เสียง

ในฟิสิกส์ , เสียงเป็นแรงสั่นสะเทือนที่แพร่กระจายเป็นคลื่นอะคูสติกผ่านกลางส่งเช่นก๊าซของเหลวหรือของแข็ง

กลองเสียงสั่นผ่าน เมมเบรน

ในมนุษย์สรีรวิทยาและจิตวิทยาเสียงเป็นแผนกต้อนรับส่วนหน้าของคลื่นดังกล่าวและพวกเขารับรู้โดยสมอง [1]เฉพาะคลื่นอะคูสติกที่มีความถี่อยู่ระหว่าง 20 เฮิรตซ์ถึง 20 กิโลเฮิรตซ์ช่วงความถี่เสียงเท่านั้นที่กระตุ้นการรับรู้ของมนุษย์ ในอากาศที่ความดันบรรยากาศสิ่งเหล่านี้แสดงถึงคลื่นเสียงที่มีความยาวคลื่น 17 เมตร (56 ฟุต) ถึง 1.7 เซนติเมตร (0.67 นิ้ว) คลื่นเสียงที่สูงกว่า 20  kHzเรียกว่าอัลตร้าซาวด์และมนุษย์ไม่ได้ยิน คลื่นเสียงที่ต่ำกว่า 20 เฮิร์ตซ์เรียกว่าอินฟราซาวด์. สัตว์สายพันธุ์ที่แตกต่างกันได้ที่แตกต่างกันในช่วงการได้ยิน

อะคูสติกเป็นสหวิทยาการที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาคลื่นกลในก๊าซของเหลวและของแข็งรวมถึงการสั่นสะเทือนเสียงอัลตราซาวนด์และอินฟราซาวนด์ นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานในเขตของอะคูสติกเป็นศาสตร์ในขณะที่คนที่ทำงานในด้านของวิศวกรรมเสียงที่อาจจะเรียกว่าวิศวกรเสียง [2]วิศวกรเสียงบนมืออื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการบันทึกการจัดการผสมและการสืบพันธุ์ของเสียง

การประยุกต์ใช้งานของอะคูสติกจะพบได้ในเกือบทุกด้านของสังคมสมัยใหม่ subdisciplines ได้แก่aeroacoustics , การประมวลผลสัญญาณเสียง , อะคูสติกสถาปัตยกรรม , bioacousticsไฟฟ้าอะคูสติก, สัญญาณรบกวน , เสียงดนตรี , การควบคุมเสียง , psychoacoustics , คำพูด , อัลตราซาวนด์ , ใต้น้ำอะคูสติกและการสั่นสะเทือน . [3]

เสียงถูกกำหนดให้เป็น "(a) การสั่นของความดันความเค้นการกระจัดของอนุภาคความเร็วของอนุภาค ฯลฯ แพร่กระจายในสื่อที่มีแรงภายใน (เช่นยืดหยุ่นหรือหนืด) หรือการซ้อนทับของการสั่นที่แพร่กระจายดังกล่าว (b) การได้ยิน ความรู้สึกที่เกิดจากการสั่นที่อธิบายไว้ใน (ก) " [4]เสียงสามารถมองได้ว่าเป็นการเคลื่อนที่ของคลื่นในอากาศหรือสื่อยืดหยุ่นอื่น ๆ ในกรณีนี้เสียงเป็นสิ่งกระตุ้น เสียงยังสามารถถูกมองว่าเป็นการกระตุ้นกลไกการได้ยินที่ส่งผลให้เกิดการรับรู้เสียง ในกรณีนี้เสียงเป็นความรู้สึก

"> File:23. Звучни вилушки.ogvเล่นสื่อ
ทดลองใช้สองส้อมเสียง สั่นปกติจะอยู่ที่เดียวกันความถี่ ส้อมอันหนึ่งถูกตีด้วยค้อนยาง แม้ว่าส้อมเสียงแรกจะถูกตีเพียงครั้งเดียว แต่ส้อมที่สองจะตื่นเต้นอย่างเห็นได้ชัดเนื่องจากการสั่นที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงความดันและความหนาแน่นของอากาศเป็นระยะโดยการตีส้อมอีกอันทำให้เกิดเสียงสะท้อนระหว่างส้อม อย่างไรก็ตามหากเราวางชิ้นส่วนโลหะบนง่ามเราจะเห็นว่าเอฟเฟกต์นั้นลดลงและการกระตุ้นจะน้อยลงเรื่อย ๆ เนื่องจากการสั่นพ้องไม่ได้ผลอย่างมีประสิทธิภาพ

เสียงสามารถแพร่กระจายผ่านตัวกลางเช่นอากาศน้ำและของแข็งเป็นคลื่นตามยาวและเป็นคลื่นตามขวางในของแข็ง (ดูคลื่นตามยาวและตามขวางด้านล่าง) คลื่นเสียงเกิดจากแหล่งกำเนิดเสียงเช่นไดอะแฟรมสั่นของลำโพงสเตอริโอ แหล่งกำเนิดเสียงสร้างการสั่นสะเทือนในตัวกลางโดยรอบ ในขณะที่แหล่งกำเนิดยังคงสั่นตัวกลางการสั่นสะเทือนจะแพร่กระจายออกไปจากแหล่งกำเนิดด้วยความเร็วเสียงจึงก่อตัวเป็นคลื่นเสียง ในระยะทางที่ได้รับการแก้ไขจากแหล่งที่มาที่ความดัน , ความเร็วและการเคลื่อนที่ของกลางแตกต่างกันในเวลา ในช่วงเวลาหนึ่งความดันความเร็วและการกระจัดจะแตกต่างกันไปในอวกาศ สังเกตว่าอนุภาคของตัวกลางไม่เดินทางไปกับคลื่นเสียง สิ่งนี้ชัดเจนโดยสังหรณ์ใจสำหรับของแข็งและเช่นเดียวกับของเหลวและก๊าซ (นั่นคือการสั่นของอนุภาคในก๊าซหรือของเหลวจะทำให้เกิดการสั่นสะเทือนในขณะที่ตำแหน่งเฉลี่ยของอนุภาคเมื่อเวลาผ่านไปไม่เปลี่ยนแปลง) ในช่วงการขยายพันธุ์คลื่นสามารถสะท้อน , หักเหหรือยับยั้งโดยกลาง [5]

