เสียง

เสียง. เมื่อตีกลอง หัวดรัมจะสั่นและแรงสั่นสะเทือนจะถูกส่งผ่านอากาศในรูปของคลื่น เมื่อมันกระทบหู คลื่นเหล่านี้จะทำให้เกิดความรู้สึกของเสียง อย่างไรก็ตาม ยังมีเสียงที่ไม่สามารถได้ยินได้ เช่น อินฟราซาวน์ ต่ำกว่าช่วงการได้ยินของมนุษย์ และอัลตราซาวนด์ เหนือช่วงการได้ยินของมนุษย์

คำศัพท์ที่ใช้ในการศึกษาเสียง

อะคูสติกเป็นศาสตร์แห่งเสียงและผลกระทบต่อผู้คน

การควบแน่นเป็นบริเวณในคลื่นเสียงที่ตัวกลางเสียงมีความหนาแน่นมากกว่าปกติ

เดซิเบล (dB) เป็นหน่วยที่ใช้วัดความเข้มของเสียง โทนเสียง 3,000 เฮิรตซ์ที่ 0 dB เป็นเสียงที่เบาที่สุดที่หูของมนุษย์ปกติจะได้ยิน

ความถี่ของเสียงคือจำนวนคลื่นเสียงที่ผ่านจุดที่กำหนดในแต่ละวินาที

เฮิรตซ์เป็นหน่วยที่ใช้วัดความถี่ของคลื่นเสียง หนึ่งเฮิรตซ์เท่ากับหนึ่งรอบ (การสั่นสะเทือนหรือคลื่นเสียง) ต่อวินาที

ความเข้มของเสียงเป็นตัววัดพลังของคลื่น

ความดังหมายถึงความดังของเสียงเมื่อเราได้ยิน

เสียงรบกวนเป็นเสียงที่ไม่น่าพอใจ น่ารำคาญ และเสียสมาธิ

Pitch คือระดับของความสูงหรือต่ำของเสียงที่เราได้ยิน

Rarefaction คือบริเวณในคลื่นเสียงที่มีความหนาแน่นของตัวกลางเสียงน้อยกว่าปกติ

ความถี่เรโซแนนซ์คือความถี่ที่วัตถุจะสั่นตามธรรมชาติหากถูกรบกวน

สื่อเสียงคือสารที่คลื่นเสียงเดินทาง ตัวอย่างเช่น อากาศเป็นสื่อเสียง

คุณภาพเสียงหรือที่เรียกว่าเสียงต่ำเป็นลักษณะของเสียงดนตรี คุณภาพเสียงแยกความแตกต่างระหว่างโน้ตที่มีความถี่และความเข้มเดียวกันซึ่งเกิดจากเครื่องดนตรีต่างๆ

อัลตราซาวนด์เป็นเสียงที่มีความถี่สูงกว่าช่วงการได้ยินของมนุษย์ นั่นคือ มากกว่า 20,000 เฮิรตซ์

ความยาวคลื่นคือระยะห่างระหว่างจุดใดๆ บนคลื่นและจุดที่สอดคล้องกันบนคลื่นถัดไป

ในทางเทคนิค เสียงหมายถึงการรบกวนทางกลไกที่เคลื่อนที่ผ่านตัวกลางแบบยืดหยุ่น ซึ่งเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มจะกลับคืนสู่สภาพเดิมหลังจากมีการเสียรูป สื่อไม่จำเป็นต้องเป็นอากาศ โลหะ ไม้ หิน แก้ว น้ำ และสารอื่น ๆ อีกมากมายนำเสียงได้ดีกว่าอากาศ

มีแหล่งกำเนิดเสียงมากมาย ประเภทที่คุ้นเคย ได้แก่ การสั่นของสายเสียงของบุคคล เครื่องสั่น (เปียโน ไวโอลิน) เสาที่สั่นสะเทือนของอากาศ (ทรัมเป็ต ฟลุต) และของแข็งที่สั่นสะเทือน (ประตูเมื่อมีคนเคาะ) เป็นไปไม่ได้ที่จะแสดงรายการทั้งหมด เพราะสิ่งที่ทำให้เกิดการรบกวนต่อสื่อที่ยืดหยุ่นได้ (เช่น ประทัดที่ระเบิดในอากาศรอบข้าง) เป็นแหล่งกำเนิดของเสียง

