับอ้างอิง (๒x๑๐-๕ นิวตันต่อตารางเมตร) เสียงที่ผู้ฟังว่า ดังเป็น n เท่าของเสียงนี้ จะถือว่า มีความดัง n โซน
การเผยแผ่เสียงนอกอาคาร
พลังงานเสียงที่แผ่กระจายออกจากแหล่งกำเนิดแบบจุด จะอยู่บนหน้าคลื่นทรงกลม ที่มีรัศมีเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ (คลื่นผิวน้ำที่เกิดจากการโยนก้อนหินลงในสระน้ำ มีลักษณะของหน้าคลื่นเป็นวงกลม หน้าคลื่นคือ แนวสันคลื่น หรือท้องคลื่น ที่เผยแผ่ไปตามตัวกลาง) สำหรับระยะทางที่เพิ่ม ขึ้นเป็นสองเท่าระหว่างแหล่งกำเนิดเสียงและผู้ฟัง ระดับความดันเสียงจะลดลง ๖ เดซิเบล แต่ แทนที่จะเป็นจุด หากแหล่งกำเนิดคลื่นมีลักษณะเป็นแถวยาว การส่งคลื่นจะมีลักษณะหน้าคลื่น เป็นรูปทรงกระบอก และการลดทอนเสียงจะมีอัตรา ๓ เดซิเบล (dB) ต่อการเพิ่มระยะเป็น ๒ เท่า ถ้าแหล่งกำเนิดมีขนาดใหญ่มาก และจุดรับฟัง เสียงอยู่ใกล้แหล่งกำเนิด พลังงานที่ส่งออกไปจะ มีหน้าคลื่นตรง ไม่มีการลดทอนระดับความดันเสียง การลดระดับความดันเสียงของแหล่งกำเนิดแบบ จุดและแบบเส้น เทียบกับระยะทางเรียกว่า การ ลดทอนเชิงเรขาคณิต (Geometrical attenuation) ในทางปฏิบัติการเผยแผ่เสียงอาจถูกกระทบโดย ปัจจัยอื่นหลายอย่าง การลดทอนเสียงที่เกิดเสริม เข้ามาเรียกว่า เอกซ์เซส แอทเทนนูเอชั่น (excess attenuation) ปัจจัยสำคัญที่จะพิจารณาคือ การ ดูดกลืนเสียงโดยอากาศ ผลจากลักษณะพื้นที่ กำแพงกั้นเสียง และผลทางอุตุนิยมวิทยา
การดูดกลืนเสียงในอากาศ
ถ้าคลื่นเสียงแผ่เข้าไปในอากาศ เกิดส่วนอัด และส่วนขยาย เป็นอนุกรมสลับกันไป ตรงบริเวณส่วนอัดอุณหภูมิจะสูงขึ้น จำนวนโมเลกุลออกซิเจนที่สั่นจะเพิ่มขึ้น ตามมาด้วยการขยายตัว ทำให้พลังงานการสั่นถูกส่งกลับคืนไปยังโมเลกุลที่เคลื่อนที่เชิงเส้น ถ้าส่งคืนพลังงานได้หมด ก็จะ เกิดการสมดุล ถ้าความถี่ของคลื่นเสียงมีไม่เพียง พอต่อการเกิดสมดุล พลังงานการสั่นส่วนใหญ่ ไม่ได้เปลี่ยนกลับไปเป็นพลังงาน (การเคลื่อนที่) เชิงเส้น แต่จะหลุดออกมาจากคลื่นเสียงกลาย เป็นความร้อน ในทางปฏิบัติที่ความถี่ต่ำๆ การดูดกลืนเสียงในอากาศมีค่าน้อยตัดทิ้งได้ ในระยะทาง ๑,๐๐๐ เมตร อาจมีการลดลง ๒ - ๑๐ เดซิเบล สำหรับความถี่ ๑ กิโลเฮิรตซ์ ทั้งนี้ ขึ้นอยู่กับความชื้นสัมพัทธ์ แต่ที่ความถี่สูงการ ดูดกลืนเสียงจะมากขึ้น
การดูดกลืนเสียงโดยพื้นดิน
แหล่งกำเนิดเสียงส่วนมาก ไม่ได้ส่งเสียงออกไปในบริเวณอิสระห่างผิวสะท้อน ทั้งแหล่งกำเนิดเสียง และตำแหน่งที่รับฟังเสียง ต่างก็มักจะอยู่ใกล้พื้นดิน ดังนั้นผู้ฟังจะได้รับคลื่นเสียงจากทางตรง และโดยการสะท้อน ซึ่งเป็นไปตามกฎการสะท้อนของคลื่น คือ มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน ดูจากภาพ (แบบกระจกเงา) ของ แหล่งกำเนิดเสียง เป็นจุดเริ่มต้นรังสีของเสียง ห่างผิวสะท้อนเท่ากับจุดกำเนิดจริง S ลักษณะ เชิงเสียงของผิวสะท้อน หรือที่เรียกว่า อคูสติก อิมพีแดนซ์ (Acoustic impedance) ก็มีผลต่อการ ดูดกลืนพลังงานเสียงด้วยเหมือนกัน
ภาพ (แบบกระจกเงา) ของแหล่งกำเนิดเสียง