พฤติกรรมของการแพร่กระจายเสียงโดยทั่วไปได้รับผลกระทบจากสามสิ่ง:

  • ความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างความหนาแน่นและความดันของตัวกลาง ความสัมพันธ์นี้ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิกำหนดความเร็วของเสียงภายในสื่อ
  • การเคลื่อนไหวของสื่อนั่นเอง หากตัวกลางกำลังเคลื่อนที่การเคลื่อนที่นี้อาจเพิ่มหรือลดความเร็วสัมบูรณ์ของคลื่นเสียงขึ้นอยู่กับทิศทางของการเคลื่อนที่ ตัวอย่างเช่นเสียงที่เคลื่อนที่ผ่านลมจะมีความเร็วในการแพร่กระจายเพิ่มขึ้นตามความเร็วของลมหากเสียงและลมเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกัน หากเสียงและลมเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามความเร็วของคลื่นเสียงจะลดลงตามความเร็วของลม
  • ความหนืดของตัวกลาง ความหนืดปานกลางกำหนดอัตราการลดทอนของเสียง สำหรับสื่อหลายชนิดเช่นอากาศหรือน้ำการลดทอนเนื่องจากความหนืดเป็นเพียงเล็กน้อย

เมื่อเสียงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่ไม่มีคุณสมบัติทางกายภาพคงที่อาจเกิดการหักเห (กระจายหรือโฟกัส) [5]

คลื่นบีบอัดทรงกลม (ตามยาว)

การสั่นสะเทือนของเครื่องจักรกลที่สามารถตีความได้ว่าการเดินทางของเสียงสามารถผ่านทุกรูปแบบของเรื่อง : ก๊าซของเหลวของแข็งและพลาสม่า เรื่องที่รองรับเสียงที่เรียกว่ากลาง เสียงไม่สามารถเดินทางผ่านสุญญากาศได้ [6] [7]

คลื่นตามยาวและตามขวาง

เสียงถูกส่งผ่านก๊าซพลาสมาและของเหลวเป็นคลื่นตามยาวหรือที่เรียกว่าคลื่นอัด มันต้องใช้สื่อในการเผยแพร่ ผ่านของแข็ง แต่มันสามารถส่งเป็นทั้งคลื่นตามยาวและคลื่นตามขวาง คลื่นเสียงตามยาวเป็นคลื่นของการเบี่ยงเบนความดันแบบสลับจากความดันสมดุลทำให้เกิดบริเวณที่มีการบีบอัดและปฏิกิริยาที่หายากในขณะที่คลื่นตามขวาง (ในของแข็ง) เป็นคลื่นของความเค้นเฉือนแบบสลับที่มุมฉากกับทิศทางของการแพร่กระจาย

คลื่นเสียงอาจ "ดู" ได้โดยใช้กระจกพาราโบลาและวัตถุที่ทำให้เกิดเสียง [8]

พลังงานที่กระทำโดยคลื่นเสียงที่สั่นจะแปลงไปมาระหว่างพลังงานศักย์ของการบีบอัดพิเศษ(ในกรณีของคลื่นตามยาว) หรือความเครียดการกระจัดด้านข้าง(ในกรณีของคลื่นตามขวาง) ของสสารและพลังงานจลน์ของความเร็วการกระจัด ของอนุภาคของตัวกลาง

Longitudinal plane pressure pulse wave
คลื่นระนาบตามยาว
Transverse plane wave in linear polarization, i.e. oscillating only in the y-direction
คลื่นระนาบตามขวาง
คลื่นระนาบตามยาวและตามขวาง

คุณสมบัติและลักษณะของคลื่นเสียง

กราฟ 'ความกดดันเมื่อเวลาผ่านไป' ของการบันทึกโทนเสียงคลาริเน็ต 20 มิลลิวินาทีแสดงให้เห็นถึงองค์ประกอบพื้นฐานของเสียง 2 ประการ ได้แก่ ความกดดันและเวลา
เสียงสามารถแสดงเป็นส่วนผสมของ คลื่นไซน์ที่มีความถี่ต่างกัน คลื่นด้านล่างมีความถี่สูงกว่าคลื่นด้านบน แกนนอนแสดงเวลา

แม้ว่าจะมีความซับซ้อนมากมายที่เกี่ยวข้องกับการส่งเสียง แต่ ณ จุดรับสัญญาณ (เช่นหู) เสียงสามารถแบ่งออกเป็นสององค์ประกอบง่ายๆได้อย่างง่ายดาย: ความกดดันและเวลา องค์ประกอบพื้นฐานเหล่านี้เป็นพื้นฐานของคลื่นเสียงทั้งหมด สามารถใช้เพื่ออธิบายทุกเสียงที่เราได้ยิน

เพื่อให้เข้าใจเสียงอย่างถ่องแท้ยิ่งขึ้นคลื่นที่ซับซ้อนเช่นคลื่นที่แสดงเป็นพื้นหลังสีน้ำเงินทางด้านขวาของข้อความนี้มักจะแยกออกเป็นส่วน ๆ ของมันซึ่งเป็นการรวมกันของความถี่คลื่นเสียงต่างๆ (และสัญญาณรบกวน) [9] [10] [11]

คลื่นเสียงมักจะง่ายต่อการอธิบายในรูปของคลื่น ระนาบไซน์ซึ่งมีคุณสมบัติทั่วไปเหล่านี้:

  • ความถี่หรือความยาวคลื่นผกผัน
  • ความกว้าง , ความดันเสียงหรือความเข้ม
  • ความเร็วของเสียง
  • ทิศทาง

