Sound and Acoustic ep.1

เสียง คือ อะไร???

    เป็นสิ่งแรกสำหรับคนที่จะเรียนด้าน Audio Engineering ควรรู้ไว้ ถ้าจะจำประโยคสั้นๆ ง่ายๆให้จำว่า  "เสียง คือ การสั่นสะเทือนของโมเลกุลในอากาศ "

    เสียง เป็นพลังงานที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของแหล่งกำเนิดเสียงใดๆก็ตาม (เช่น เครื่องดนตรี, เสียงของคน) ที่ผ่านตัวกลางต่างๆ (ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ) ทำให้โมเลกุลของตัวกลางนั้นๆ ส่งพลังงานไปให้อีกโมเลกุลหนึ่ง (โดยการชนกันไปมา) จนกระทั่งเข้ามาถึงหูของเรา ผ่านกระบวนการแปลงจากการสั่นสะเทือน เป็นคลื่นไฟฟ้า ส่งเข้าสมอง สมองจะเป็นตัวตอบสนองต่อเสียงที่เราได้ยิน

นี้เป็นภาพ Animation ของการสั่นสะเทือนของโมเลกุลในอากาศ (ให้สังเกตจุดสีแดงๆ นะครับ)

http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/waves/wavemotion.html

จะเห็นว่าจริงๆแล้วโมเลกุลไม่ได้เดินทางไปไหน แค่ชนกันไปชนกันมา ส่งพลังงานจากโมเลกุลนึงไปอีกโมเลกุลนึงเท่านั้นเอง

อย่าลืมว่า ถ้าไม่มีตัวกลางใดๆ ก็จะไม่มีเสียง เช่นในอวกาศ .... แล้ว Star war คืออะไร ? = =

เสียงเดินทางผ่านของแข็งได้ดีที่สุดเพราะโมเลกุลอยู่ใกล้กันที่สุด

เสียง ถ้าแบ่งในทางการใช้งาน แบ่งเป็น 2 แบบ 

1. เสียงที่พึงประสงค์เรียกว่า Sound
2. เสียงที่ไม่พึงประสงค์เรียกว่า Noise

เสียง  ถ้าแบ่งในตามการได้ยิน แบ่งได้ 2 แบบ

1. Direct Sound เสียงทางตรง หมายถึง เสียงที่ได้ยินจากแหล่งกำเนิดเสียงโดยตรง
2. In-direct Sound เสียงทางอ้อม หมายถึง เสียงที่ได้ยินจากการสะท้อนของ Direct sound เช่น เราได้ยินเสียงจากคนพูดเป็น Direct Sound และ เสียงคนพูดที่ไปสะท้อนที่กำแพงมาเข้าหูเราอีกทีนึงเป็น In-direct Sound (จะได้ยินหลังจาก Direct sound)
   
   ซึ่งในชีวิตประจำวัน เราจะได้ยินทั้งสองอย่างอยู่ตลอดเวลา แต่ในการอัดเสียง เราควรที่จะเก็บ Direct Sound ให้ได้มากที่สุด เพื่อให้ง่ายต่อการทำงาน

องค์ประกอบของเสียง ได้แก่

1. Amplitude คือ ความดังของเสียง พูดง่ายๆว่า Amplitude คือความสูงของคลื่นเสียง หน่วยเป็น Decibel หรือ dB ( Bel มาจาก  Alexander Graham Bell  ส่วน deci คือ 10 เนื่องจากการคำนวณค่า dB ซึ่งเป็นการคำนวณความต่างระหว่างพลังงานที่ต้องสร้างจากแหล่งกำเนิดเสียงกับพลังงานอ้างอิง ซึ่งต้องใช้ Logarithmของ 10) จากสูตร  dB = 10log(measurement/reference) 
ปล.ขออนุญาตไม่ลงรายละเอียดการคำนวณละกัน แต่ถ้าหากใครที่สนใจสามารถ Comment มาถามกันได้ครับ แต่ในเบื้องต้นนี้...เราพักเรื่องคำนวณไว้ก่อนดีกว่านะครับ :)

2. Frequency คือ ความถี่ หรือ จำนวนรอบของคลื่นเสียง 1รอบ(1รอบ มี360°) (จำนวนของการสั่นสะเทือน ใน 1 วินาที) พูดง่ายๆว่ามีคลื่นกี่ลูกใน 1 วินาที มีหน่วยเป็น Hertz (Hz)  หรือ CPS (cycle per second อันนี้ไม่ค่อยใช้ แต่ก็อาจเจอได้ ควรรู้ไว้) เช่น A = 440Hz หมายถึง แหล่งกำเนิดเสียงเกิดการสั่นสะเทือน 440 ครั้งต่อ 1 วินาที ซึ่งปกติคนเราสามารถได้ยินเสียงตั้งแต่ 20-20,000 Hz ซึ่งโดยปกติแล้วเสียงที่เราได้ยิน มี่ทั้งที่เป็น Fundamental Frequency และ Overtone หรือ Harmonic 
(สามารถติดตามรายละเอียดเพิ่มเติมได้ในโพสต์หน้านะครับ)