ผลด้านอุตุนิยมวิทยา
ผลกระทบจากสภาพอุตุนิยม ได้แก่ ความชื้นสัมพัทธ์ อุณหภูมิของลม และอุณหภูมิของอากาศ สำหรับเรื่องความชื้นสัมพัทธ์นั้น มีกล่าวไว้แล้ว ในส่วนของการดูดกลืนเสียงในอากาศ
ผลกระทบของลม
คลื่นเสียงเคลื่อนที่ได้ดีพอๆ กันทั้งตามลม และทวนลม ตัวอย่างเช่น ในท่อเครื่องปรับอากาศ เสียงแผ่ได้มากพอๆ กัน สำหรับทางอากาศเข้าและออก เมื่อไม่มีเครื่องลดทอนเสียง ถ้าอยู่ในอากาศกลางแจ้ง จะต้องนำเอาความเร็วลมมาพิจารณาด้วย ลมใกล้พื้นดินมีความเร็วน้อย เพราะมีอาคาร ต้นไม้ และสิ่งกีดขวางอย่างอื่นอยู่ ยิ่งห่างพื้นดินขึ้นไปเท่าไร ความเร็วลมยิ่งถูกรบกวนน้อย เกิดความลาดชันของลม (Wind gradient) คือ ลมเพิ่มความเร็วตามความสูง ถ้าจุดกำเนิดเสียงส่งเสียงออกรอบตัวใกล้พื้นดิน ผลก็คือ ทางด้านทิศใต้ของลม เสียงจะโค้งลงหาพื้นดิน และจะโค้งขึ้นในทิศสวนทางลม ดังนั้น พลังงานเสียงส่วนมาก จะรับได้ที่ทางใต้ลม และรับได้น้อยที่จุดต้นลม
ผลกระทบของอุณหภูมิ
ในเวลากลางวันอุณหภูมิของอากาศลดลง ตามความสูงเหนือพื้นดิน เป็นภาวะที่เรียกว่า เทมเพอเรเจอร์ แลปส์ (Temperature lapse) เนื่องจากในอากาศที่มีอุณหภูมิสูง คลื่นเสียงจะวิ่งได้เร็วกว่าในอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำ ดังนั้นในตอนกลางวัน คลื่นเสียงจากจุดกำเนิดเสียงใกล้พื้นดิน จะเบนขึ้นข้างบน ทำให้การรับเสียงใกล้พื้นดิน ค่อยกว่าตอนกลางคืน อุณหภูมิกลับผกผันเสียเป็นส่วนมาก กล่าวคือ อากาศใกล้พื้นดินเย็นกว่าในที่ที่สูงขึ้นไป ทำให้คลื่นเสียงเบนลงสู่พื้นดิน และระดับเสียงที่รับได้ ก็จะสูงขึ้น มีการจัดระดับความดันเสียงของการแปรผันเต็มที่ของการเปลี่ยนอุณหภูมิตามความสูง พบว่า ระดับเสียงที่แตกต่างกันมีค่าถึง ๒๐ dB (A)
(บน) อากาศชั้นล่างมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศชั้นบนเสียงจะเบนขึ้น
(ล่าง) อากาศชั้นบนมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศชั้นล่าง เสียงจะเดินทางเป็นเส้นโค้ง
กำแพงกั้นเสียง
ระดับเสียงจะลดลงได้มาก ถ้าผู้รับฟังมีเครื่องกำบังเสียง เช่น สภาพภูมิอากาศ หรืออาคารสิ่งก่อสร้าง ส่วนกำแพงกั้นเสียงที่สร้างขึ้น ก็เพื่อพยายามลดทอนเสียง โดยเฉพาะจากแหล่งการจราจรทางถนน การทดสอบเครื่องยนต์ของเครื่องบิน และทางด่วน เป็นต้น
หากพิจารณาในเชิงเรขาคณิตน่าจะกล่าวได้ว่า พลังงานเสียงตกลงบนกำแพงกั้นเสียง จะสะท้อนกลับไปยังแหล่งกำเนิดเสียง โดยที่ผู้ฟัง ซึ่งอยู่ภายในเงาของกำแพงกั้นเสียง ไม่น่าที่จะได้รับเสียง อย่างไรก็ตาม ในศตวรรษที่ ๑๗ ฮอยเกนส์ (Huygens) มีความคิดว่า ทุกๆ จุดบนหน้าคลื่น จะทำตัวเป็นแหล่งกำเนิด และเผยแผ่คลื่นวงกลมออกไปโดยรอบ นี่จึงเป็นเครื่องอธิบายว่าทำไมจึง มีการกระจายของหน้าคลื่นเข้าไปสู่บริเวณเงาของ กำแพงเฟรสเนล (Fresnel) และคนอื่นพัฒนา ทฤษฎีต่อมา จนกระทั่งปี พ.ศ. ๒๕๑๑ มาเอกาวา (Maekawa) ตีพิมพ์แสดงวิธีง่ายๆ ในการประมาณค่าการลดทอนเสียง โดยกำแพงกั้นเสียง
หัวข้อก่อนหน้า