เสียงที่มนุษย์รับรู้ได้มีความถี่ตั้งแต่ประมาณ 20 Hz ถึง 20,000 Hz ในอากาศที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐานความยาวคลื่นของคลื่นเสียงที่สอดคล้องกันมีตั้งแต่ 17 ม. (56 ฟุต) ถึง 17 มม. (0.67 นิ้ว) บางครั้งความเร็วและทิศทางที่จะรวมกันเป็นความเร็ว เวกเตอร์ ; จำนวนคลื่นและทิศทางที่จะรวมกันเป็นคลื่นเวกเตอร์

คลื่นตามขวางหรือที่เรียกว่าคลื่นเฉือนมีคุณสมบัติเพิ่มเติมโพลาไรซ์และไม่ใช่ลักษณะของคลื่นเสียง

ความเร็วของเสียง

F / A-18 ของกองทัพเรือสหรัฐ เข้าใกล้ความเร็วของเสียง รัศมีสีขาวเกิดจากหยดน้ำที่ควบแน่นซึ่งคิดว่าเป็นผลมาจากการลดลงของความกดอากาศรอบ ๆ เครื่องบิน (ดูความ เป็นเอกฐานของ Prandtl – Glauert ) [12]

ความเร็วของเสียงขึ้นอยู่กับตัวกลางที่คลื่นผ่านและเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของวัสดุ ความพยายามอย่างมีนัยสำคัญแรกสู่การวัดความเร็วของเสียงที่ถูกสร้างขึ้นโดยไอแซกนิวตัน เขาเชื่อว่าความเร็วของเสียงในสารหนึ่ง ๆ เท่ากับรากที่สองของความดันที่กระทำหารด้วยความหนาแน่น:

นี้ได้รับการพิสูจน์ในภายหลังที่ไม่ถูกต้องและฝรั่งเศสคณิตศาสตร์Laplaceแก้ไขสูตรโดยอนุมานว่าปรากฏการณ์ของการเดินทางเสียงไม่ isothermal เป็นที่เชื่อกันโดยนิวตัน แต่อะ เขาเพิ่มปัจจัยอื่นเข้าไปในสมการ- แกมมา - และคูณ โดย จึงได้สมการ . ตั้งแต่สมการสุดท้ายจึงเป็น ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าสมการนิวตัน - ลาปลาซ ในสมการนี้Kคือโมดูลัสจำนวนมากที่ยืดหยุ่นcคือความเร็วของเสียงและคือความหนาแน่น ดังนั้นความเร็วของเสียงจึงเป็นสัดส่วนกับรากที่สองของอัตราส่วนของโมดูลัสจำนวนมากของตัวกลางต่อความหนาแน่น

คุณสมบัติทางกายภาพเหล่านั้นและความเร็วของเสียงเปลี่ยนไปตามสภาพแวดล้อม ตัวอย่างเช่นความเร็วของเสียงในก๊าซขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ในอากาศ 20 ° C (68 ° F) ที่ระดับน้ำทะเลความเร็วของเสียงจะอยู่ที่ประมาณ 343 m / s (1,230 km / h; 767 mph) โดยใช้สูตรv  [m / s] = 331 + 0.6  T  [° C ] . ความเร็วของเสียงยังมีความไวเล็กน้อยโดยขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์แอนฮาร์โมนิกลำดับที่สองต่อแอมพลิจูดของเสียงซึ่งหมายความว่ามีเอฟเฟกต์การแพร่กระจายที่ไม่ใช่เชิงเส้นเช่นการสร้างฮาร์มอนิกและโทนเสียงผสมที่ไม่มีอยู่ในเสียงต้นฉบับ ( ดูอาร์เรย์พารามิเตอร์ ) ถ้าความสัมพันธ์ผลกระทบที่มีความสำคัญความเร็วของเสียงที่มีการคำนวณจากสมการออยเลอร์ความสัมพันธ์

ในน้ำจืดความเร็วของเสียงจะอยู่ที่ประมาณ 1,482 ม. / วินาที (5,335 กม. / ชม., 3,315 ไมล์ต่อชั่วโมง) ในเหล็กกล้าความเร็วของเสียงอยู่ที่ประมาณ 5,960 ม. / วินาที (21,460 กม. / ชม. 13,330 ไมล์ต่อชั่วโมง) เสียงเคลื่อนที่เร็วที่สุดในไฮโดรเจนอะตอมที่เป็นของแข็งที่ความเร็วประมาณ 36,000 ม. / วินาที (129,600 กม. / ชม. 80,530 ไมล์ต่อชั่วโมง) [13] [14]

การใช้งานที่แตกต่างของระยะเสียงจากการใช้งานในสาขาฟิสิกส์ที่อยู่ในสรีรวิทยาและจิตวิทยาที่หมายถึงเรื่องของการรับรู้โดยสมอง สาขาPsychoacousticsทุ่มเทให้กับการศึกษาดังกล่าว พจนานุกรมของเว็บสเตอร์ในปี 1936 กำหนดเสียงไว้ว่า: "1. ความรู้สึกของการได้ยินสิ่งที่ได้ยินเฉพาะ: ก. Psychophysics ความรู้สึกที่เกิดจากการกระตุ้นของเส้นประสาทหูและศูนย์การได้ยินของสมองโดยปกติจะเกิดจากการสั่นสะเทือนที่ส่งผ่านวัสดุสื่อ โดยทั่วไปอากาศมีผลต่ออวัยวะในการได้ยินข. ฟิสิกส์พลังงานสั่นสะเทือนซึ่งทำให้เกิดความรู้สึกเช่นนี้เสียงแพร่กระจายโดยการสั่นสะเทือนตามยาวตามยาว (คลื่นเสียง) " [15]ซึ่งหมายความว่าคำตอบที่ถูกต้องสำหรับคำถาม: " ถ้าต้นไม้ตกลงไปในป่าโดยไม่มีใครได้ยินว่ามันล้มมันจะส่งเสียงหรือไม่ " คือ "ใช่" และ "ไม่ใช่" ขึ้นอยู่กับว่า ตอบโดยใช้คำจำกัดความทางกายภาพหรือทางจิตวิทยาตามลำดับ