สามารถอธิบายเสียงได้ในแง่ของระดับเสียง ตั้งแต่เสียงฟ้าร้องต่ำๆ ไปจนถึงเสียงหึ่งๆ ของยุง และความดัง ระดับเสียงและความดังเป็นคุณสมบัติส่วนตัว ส่วนหนึ่งขึ้นอยู่กับประสาทสัมผัสในการได้ยินของผู้ฟัง คุณภาพของเสียงตามวัตถุประสงค์และวัดได้ ได้แก่ ความถี่และความเข้ม ซึ่งสัมพันธ์กับระดับเสียงและความดัง คำศัพท์เหล่านี้ เช่นเดียวกับคำอื่นๆ ที่ใช้ในการสนทนาเกี่ยวกับเสียง เป็นที่เข้าใจได้ดีที่สุดผ่านการตรวจสอบคลื่นเสียงและพฤติกรรมของคลื่นเสียง

ความเร็วของเสียงในสื่อต่างๆ
ปานกลาง	ความเร็วเป็นฟุตต่อวินาที	ความเร็วเป็นเมตรต่อวินาที
อากาศที่ 59 องศา F. (15 องศาเซลเซียส)	1,116	340
อลูมิเนียม	16,000	5,000
อิฐ	11,980	3,650
น้ำกลั่นที่ 77 องศาฟาเรนไฮต์ (25 องศาเซลเซียส)	4,908	1,496
กระจก	14,900	4,540
น้ำทะเลที่อุณหภูมิ 77 องศาฟาเรนไฮต์ (25 องศาเซลเซียส)	5,023	1,531
เหล็ก	17,100	5,200
ไม้ (เมเปิ้ล)	13,480	4,110

สารบัญ

1. คลื่นเสียง
2. ความเร็วของเสียง
3. พฤติกรรมของคลื่นเสียง
4. คุณภาพเสียง
5. ประวัติศาสตร์

อากาศก็เหมือนกับสสารทั้งหมด ประกอบด้วยโมเลกุล แม้แต่พื้นที่เล็กๆ ของอากาศก็มีโมเลกุลของอากาศจำนวนมาก โมเลกุลมีการเคลื่อนที่คงที่ เคลื่อนที่แบบสุ่มและด้วยความเร็วสูง พวกมันชนกันและเด้งกลับจากกันอย่างต่อเนื่อง และปะทะและเด้งกลับจากวัตถุที่สัมผัสกับอากาศ

วัตถุที่สั่นสะเทือนจะสร้างคลื่นเสียงในอากาศ ตัวอย่างเช่น เมื่อตีกลองด้วยค้อน หัวกลองจะสั่นและสร้างคลื่นเสียง หัวกลองที่สั่นสะเทือนสร้างคลื่นเสียงเพราะมันเคลื่อนที่สลับกันออกไปด้านนอกและด้านใน ดันเข้าหา แล้วเคลื่อนตัวออกห่างจากอากาศข้างๆ โมเลกุลของอากาศที่กระทบกับหัวดรัมขณะที่มันเคลื่อนที่ออกไปด้านนอกจะกระดอนออกมาจากมันด้วยพลังงานและความเร็วที่มากกว่าปกติ โดยได้รับแรงผลักดันจากดรัม โมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วกว่าเหล่านี้จะเคลื่อนที่ไปในอากาศโดยรอบ ชั่วขณะหนึ่ง บริเวณที่อยู่ถัดจากหัวดรัมจะมีความเข้มข้นของโมเลกุลอากาศมากกว่าปกติ—มันจะกลายเป็นบริเวณที่มีการบีบอัด ในขณะที่โมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วกว่าจะแซงหน้าโมเลกุลของอากาศในอากาศรอบข้าง พวกมันจะชนกับพวกมันและส่งพลังงานเพิ่มเติมของพวกมันบริเวณของการบีบอัดเคลื่อนออกไปด้านนอกเมื่อพลังงานจากดรัมเฮดแบบสั่นถูกถ่ายโอนไปยังกลุ่มของโมเลกุลที่อยู่ไกลออกไป