3. Wave length คือ ความยาวคลื่น (λ แรมด้า)มีหน่วยเป็น เมตรซึ่ง จากสูตร V = fλ หรือความเร็วของเสียง (Velocity) หารด้วย ความถี่ (อาจจะงง ฮ่าๆ) อธิบายได้ว่า ถ้าความถี่สูง คลื่นจะสั้น ถ้าความถี่ต่ำ คลื่นจะยาว ส่วนความเร็วของคลื่น ขึ้นกับอุณหภูมิ ใช้สูตร V = 331+ 0.6T (T คือ อุณหภูมิ)แต่ปกติๆแล้ว ใช้อุณหภูมิ ที่ 21°C คือ 344 m/s (เมตรต่อวินาที)

4. Phase คือ ความสัมพันธ์ระหว่างคลื่น 2 คลื่นขึ้นไป กับ เวลา มีหน่วยเป็นองศา (360°) เรื่องนี้สำคัญมาก และจะได้ใช้เป็นคำตอบของปรากฏการณ์ทางเสียงที่บางคนเรียกว่า “ไสยศาสตร์” เกือบแทบจะทุกเรื่องๆ (จริงๆคือปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ แต่เกิดขึ้นภายในอุปกรณ์เราจึงมองไม่เห็น) ยกตัวอย่างเช่น สมมติว่าเราต้องการอัดเสียงเครื่องดนตรี 1 ชิ้น แต่เราใช้ไมโครโฟนมากกว่า 1 ตัว วางในตำแหน่งที่ต่างกัน ทำให้เสียงที่เดินทางมาถึงในไมค์แต่ละตัวในเวลาที่ต่างกัน อาจเป็นแค่เสี้ยววินาที แต่ก็อาจจะทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Phase Shift ได้ ในเบื้องต้นให้จำไว้ 3 แบบ ก่อน คือ

4.1 In Phase หมายถึงทั้งสองคลื่นเกิดขึ้นพร้อมกัน ตรงกัน จะทำให้ดังขึ้น 3dB เรียกว่า Phase reinforcement (ไม่ใช่ 2 เท่านะ อย่างที่บอกว่าการคำนวณค่า dB ต้องใช้ log10 จากสูตร dB=10 log (measurement/reference) 

4.2 180° Out of phase  เมื่อเกิดปรากฏการณ์นี้ เสียงจะหายไป เรียกว่า Phase Cancellation  ตัวอย่างเช่น คลื่นที่ 1เริ่มต้นที่ 0° ขึ้นไปที่ +90° ลงมาที่ +180° ลงไปที่ -270°และกลับขึ้นมาจบที่ 360° ส่วนจุดเริ่มต้นของคลื่นที่ 2 เริ่มต้นตรงกันข้ามกับคลื่นที่ 1 คือ เริ่มที่ 0° ลงไปที่ -90° ขึ้นมาที่ -180° ขึ้นไปที่ +270° และกลับลงมาจบที่ 360° ผลเกิดขึ้น (เมื่อ 2 คลื่นมารวมกัน) จะเป็น 0° เพราะทั้ง 2 Phase หักล้างกันนั้นเอง







4.3  Out of phase  (ไม่ตรงกัน แต่ไม่ถึงกับหักล้างกัน) จะทำให้ Character ของเสียงเปลี่ยนไป

 



5. Envelope คือลักษณะการเกิดเสียงที่เกี่ยวข้องกับความเข้มและเวลา ตั้งแต่เริ่มเกิดเสียงจนเสียงนั้นหายไป แบ่งเป็น 4 ขั้นคือ Attack คือ ช่วงเวลาตั้งแต่เริ่มเกิดเสียงจนถึงจุดที่ดังที่สุด Decay คือ ช่วงที่เสียงลดจากจุดสูงสุดลงมาที่จุดคงที่ Sustain คือ ช่วงที่เสียงคงที่ Release คือ ช่วงเวลาที่เสียงค่อยๆหายไป  บางครั้งเขียนตัวย่อว่า ADSR

ในโพสต์หน้า เราจะมาอธิบายเพิ่มเติมในเรื่องของ Frequency และ Waveform ในรูปแบบต่างๆนะครับ สำหรับครั้งนี้ ใครที่มีข้อสงสัยหรือความคิดเห็นใดๆสามารถ Comment มาที่โพสต์นี้ได้เลยครับ 

ขอบคุณที่ติดตาม Horse Power Production ครับ

ขอบคุณรูปภาพสวยๆจากหนังสือ Modern recording techniques 7th Edition - D. Huber, R Runstein 
และเว็บไซต์ www.acs.psu.edu


By Sound Guy