การรับเสียงทางกายภาพในสิ่งมีชีวิตการได้ยินใด ๆ ถูก จำกัด ไว้ที่ช่วงความถี่ โดยปกติมนุษย์จะได้ยินความถี่เสียงระหว่างประมาณ 20  Hzถึง 20,000 Hz (20  kHz ), [16] : 382ขีด จำกัด บนจะลดลงตามอายุ [16] : 249บางครั้งเสียงหมายถึงเฉพาะการสั่นสะเทือนที่มีความถี่ที่อยู่ในช่วงการได้ยินสำหรับมนุษย์[17]หรือบางครั้งก็เกี่ยวข้องกับสัตว์ชนิดใดชนิดหนึ่ง สิ่งมีชีวิตชนิดอื่นมีช่วงการได้ยินที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นสุนัขสามารถรับรู้การสั่นสะเทือนที่สูงกว่า 20 kHz

ในฐานะที่เป็นสัญญาณที่รับรู้โดยหนึ่งในหลักความรู้สึกเสียงจะถูกใช้โดยหลายชนิดสำหรับการตรวจสอบอันตราย , นำทาง , ปล้นสะดมและการสื่อสาร ของโลกบรรยากาศ , น้ำและความจริงใด ๆปรากฏการณ์ทางกายภาพเช่นไฟฝนลมโต้คลื่นหรือแผ่นดินไหวผลิต (และโดดเด่นด้วย) เสียงที่เป็นเอกลักษณ์ หลายชนิดเช่นกบนกสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเลและบนบกได้พัฒนาอวัยวะพิเศษเพื่อผลิตเสียง ในบางชนิดเหล่านี้ผลิตเพลงและคำพูด นอกจากนี้มนุษย์ยังได้พัฒนาวัฒนธรรมและเทคโนโลยี (เช่นดนตรีโทรศัพท์และวิทยุ) ที่ช่วยให้พวกเขาสร้างบันทึกถ่ายทอดและถ่ายทอดเสียง

เสียงรบกวนเป็นคำที่มักใช้เพื่ออ้างถึงเสียงที่ไม่ต้องการ ในทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมเสียงเป็นองค์ประกอบที่ไม่พึงปรารถนาที่บดบังสัญญาณที่ต้องการ อย่างไรก็ตามในการรับรู้เสียงมักใช้เพื่อระบุแหล่งที่มาของเสียงและเป็นองค์ประกอบสำคัญของการรับรู้เสียงต่ำ (ดูด้านบน)

Soundscapeเป็นองค์ประกอบของสภาพแวดล้อมอะคูสติกที่มนุษย์สามารถรับรู้ได้ สภาพแวดล้อมอะคูสติกคือการรวมกันของเสียงทั้งหมด (ไม่ว่าจะได้ยินกับมนุษย์หรือไม่ก็ตาม) ภายในพื้นที่ที่กำหนดตามที่ปรับเปลี่ยนโดยสภาพแวดล้อมและผู้คนเข้าใจในบริบทของสภาพแวดล้อมโดยรอบ

ในอดีตมีวิธีการทดลองที่แยกออกจากกันได้หกวิธีในการวิเคราะห์คลื่นเสียง พวกเขาคือสนาม , ระยะเวลา , เสียงดัง , ต่ำ , เนื้อโซนิคและตำแหน่งพื้นที่ [18]คำศัพท์เหล่านี้บางคำมีคำจำกัดความที่เป็นมาตรฐาน (เช่นใน ANSI Acoustical Terminology ANSI / ASA S1.1-2013 ) วิธีการใหม่ ๆ เพิ่มเติมได้พิจารณาซองทางชั่วคราวและโครงสร้างที่ดีทางโลกเป็นการวิเคราะห์ที่เกี่ยวข้องกับการรับรู้ [19] [20] [21]

สนาม

รูปที่ 1 การรับรู้ระดับเสียง

ระดับเสียงเป็นที่รับรู้ว่าเสียง "ต่ำ" หรือ "สูง" เป็นอย่างไรและแสดงถึงลักษณะที่เป็นวงจรซ้ำ ๆ ของการสั่นสะเทือนที่ประกอบกันเป็นเสียง สำหรับเสียงธรรมดาระดับเสียงจะเกี่ยวข้องกับความถี่ของการสั่นสะเทือนที่ช้าที่สุดในเสียง (เรียกว่าฮาร์มอนิกพื้นฐาน) ในกรณีของเสียงที่ซับซ้อนการรับรู้ระดับเสียงอาจแตกต่างกันไป บางครั้งแต่ละคนจะระบุการขว้างที่แตกต่างกันสำหรับเสียงเดียวกันโดยพิจารณาจากประสบการณ์ส่วนตัวของพวกเขาเกี่ยวกับรูปแบบเสียงเฉพาะ การเลือกระดับเสียงที่เฉพาะเจาะจงจะพิจารณาจากการตรวจสอบการสั่นสะเทือนล่วงหน้ารวมถึงความถี่และความสมดุลระหว่างพวกเขา ให้ความสนใจเป็นพิเศษในการรับรู้ฮาร์มอนิกที่มีศักยภาพ [22] [23]ทุกเสียงวางอยู่บนระดับเสียงที่ต่อเนื่องจากต่ำไปสูง ตัวอย่างเช่นเสียงสีขาว ( สัญญาณรบกวนแบบสุ่มกระจายไปทั่วทุกความถี่) จะมีเสียงสูงกว่าเสียงสีชมพู (สัญญาณรบกวนแบบสุ่มกระจายไปทั่วทั้งอ็อกเทฟ) เนื่องจากเสียงสีขาวมีความถี่สูงกว่า รูปที่ 1 แสดงตัวอย่างของการจดจำระดับเสียง ในระหว่างขั้นตอนการฟังแต่ละเสียงจะถูกวิเคราะห์เพื่อหารูปแบบการทำซ้ำ (ดูรูปที่ 1: ลูกศรสีส้ม) และผลลัพธ์จะถูกส่งต่อไปยังคอร์เทกซ์หูโดยเป็นระดับเสียงเดียวของความสูงที่แน่นอน (คู่แปด) และโครม่า (ชื่อโน้ต)