โมเลกุลของอากาศที่กระทบกับหัวดรัมในขณะที่เคลื่อนที่เข้าด้านในจะเด้งกลับออกมาด้วยพลังงานและความเร็วที่น้อยกว่าปกติ ชั่วขณะหนึ่ง บริเวณที่อยู่ถัดจากหัวดรัมจะมีโมเลกุลของอากาศน้อยกว่าปกติ—มันจะกลายเป็นบริเวณที่เกิดการแยกหายาก โมเลกุลที่ชนกับโมเลกุลที่เคลื่อนที่ช้ากว่าเหล่านี้ยังเด้งกลับด้วยความเร็วน้อยกว่าปกติ และพื้นที่ของการเกิดหายากจะเคลื่อนที่ออกไปด้านนอก

ลักษณะคลื่นของเสียงจะปรากฏชัดเจนเมื่อวาดกราฟเพื่อแสดงการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของโมเลกุลอากาศ ณ จุดใดจุดหนึ่งเมื่อพัลส์การอัดและการคัดแยกที่สลับกันผ่านจุดนั้น กราฟสำหรับโทนบริสุทธิ์เดียว เช่น ที่สร้างโดยส้อมเสียง กราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้น มันเริ่มต้นโดยพลการในบางครั้งเมื่อความเข้มข้นเป็นปกติและชีพจรบีบอัดเพิ่งมาถึง ระยะห่างของแต่ละจุดบนเส้นโค้งจากแกนนอนบ่งชี้ว่าความเข้มข้นแตกต่างจากปกติมากน้อยเพียงใด

การบีบอัดแต่ละครั้งและการเกิด rarefaction ต่อไปนี้ประกอบขึ้นเป็นหนึ่งรอบ (รอบสามารถวัดได้จากจุดใดก็ได้บนเส้นโค้งไปยังจุดที่เกี่ยวข้องถัดไป) ความถี่ของเสียงวัดเป็นรอบต่อวินาที หรือเฮิรตซ์ (ตัวย่อ Hz) แอมพลิจูดคือจำนวนที่มากที่สุดโดยที่ความเข้มข้นของโมเลกุลอากาศแตกต่างจากปกติ

ความยาวคลื่นของเสียงคือระยะทางที่สิ่งรบกวนเคลื่อนที่ไปในหนึ่งรอบ สัมพันธ์กับความเร็วและความถี่ของเสียงโดยสูตร speed/frequency = wavelength ซึ่งหมายความว่าเสียงความถี่สูงมีความยาวคลื่นสั้นและเสียงความถี่ต่ำมีความยาวคลื่นยาว หูของมนุษย์สามารถตรวจจับเสียงที่มีความถี่ต่ำถึง 15 Hz และสูงถึง 20,000 Hz ในอากาศนิ่งที่อุณหภูมิห้อง เสียงที่มีความถี่เหล่านี้มีความยาวคลื่น 75 ฟุต (23 ม.) และ 0.68 นิ้ว (1.7 ซม.) ตามลำดับ

ความเข้มหมายถึงปริมาณพลังงานที่ส่งผ่านการรบกวน เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแอมพลิจูด ความเข้มมีหน่วยเป็นวัตต์ต่อตารางเซนติเมตรหรือเป็นเดซิเบล (db) มาตราส่วนเดซิเบลกำหนดไว้ดังนี้ ความเข้ม 10-16 วัตต์ต่อตารางเซนติเมตร เท่ากับ 0 เดซิเบล (เขียนในรูปแบบทศนิยม 10-16 ปรากฏเป็น 0.0000000000000001) การเพิ่มวัตต์ต่อตารางเซนติเมตรแต่ละครั้งเพิ่มขึ้นเป็นสิบเท่าหมายถึงการเพิ่มขึ้น 10 เดซิเบล ดังนั้น ความเข้ม 10-15 วัตต์ต่อตารางเซนติเมตรยังสามารถแสดงเป็น 10 เดซิเบล และความเข้ม 10-4 (หรือ 0.0001) วัตต์ต่อตารางเซนติเมตรเป็น 120 เดซิเบล