ระยะเวลา

รูปที่ 2. การรับรู้ระยะเวลา

ระยะเวลารับรู้ว่าเสียง "ยาว" หรือ "สั้น" เพียงใดและเกี่ยวข้องกับสัญญาณเริ่มต้นและชดเชยที่สร้างขึ้นโดยการตอบสนองของเส้นประสาทต่อเสียง ระยะเวลาของเสียงมักจะคงอยู่นับจากเวลาที่สังเกตเห็นเสียงครั้งแรกจนกว่าเสียงจะถูกระบุว่ามีการเปลี่ยนแปลงหรือหยุดลง [24]บางครั้งสิ่งนี้ไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับระยะเวลาทางกายภาพของเสียง ตัวอย่างเช่น; ในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดังเสียงที่ดังขึ้น (เสียงที่หยุดและเริ่มต้น) อาจส่งเสียงราวกับว่าดังต่อเนื่องกันเนื่องจากข้อความออฟเซ็ตไม่ได้รับเนื่องจากการรบกวนจากเสียงในแบนด์วิดท์ทั่วไปเดียวกัน [25]นี่จะเป็นประโยชน์อย่างมากในการทำความเข้าใจข้อความที่ผิดเพี้ยนเช่นสัญญาณวิทยุที่ได้รับการรบกวนเนื่องจาก (เนื่องจากผลกระทบนี้) ข้อความจะได้ยินราวกับว่ามันต่อเนื่องกัน รูปที่ 2 เป็นตัวอย่างของการระบุระยะเวลา เมื่อสังเกตเห็นเสียงใหม่ (ดูรูปที่ 2 ลูกศรสีเขียว) ข้อความเริ่มต้นของเสียงจะถูกส่งไปยังคอร์เทกซ์หู เมื่อพลาดรูปแบบการทำซ้ำระบบจะส่งข้อความชดเชยเสียง

ความดัง

รูปที่ 3 การรับรู้ความดัง

ความดังรับรู้ได้ว่าเสียง "ดัง" หรือ "เบา" เป็นอย่างไรและเกี่ยวข้องกับจำนวนรวมของการกระตุ้นประสาทหูในช่วงเวลาสั้น ๆ ที่เป็นวัฏจักรสั้น ๆ ซึ่งส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วงระยะเวลาของรอบคลื่นทีต้า [26] [27] [28]ซึ่งหมายความว่าในระยะเวลาสั้น ๆ เสียงที่สั้นมากสามารถฟังดูนุ่มนวลกว่าเสียงที่ยาวกว่าแม้ว่าจะนำเสนอในระดับความเข้มเดียวกันก็ตาม เวลาผ่านไปประมาณ 200 มิลลิวินาทีจะไม่เป็นเช่นนั้นอีกต่อไปและระยะเวลาของเสียงจะไม่ส่งผลต่อความดังของเสียงอีกต่อไป รูปที่ 3 แสดงให้เห็นว่ามีการสรุปข้อมูลความดังในช่วงเวลาประมาณ 200 มิลลิวินาทีก่อนที่จะส่งไปยังคอร์เทกซ์หู สัญญาณที่ดังขึ้นจะสร้าง 'แรงดัน' ที่มากขึ้นบนเยื่อ Basilar และกระตุ้นให้เกิดเส้นประสาทมากขึ้นสร้างสัญญาณความดังที่แรงขึ้น สัญญาณที่ซับซ้อนกว่ายังทำให้เกิดการเสียดสีของเส้นประสาทมากขึ้นและเสียงจึงดังกว่า (สำหรับความกว้างของคลื่นเดียวกัน) มากกว่าเสียงที่เรียบง่ายกว่าเช่นคลื่นไซน์

ทิมเบร

รูปที่ 4 การรับรู้ Timbre

Timbreถูกมองว่าเป็นคุณภาพของเสียงที่แตกต่างกัน (เช่นเสียงของก้อนหินที่ตกลงมาเสียงหอนของสว่านน้ำเสียงของเครื่องดนตรีหรือคุณภาพของเสียง) และแสดงถึงการจัดสรรเอกลักษณ์ของเสียงให้เป็น เสียง (เช่น“ มันคือโอโบ!”) อัตลักษณ์นี้ขึ้นอยู่กับข้อมูลที่ได้รับจากช่วงความถี่เสียงความดังความไม่มั่นคงการรับรู้ระดับเสียงและการแพร่กระจายและความเข้มของเสียงหวือหวาในเสียงในช่วงเวลาที่ขยายออกไป[9] [10] [11]วิธีที่เสียงเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา (ดูรูปที่ 4) ให้ข้อมูลส่วนใหญ่สำหรับการระบุเสียงต่ำแม้ว่าส่วนเล็ก ๆ ของรูปคลื่นจากเครื่องดนตรีแต่ละชิ้นจะดูคล้ายกันมาก (ดูส่วนขยายที่ระบุโดยลูกศรสีส้มใน รูปที่ 4) ความแตกต่างของการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไประหว่างคลาริเน็ตและเปียโนจะเห็นได้ชัดทั้งในด้านความดังและเนื้อหาฮาร์มอนิกที่สังเกตได้ชัดเจนน้อยกว่าคือเสียงที่แตกต่างกันที่ได้ยินเช่นเสียงฟู่อากาศของคลาริเน็ตและการตีฆ้อนสำหรับเปียโน

เนื้อโซนิค

พื้นผิวของเสียงเกี่ยวข้องกับจำนวนแหล่งกำเนิดเสียงและปฏิสัมพันธ์ระหว่างกัน [29] [30]คำว่า "พื้นผิว" ในบริบทนี้เกี่ยวข้องกับการแยกความรู้ความเข้าใจของวัตถุทางหู [31]ในเพลงเนื้อมักจะเรียกว่าเป็นความแตกต่างระหว่างความพร้อมเพรียงกัน , พฤกษ์และhomophonyแต่ก็ยังสามารถที่เกี่ยวข้อง (ตัวอย่าง) ที่ร้านยุ่ง; เสียงที่อาจเรียกว่า ' เสียงขรม ' อย่างไรก็ตามพื้นผิวหมายถึงมากกว่านี้ พื้นผิวของชิ้นส่วนวงออเคสตราแตกต่างจากเนื้อทองเหลืองเนื่องจากจำนวนผู้เล่นที่แตกต่างกัน พื้นผิวของตลาดแตกต่างจากห้องโถงโรงเรียนมากเนื่องจากความแตกต่างของแหล่งกำเนิดเสียงต่างๆ

ตำแหน่งเชิงพื้นที่

ตำแหน่งเชิงพื้นที่ (ดู: การแปลเสียง ) หมายถึงการจัดวางตำแหน่งของเสียงในบริบทแวดล้อม รวมถึงตำแหน่งของเสียงทั้งในระนาบแนวนอนและแนวตั้งระยะห่างจากแหล่งกำเนิดเสียงและลักษณะของสภาพแวดล้อมของเสียง [31] [32]ในพื้นผิวที่หนาเป็นไปได้ที่จะระบุแหล่งกำเนิดเสียงหลายแหล่งโดยใช้การระบุตำแหน่งเชิงพื้นที่และการระบุเสียงต่ำ นี่คือเหตุผลหลักว่าทำไมเราถึงเลือกเสียงโอโบในวงออเคสตราและคำพูดของคนโสดในงานเลี้ยงค็อกเทลได้

การวัดเสียง
ลักษณะเฉพาะ
สัญลักษณ์
 ความดันเสียง p , SPL, L PA
 ความเร็วของอนุภาค v , SVL
 การกระจัดของอนุภาค δ
 ความเข้มของเสียง ฉัน SIL
 พลังเสียง P , SWL, L WA
 พลังงานเสียง 
 ความหนาแน่นของพลังงานเสียง 
 การเปิดรับเสียง E , SEL
 อิมพีแดนซ์อะคูสติก Z
 ความถี่เสียง AF
 การสูญเสียการส่ง TL

ความดันเสียงคือความแตกต่างในตัวกลางที่กำหนดระหว่างความดันในพื้นที่เฉลี่ยกับความดันในคลื่นเสียง กำลังสองของความแตกต่างนี้ (กล่าวคือกำลังสองของส่วนเบี่ยงเบนจากความดันสมดุล) มักจะถูกเฉลี่ยตามช่วงเวลาและ / หรือปริภูมิและรากที่สองของค่าเฉลี่ยนี้จะให้ค่ากำลังสองของค่าเฉลี่ยราก (RMS) ตัวอย่างเช่นความดันเสียง1 Pa RMS (94 dBSPL) ในอากาศในบรรยากาศหมายความว่าความดันจริงในคลื่นเสียงจะแกว่งระหว่าง (1 atm Pa) และ (1 atm PA) ที่อยู่ระหว่าง 101,323.6 101,326.4 และ Pa. ในฐานะที่เป็นหูของมนุษย์สามารถตรวจจับเสียงกับช่วงกว้างของช่วงกว้างของคลื่นความดันเสียงมักจะวัดระดับบนลอการิทึมเดซิเบลขนาด ระดับความดันเสียง (SPL) หรือL พีถูกกำหนดให้เป็น

โดยที่ pคือ ความดันเสียงรูท - ค่าเฉลี่ยกำลังสองและ คือแรงดันเสียงอ้างอิง ความกดดันด้านเสียงอ้างอิงที่ใช้กันทั่วไปซึ่งกำหนดไว้ในมาตรฐาน ANSI S1.1-1994คือ 20 µPaในอากาศและ 1 µPaในน้ำ หากไม่มีความดันเสียงอ้างอิงที่ระบุค่าที่แสดงเป็นเดซิเบลจะไม่สามารถแสดงระดับความดันเสียงได้

ตั้งแต่หูมนุษย์ไม่ได้แบนการตอบสนองสเปกตรัมแรงกดดันเสียงมักจะมีความถี่ในการถ่วงน้ำหนักเพื่อให้ตรงกับระดับวัดการรับรู้ในระดับที่ใกล้ชิดมากขึ้น นานาชาติ Electrotechnical Commission (IEC) ได้กำหนดแผนการน้ำหนักหลาย A-weightingพยายามจับคู่การตอบสนองของหูมนุษย์ต่อเสียงรบกวนและระดับความดันเสียง A-weighted จะมีข้อความว่า dBA C-weighting ใช้เพื่อวัดระดับสูงสุด

ช่วงความถี่โดยประมาณที่สอดคล้องกับอัลตร้าซาวด์พร้อมคำแนะนำคร่าวๆสำหรับการใช้งานบางอย่าง

อัลตราซาวด์คือคลื่นเสียงที่มีความถี่สูงกว่า 20,000 เฮิรตซ์ (หรือ 20 กิโลเฮิรตซ์) อัลตร้าซาวด์ไม่แตกต่างจากเสียง "ปกติ" (เสียง) ในคุณสมบัติทางกายภาพยกเว้นในกรณีที่มนุษย์ไม่ได้ยิน อุปกรณ์อัลตร้าซาวด์ทำงานด้วยความถี่ตั้งแต่ 20 kHz ถึงหลายกิกะเฮิรตซ์

อัลตราซาวนด์เป็นที่นิยมใช้สำหรับการวินิจฉัยทางการแพทย์เช่นsonograms

Infrasoundคือคลื่นเสียงที่มีความถี่ต่ำกว่า 20 Hz แม้ว่าเสียงความถี่ต่ำดังกล่าวจะต่ำเกินกว่าที่มนุษย์จะได้ยิน แต่ปลาวาฬช้างและสัตว์อื่น ๆ สามารถตรวจจับอินฟราซาวนด์และใช้ในการสื่อสารได้ สามารถใช้ตรวจจับการปะทุของภูเขาไฟและใช้ในดนตรีบางประเภท [33]