ความเข้มของเสียงจะลดลงอย่างรวดเร็วตามระยะห่างจากแหล่งกำเนิดที่เพิ่มขึ้น สำหรับแหล่งกำเนิดเสียงขนาดเล็กที่แผ่พลังงานออกมาอย่างสม่ำเสมอในทุกทิศทาง ความเข้มจะแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างจากแหล่งกำเนิด นั่นคือ ที่ระยะสองฟุตจากแหล่งกำเนิด ความเข้มจะสูงหนึ่งในสี่ของระยะหนึ่งฟุต ที่ระยะสามฟุต เท่ากับหนึ่งในเก้าของเท้าข้างเดียว ฯลฯ

Pitch

ระดับเสียงขึ้นอยู่กับความถี่ โดยทั่วไป ความถี่ที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดความรู้สึกของระดับเสียงที่เพิ่มขึ้น ความสามารถในการแยกแยะระหว่างเสียงสองเสียงที่มีความถี่ใกล้เคียงกันจะลดลงในส่วนบนและส่วนล่างของช่วงความถี่ที่ได้ยิน นอกจากนี้ยังมีความผันแปรจากคนสู่คนในความสามารถในการแยกแยะระหว่างเสียงสองเสียงที่มีความถี่ใกล้เคียงกันมาก นักดนตรีที่ผ่านการฝึกอบรมบางคนสามารถตรวจจับความแตกต่างของความถี่ได้ตั้งแต่ 1 หรือ 2 เฮิรตซ์

เนื่องจากวิธีการทำงานของกลไกการได้ยิน การรับรู้ของระดับเสียงจึงได้รับผลกระทบจากความรุนแรงด้วย ดังนั้นเมื่อส้อมเสียงสั่นที่ 440 เฮิร์ตซ์ (ความถี่ A เหนือกลาง C บนเปียโน) เข้าใกล้หูมากขึ้น จะได้ยินโทนเสียงที่ต่ำลงเล็กน้อย ราวกับว่าส้อมสั่นช้ากว่าปกติ

เมื่อแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ผู้ฟังที่อยู่นิ่งจะได้ยินเสียงสูงขึ้นในระดับเสียงเมื่อแหล่งกำเนิดเคลื่อนเข้าหาตัว และเสียงจะดังขึ้นเมื่อแหล่งกำเนิดเคลื่อนห่างออกไป ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ เกิดจากธรรมชาติของคลื่นเสียง

ความดัง

โดยทั่วไป การเพิ่มความเข้มจะทำให้รู้สึกถึงความดังที่เพิ่มขึ้น แต่ความดังไม่เพิ่มขึ้นตามสัดส่วนโดยตรงกับความเข้ม เสียง 50 เดซิเบลมีความเข้มเป็นสิบเท่าของเสียงที่ 40 เดซิเบล แต่ดังเป็นสองเท่าเท่านั้น ความดังจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเมื่อความเข้มเพิ่มขึ้น 10 เดซิเบล

ความดังก็ได้รับผลกระทบจากความถี่เช่นกัน เนื่องจากหูของมนุษย์ไวต่อความถี่บางความถี่มากกว่าความถี่อื่นๆ เกณฑ์การได้ยิน—ความเข้มเสียงต่ำสุดที่จะสร้างความรู้สึกของการได้ยินสำหรับคนส่วนใหญ่—อยู่ที่ประมาณ 0 dB ในช่วงความถี่ 2,000 ถึง 5,000 Hz สำหรับความถี่ที่อยู่ต่ำกว่าและสูงกว่าช่วงนี้ เสียงจะต้องมีความเข้มมากกว่าจึงจะได้ยิน ตัวอย่างเช่น เสียง 100 Hz แทบจะไม่ได้ยินที่ 30 dB; เสียง 10,000 Hz แทบจะไม่ได้ยินที่ 20 dB ที่ 120 ถึง 140 เดซิเบล คนส่วนใหญ่ประสบกับความรู้สึกไม่สบายทางร่างกายหรือความเจ็บปวดที่เกิดขึ้นจริง และระดับความรุนแรงนี้เรียกว่าธรณีประตูของความเจ็บปวด

ความเร็วของเสียงขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่นและความหนาแน่นของตัวกลางที่มันเคลื่อนที่ โดยทั่วไป เสียงเดินทางในของเหลวได้เร็วกว่าในก๊าซ และในของแข็งเร็วกว่าในของเหลว ยิ่งความยืดหยุ่นและความหนาแน่นต่ำมากเท่าใด เสียงก็จะยิ่งเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น ความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์คือ ความเร็ว = (ความยืดหยุ่น/ความหนาแน่น)

ผลของความยืดหยุ่นและความหนาแน่นต่อความเร็วของเสียงสามารถเห็นได้โดยการเปรียบเทียบความเร็วของเสียงในอากาศ ไฮโดรเจน และเหล็ก อากาศและไฮโดรเจนมีคุณสมบัติยืดหยุ่นเกือบเท่ากัน แต่ความหนาแน่นของไฮโดรเจนน้อยกว่าอากาศ เสียงเดินทางเร็วกว่าในอากาศ (ประมาณ 4 เท่า) ในไฮโดรเจน แม้ว่าความหนาแน่นของอากาศจะน้อยกว่าเหล็กมาก แต่ความยืดหยุ่นของเหล็กนั้นมากกว่าของอากาศอย่างมาก เสียงเดินทางเร็วกว่าในอากาศ (ประมาณ 14 เท่า) ในเหล็ก

ความเร็วของเสียงในวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในก๊าซหรือของเหลว จะแปรผันตามอุณหภูมิ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิส่งผลต่อความหนาแน่นของวัสดุ ตัวอย่างเช่น ในอากาศ ความเร็วของเสียงจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ที่อุณหภูมิ 32 องศาฟาเรนไฮต์ (0 °C) ความเร็วของเสียงในอากาศคือ 1,087 ฟุตต่อวินาที (331 m/s) ที่อุณหภูมิ 68 องศาฟาเรนไฮต์ (20 °C.) คือ 1,127 ฟุตต่อวินาที (343 m/s)

คำว่า subsonic และ supersonic หมายถึงความเร็วของวัตถุ เช่น เครื่องบิน ซึ่งสัมพันธ์กับความเร็วของเสียงในอากาศโดยรอบ ความเร็วเปรี้ยงปร้างต่ำกว่าความเร็วของเสียง ความเร็วเหนือเสียง เหนือความเร็วเสียง วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือเสียงจะสร้างคลื่นกระแทกมากกว่าคลื่นเสียงธรรมดา คลื่นกระแทกเป็นคลื่นบีบอัดที่เมื่อเกิดขึ้นในอากาศมักจะได้ยินเป็นโซนิคบูม

ความเร็วของวัตถุที่มีความเร็วเหนือเสียงมักแสดงในรูปของเลขมัค—อัตราส่วนของความเร็วของวัตถุต่อความเร็วของเสียงในอากาศโดยรอบ ดังนั้นวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 1 มัคจึงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเสียง ที่มัค 2 มันเดินทางด้วยความเร็วสองเท่าของเสียง

เช่นเดียวกับคลื่นแสงและคลื่นอื่นๆ คลื่นเสียงจะสะท้อน หักเห เลี้ยวเบน และแสดงการรบกวน

การสะท้อน

เสียงสะท้อนจากพื้นผิวต่างๆ มากมายอย่างต่อเนื่อง ส่วนใหญ่แล้วเสียงที่สะท้อนกลับไม่ถูกสังเกต เนื่องจากเสียงที่เหมือนกันสองเสียงที่ไปถึงหูของมนุษย์น้อยกว่า 1/15 วินาที จะไม่สามารถแยกออกเป็นเสียงที่แยกจากกันได้ เมื่อได้ยินเสียงสะท้อนแยกกัน เรียกว่า เสียงสะท้อน