แหล่งที่มาของเสียง
  • หูฟัง
  • เครื่องดนตรี
  • โซนาร์
  • กล่องเสียง
  • การสร้างเสียง
การวัดเสียง
  • อิมพีแดนซ์อะคูสติก
  • ความเร็วอะคูสติก
  • ความต้านทานลักษณะ
  • Mel มาตราส่วน
  • การเร่งอนุภาค
  • ความกว้างของอนุภาค
  • การกระจัดของอนุภาค
  • ความเร็วของอนุภาค
  • พล
  • Sone
  • ฟลักซ์พลังงานเสียง
  • ความต้านทานเสียง
  • ระดับความเข้มของเสียง
  • พลังเสียง
  • ระดับพลังเสียง
ทั่วไป
  • ทฤษฎีอะคูสติก
  • ตี
  • เอฟเฟกต์ Doppler
  • เสียงสะท้อน
  • Infrasound - เสียงที่ความถี่ต่ำมาก
  • รายชื่อเสียงที่ไม่สามารถอธิบายได้
  • โทนดนตรี
  • เสียงสะท้อน
  • เสียงก้อง
  • อาวุธโซนิค
  • การสังเคราะห์เสียง
  • ติดตั้งฉนวนป้องกันเสียงรบกวน
  • โครงสร้างอะคูสติก

  1. ^ พื้นฐานของโทรศัพท์ระบบการสื่อสาร บริษัท ไฟฟ้าตะวันตก 2512 น. 2.1.
  2. ^ ANSI S1.1-1994 มาตรฐานแห่งชาติของอเมริกา: คำศัพท์เกี่ยวกับเสียง วินาที 3.03.
  3. ^ สมาคมเสียงแห่งอเมริกา "PACS 2010 Regular Edition โดย Acoustics ภาคผนวก" ที่เก็บถาวรจากเดิมเมื่อวันที่ 14 พฤษภาคม 2013 สืบค้นเมื่อ22 พฤษภาคม 2556 .
  4. ^ ANSI / ASA S1.1-2013
  5. ^ ก ข "การขยายพันธุ์ของเสียง" . สืบค้นเมื่อ 30 เมษายน 2558 . สืบค้นเมื่อ26 มิถุนายน 2558 .
  6. ^ มีเสียงในอวกาศหรือไม่? เก็บถาวรเมื่อ 2017-10-16 ที่ Wayback Machine Northwestern University.
  7. ^ คุณได้ยินเสียงในอวกาศไหม? (Beginner) Archived 2017-06-18 ที่ Wayback Machine . มหาวิทยาลัยคอร์แนล.
  8. ^ "เสียงมีลักษณะอย่างไร" . เอ็นพีอาร์ . YouTube สืบค้นจากต้นฉบับเมื่อ 10 เมษายน 2557 . สืบค้นเมื่อ9 เมษายน 2557 .
  9. ^ a b ฮันเดล, S. (1995). การรับรู้ต่ำและบัตรประจำตัววัตถุหู เก็บไว้ 2020/01/10 ที่เครื่อง Wayback การได้ยิน, 425–461
  10. ^ a b Kendall, RA (1986) บทบาทของพาร์ติชันสัญญาณอะคูสติกในการจัดหมวดหมู่วลีดนตรีของผู้ฟัง การรับรู้ดนตรี, 185–213
  11. ^ a b Matthews, M. (1999) ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเสียงต่ำ ใน PR Cook (Ed.) ดนตรีความรู้ความเข้าใจและเสียงคอมพิวเตอร์: บทนำสู่ Psychoacoustic (หน้า 79–88) เคมบริดจ์แมสซาชูเซตส์: สำนักพิมพ์ MIT
  12. ^ Nemiroff, R.; Bonnell, J. , eds. (19 สิงหาคม 2550). "โซนิคบูม" . ภาพดาราศาสตร์ประจำวัน นาซ่า. สืบค้นเมื่อ26 มิถุนายน 2558 .
  13. ^ "นักวิทยาศาสตร์พบว่าขีด จำกัด บนสำหรับความเร็วของเสียง" เก็บถาวรไปจากเดิมใน 2020/10/09 สืบค้นเมื่อ2020-10-09 .
  14. ^ "ความเร็วของเสียงจากค่าคงที่พื้นฐานทางกายภาพ" . เก็บถาวรไปจากเดิมใน 2020/10/10 สืบค้นเมื่อ2020-10-09 .
  15. ^ เว็บสเตอร์โนอาห์ (2479) เสียง. ในพจนานุกรม Collegiate ของเว็บสเตอร์ ( ฉบับที่ห้า) Cambridge, Mass: สำนักพิมพ์ริเวอร์ไซด์ หน้า 950–951
  16. ^ ก ข Olson, Harry F. Autor (1967) ฟังเพลง, ฟิสิกส์และวิศวกรรม สิ่งพิมพ์ Dover หน้า 249 . ISBN 9780486217697.
  17. ^ "The American Heritage Dictionary of the English Language" (Fourth ed.). บริษัท Houghton Mifflin 2000 ที่เก็บถาวรจากเดิมเมื่อวันที่ 25 มิถุนายน 2008 สืบค้นเมื่อ20 พฤษภาคม 2553 . อ้างถึงวารสารต้องการ|journal=( ความช่วยเหลือ )
  18. ^ เบอร์ตัน, RL (2015) องค์ประกอบของดนตรี: พวกเขาคืออะไรและใครจะสน? เก็บถาวรเมื่อ 2020-05-10 ที่ Wayback Machine InJ.Rosevear & S.Harding. (Eds.), กระบวนการประชุมแห่งชาติ ASME XXth. กระดาษนำเสนอที่: Music: Educating for life: ASME XXth National Conference (pp. 22–28), Parkville, Victoria: The Australian Society for Music Education Inc.
  19. ^ วีมีสเตอร์โอนีลเอฟ; Plack, Christopher J. (1993), "Time Analysis", Springer Handbook of Auditory Research , Springer New York, หน้า 116–154, ดอย : 10.1007 / 978-1-4612-2728-1_4 , ISBN 9781461276449
  20. ^ โรเซน, สจวร์ต (2535-06-29). "ข้อมูลทางโลกในการพูด: ด้านอะคูสติกการได้ยินและภาษา" ฟิล. ทรานส์. อาร์. Lond. . 336 (1278): 367–373 รหัสไปรษณีย์ : 1992RSPTB.336..367R . ดอย : 10.1098 / rstb.1992.0070 . ISSN  0962-8436 PMID  1354376
  21. ^ มัวร์ไบรอัน CJ (2008-10-15) "บทบาทของการประมวลผลโครงสร้างชั่วดีในทางลาดการรับรู้, กาวและการพูดการรับรู้สำหรับปกติการรับฟังและความบกพร่องทางการได้ยินคน" วารสารสมาคมการวิจัยโสตศอนาสิก . 9 (4): 399–406 ดอย : 10.1007 / s10162-008-0143-x . ISSN  1525-3961 PMC  2580810 . PMID  18855069
  22. ^ De Cheveigne, A. (2005) แบบจำลองการรับรู้ระดับเสียง สนาม 169-233
  23. ^ Krumbholz, K.; แพตเตอร์สัน, R.; Seither-Preisler, A .; แลมเมอร์ทมันน์, ค.; Lütkenhöner, B. (2003). "หลักฐาน Neuromagnetic สำหรับศูนย์ประมวลผลในสนาม gyrus Heschl ของ" สมอง Cortex 13 (7): 765–772 ดอย : 10.1093 / cercor / 13.7.765 . PMID  12816892
  24. ^ โจนส์เอส; หลงอ.; ปาโต้, MV (1998). "การได้ยินกระตุ้นให้เกิดศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงระดับเสียงและเสียงต่ำอย่างกะทันหันของโทนเสียงที่ซับซ้อน: หลักฐานทางไฟฟ้ากายภาพของการสตรีม?" Electroencephalography และ Clinical Neurophysiology . 108 (2): 131–142 ดอย : 10.1016 / s0168-5597 (97) 00077-4 . PMID  9566626
  25. ^ นิชิฮาระ, ม.; อินุอิ, K.; โมริตะ, ท.; โคไดระ, ม.; โมจิซึกิ, H.; โอสึรุ, น.; Kakigi, R. (2014). "ความทรงจำ Echoic: สืบสวนมติชั่วของตนโดยหูชดเชยการตอบสนองของเยื่อหุ้มสมอง" PLoS ONE 9 (8): e106553 รหัสไปรษณีย์ : 2014PLoSO ... 9j6553N . ดอย : 10.1371 / journal.pone.0106553 . PMC  4149571 PMID  25170608 .
  26. ^ Corwin, J. (2009), The auditory system (PDF) , archived (PDF) from the original on 2013-06-28 , retrieved 2013-04-06
  27. ^ Massaro, DW (1972). "ภาพก่อนการรับรู้เวลาในการประมวลผลและหน่วยการรับรู้ในการรับรู้ทางหู". จิตวิทยารีวิว 79 (2): 124–145 CiteSeerX  10.1.1.468.6614 ดอย : 10.1037 / h0032264 . PMID  5024158
  28. ^ ซวิสล็อคกี JJ (1969) "ผลรวมของความดังชั่วขณะ: การวิเคราะห์". วารสารสมาคมเสียงแห่งอเมริกา . 46 (2B): 431–441 Bibcode : 1969ASAJ ... 46..431Z . ดอย : 10.1121 / 1.1911708 . PMID  5804115
  29. ^ โคเฮน, D.; Dubnov, S. (1997), "ปรากฏการณ์ Gestalt ในเนื้อดนตรี" , วารสารวิจัยเพลงใหม่ , 26 (4): 277-314, ดอย : 10.1080 / 09298219708570732 , เก็บไว้ (PDF)จากเดิมใน 2015/11/21 , สืบค้นเมื่อ2015-11-19
  30. ^ คา เมี่ยนอาร์. (2523). ดนตรี: ความซาบซึ้ง นิวยอร์ก: McGraw-Hill หน้า 62
  31. ^ ก ข คาริอานี่, ปีเตอร์; Micheyl, Christophe (2012). "สู่ทฤษฎีการประมวลผลข้อมูลใน Auditory Cortex" มนุษย์ได้ยิน Cortex คู่มือการวิจัยการได้ยินของ Springer 43 . หน้า 351–390 ดอย : 10.1007 / 978-1-4614-2314-0_13 . ISBN 978-1-4614-2313-3.
  32. เลวิ ตินดีเจ (2542). หน่วยความจำสำหรับคุณลักษณะทางดนตรี ใน PR Cook (Ed.) ดนตรีความรู้ความเข้าใจและเสียงคอมพิวเตอร์: บทนำเกี่ยวกับ Psychoacoustics (หน้า 105–127) เคมบริดจ์แมสซาชูเซตส์: สำนักพิมพ์ MIT
  33. ^ Leventhall, Geoff (2007-01-01). "อินฟราซาวด์คืออะไร" . ความคืบหน้าในชีวฟิสิกส์และชีววิทยาโมเลกุล ผลของอัลตราซาวนด์และอินฟราซาวนด์ที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพของมนุษย์ 93 (1): 130–137 ดอย : 10.1016 / j.pbiomolbio.2006.07.006 . ISSN  0079-6107 PMID  16934315

  • Eric Mack (20 พฤษภาคม 2019). "นักวิทยาศาสตร์ Stanford สร้างเสียงดังมากมันทันทีน้ำเดือด" CNET
  • ฟังดูน่าทึ่ง; แหล่งเรียนรู้ KS3 / 4 เรื่องเสียงและคลื่น (ใช้ Flash)
  • HyperPhysics: เสียงและการได้ยิน
  • ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับฟิสิกส์ของเสียง
  • เส้นโค้งการได้ยินและการทดสอบการได้ยินออนไลน์
  • เสียงสำหรับศตวรรษที่ 21
  • การแปลงหน่วยเสียงและระดับ
  • การคำนวณเสียง
  • การตรวจสอบเสียง: ชุดการทดสอบเสียงและเสียงทดสอบฟรีที่สามารถเล่นได้ทางออนไลน์
  • เสียงที่น่าตื่นตาตื่นใจมากขึ้น; แหล่งเรียนรู้รูปแบบที่ 6 เกี่ยวกับคลื่นเสียง
TOP