เสียงสะท้อนจากพื้นผิวในมุมเดียวกันกับที่กระทบพื้นผิว ข้อเท็จจริงนี้ทำให้สามารถโฟกัสเสียงโดยใช้พื้นผิวสะท้อนแสงโค้งได้ในลักษณะเดียวกับที่กระจกโค้งสามารถใช้เพื่อโฟกัสแสงได้ นอกจากนี้ยังอธิบายถึงผลกระทบของแกลเลอรี่ที่เรียกว่าการกระซิบ ห้องที่ได้ยินคำกระซิบที่จุดหนึ่งอย่างชัดเจนในอีกจุดหนึ่งที่ค่อนข้างไกล แม้ว่าจะไม่ได้ยินจากที่อื่นในห้องนั้น (ตัวอย่างที่ Hall of the United States Capitol) การสะท้อนยังใช้เพื่อเน้นเสียงในโทรโข่งและเมื่อโทรผ่านมือที่หุ้มไว้

การสะท้อนของเสียงอาจทำให้เกิดปัญหาร้ายแรงในห้องแสดงคอนเสิร์ตและหอประชุม ในห้องโถงที่ออกแบบมาไม่ดี คำแรกของผู้พูดอาจก้องกังวาน (ซ้ำแล้วซ้ำเล่า) เป็นเวลาหลายวินาที เพื่อให้ผู้ฟังได้ยินทุกคำในประโยคที่สะท้อนในเวลาเดียวกัน ดนตรีสามารถบิดเบี้ยวได้เช่นเดียวกัน ปัญหาดังกล่าวสามารถแก้ไขได้โดยการปิดพื้นผิวสะท้อนแสงด้วยวัสดุดูดซับเสียง เช่น ผ้าม่านหรือกระเบื้องกันเสียง เสื้อผ้ายังดูดซับเสียง ด้วยเหตุนี้เสียงก้องกังวานในห้องโถงที่ว่างเปล่าจึงยิ่งใหญ่กว่าในห้องโถงที่เต็มไปด้วยผู้คน วัสดุดูดซับเสียงเหล่านี้มีรูพรุน คลื่นเสียงที่เข้าสู่ช่องว่างเล็ก ๆ ที่เต็มไปด้วยอากาศจะกระเด้งไปมาในนั้นจนกว่าจะหมดพลังงาน แท้จริงแล้วพวกเขาติดอยู่

สัตว์บางชนิดใช้การสะท้อนของเสียง โดยเฉพาะอย่างยิ่งค้างคาวและวาฬมีฟัน สำหรับการหาตำแหน่งเสียงสะท้อน—ระบุตำแหน่ง และในบางกรณีระบุวัตถุผ่านประสาทสัมผัสในการได้ยินมากกว่าการมองเห็น ค้างคาวและวาฬมีฟันจะเปล่งเสียงความถี่สูงเกินขอบเขตสูงสุดของการได้ยินของมนุษย์ สูงถึง 200,000 เฮิรตซ์ในกรณีของวาฬ เสียงที่มีความยาวคลื่นสั้นจะสะท้อนจากวัตถุที่มีขนาดเล็กมาก ค้างคาวสามารถระบุตำแหน่งและจับยุงในความมืดมิดได้อย่างไม่มีข้อผิดพลาด โซนาร์เป็นรูปแบบของการจำลองเสียงสะท้อน

การหักเห

เมื่อคลื่นผ่านจากวัสดุหนึ่งไปยังอีกวัสดุหนึ่งเป็นมุมหนึ่ง มันมักจะเปลี่ยนความเร็ว ทำให้หน้าคลื่นโค้งงอ การหักเหของเสียงสามารถแสดงให้เห็นได้ในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์โดยใช้บอลลูนรูปเลนส์ที่เต็มไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อดึงคลื่นเสียงมาสู่จุดโฟกัส

การเลี้ยวเบน

เมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนผ่านสิ่งกีดขวางหรือผ่านช่องเปิดในสิ่งกีดขวาง ขอบของสิ่งกีดขวางหรือช่องเปิดจะทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดเสียงรอง โดยส่งคลื่นที่มีความถี่และความยาวคลื่นเท่ากัน (แต่มีความเข้มต่ำกว่า) กับแหล่งกำเนิดเสียงเดิม การแพร่กระจายของคลื่นเสียงจากแหล่งกำเนิดทุติยภูมิเรียกว่าการเลี้ยวเบน จากปรากฏการณ์นี้ จึงสามารถได้ยินเสียงรอบมุม แม้ว่าคลื่นเสียงโดยทั่วไปจะเดินทางเป็นเส้นตรงก็ตาม

การรบกวน

เมื่อใดก็ตามที่คลื่นโต้ตอบ การรบกวนจะเกิดขึ้น สำหรับคลื่นเสียง ปรากฏการณ์นี้อาจจะเข้าใจได้ดีที่สุดโดยการคิดในแง่ของการกดทับและการคัดแยกของคลื่นทั้งสองเมื่อมาถึงจุดใดจุดหนึ่ง เมื่อคลื่นอยู่ในเฟสเพื่อให้การกดทับและการหายากเกิดขึ้นพร้อมกัน คลื่นจะเสริมกำลังซึ่งกันและกัน (การรบกวนเชิงสร้างสรรค์) เมื่อมันอยู่นอกเฟส เพื่อให้การกดทับของอันหนึ่งตรงกับส่วนที่หายากของอีกอันหนึ่ง พวกเขามักจะอ่อนลงหรือกระทั่งยกเลิกกัน (การรบกวนที่ทำลายล้าง) ปฏิสัมพันธ์ระหว่างคลื่นทั้งสองทำให้เกิดคลื่นผลลัพธ์

ในห้องประชุม การรบกวนที่ทำลายล้างระหว่างเสียงจากเวทีกับเสียงที่สะท้อนจากส่วนอื่น ๆ ของห้องโถงสามารถสร้างจุดบอดซึ่งทั้งระดับเสียงและความชัดเจนของเสียงไม่ดี การรบกวนดังกล่าวสามารถลดลงได้โดยใช้วัสดุดูดซับเสียงบนพื้นผิวสะท้อนแสง ในทางกลับกัน การรบกวนสามารถปรับปรุงคุณภาพเสียงของหอประชุมได้ ทำได้โดยการจัดพื้นผิวสะท้อนแสงในลักษณะที่ระดับเสียงเพิ่มขึ้นจริงในพื้นที่ที่ผู้ชมนั่ง

การรบกวนระหว่างคลื่นสองคลื่นที่มีความถี่เกือบเท่ากันแต่ไม่เท่ากันทำให้เกิดเสียงของความเข้มที่เพิ่มขึ้นและลดลงสลับกัน เนื่องจากคลื่นทั้งสองจะตกเข้าและออกจากเฟสอย่างต่อเนื่อง จังหวะที่ได้ยินเรียกว่าบีต จูนเนอร์เปียโนใช้ประโยชน์จากเอฟเฟกต์นี้ โดยปรับโทนเสียงของสายให้เทียบกับส้อมเสียงมาตรฐานจนไม่ได้ยินเสียงบีตอีกต่อไป

เสียงของความถี่บริสุทธิ์เดียวเกิดขึ้นจากส้อมเสียงและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่าออสซิลเลเตอร์เท่านั้น เสียงส่วนใหญ่เป็นส่วนผสมของโทนเสียงที่มีความถี่และแอมพลิจูดต่างกัน โทนเสียงที่ผลิตโดยเครื่องดนตรีมีลักษณะสำคัญอย่างหนึ่งที่เหมือนกัน นั่นคือ เป็นจังหวะ กล่าวคือ การสั่นจะเกิดขึ้นในรูปแบบการทำซ้ำ ร่องรอยของออสซิลโลสโคปของเสียงแตรแสดงรูปแบบดังกล่าว สำหรับเสียงที่ไม่ใช่เสียงดนตรีส่วนใหญ่ เช่น เสียงลูกโป่งแตกหรือเสียงคนไอ ออสซิลโลสโคปจะแสดงรูปแบบที่ขรุขระและไม่สม่ำเสมอ ซึ่งบ่งบอกถึงความแปรปรวนของความถี่และแอมพลิจูด

คอลัมน์ของอากาศเช่นเดียวกับในทรัมเป็ตและสายเปียโนต่างก็มีความถี่พื้นฐาน—ความถี่ที่พวกมันสั่นสะเทือนได้เร็วที่สุดเมื่อตั้งค่าในการเคลื่อนที่ สำหรับคอลัมน์ของอากาศที่สั่นสะเทือน ความถี่นั้นพิจารณาจากความยาวของคอลัมน์เป็นหลัก (วาล์วของทรัมเป็ตใช้เพื่อเปลี่ยนความยาวที่มีประสิทธิภาพของคอลัมน์) สำหรับสตริงแบบสั่น ความถี่พื้นฐานขึ้นอยู่กับความยาวของสตริง ความตึง และมวลของสตริงต่อความยาวหน่วย

นอกจากความถี่พื้นฐานแล้ว สตริงหรือคอลัมน์ที่สั่นสะเทือนของอากาศยังสร้างเสียงหวือหวาด้วยความถี่ที่เป็นทวีคูณของจำนวนเต็มของความถี่พื้นฐาน เป็นจำนวนเสียงหวือหวาที่ผลิตขึ้นและความแรงสัมพัทธ์ที่ให้เสียงดนตรีจากแหล่งที่กำหนดคุณภาพหรือเสียงต่ำ การเพิ่มเสียงหวือหวาเพิ่มเติมจะสร้างรูปแบบที่ซับซ้อน เช่น ร่องรอยของออสซิลโลสโคปของเสียงแตร

ความถี่พื้นฐานของสายสั่นขึ้นอยู่กับความยาว ความตึง และมวลของเชือกต่อความยาวหน่วย อธิบายโดยกฎสามข้อ:

1. ความถี่พื้นฐานของสายสั่นเป็นสัดส่วนผกผันกับความยาว

การลดความยาวของสายสั่นครึ่งหนึ่งจะเพิ่มความถี่เป็นสองเท่า เพิ่มระดับเสียงขึ้นหนึ่งอ็อกเทฟ ถ้าความตึงเครียดยังคงเท่าเดิม

2. ความถี่พื้นฐานของสายสั่นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับรากที่สองของความตึงเครียด

การเพิ่มความตึงของสายสั่นจะเพิ่มความถี่ขึ้น ถ้าความตึงเครียดเพิ่มขึ้นสี่เท่า ความถี่จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า และระดับเสียงจะเพิ่มขึ้นหนึ่งอ็อกเทฟ

3. ความถี่พื้นฐานของสายสั่นเป็นสัดส่วนผกผันกับรากที่สองของมวลต่อความยาวหน่วย

ซึ่งหมายความว่าจากสองสายของวัสดุเดียวกันและมีความยาวและความตึงเท่ากัน สตริงที่หนากว่าจะมีความถี่พื้นฐานที่ต่ำกว่า ถ้ามวลต่อความยาวหน่วยความยาวของสายหนึ่งเป็นสี่เท่าของอีกสายหนึ่ง สตริงที่หนากว่าจะมีความถี่พื้นฐานครึ่งหนึ่งของสตริงที่บางกว่าและให้เสียงที่ต่ำกว่าหนึ่งอ็อกเทฟ

หนึ่งในการค้นพบครั้งแรกเกี่ยวกับเสียงเกิดขึ้นในศตวรรษที่ 6 ก่อนคริสตกาลโดยนักคณิตศาสตร์และปราชญ์ชาวกรีก Pythagoras เขาสังเกตเห็นความสัมพันธ์ระหว่างความยาวของสตริงที่สั่นสะเทือนกับน้ำเสียงที่สร้าง ซึ่งตอนนี้เรียกว่ากฎข้อที่หนึ่งของสาย พีทาโกรัสอาจเข้าใจด้วยว่าความรู้สึกของเสียงนั้นเกิดจากการสั่น ไม่นานหลังจากนั้น เขาก็ตระหนักว่าความรู้สึกนี้ขึ้นอยู่กับการสั่นสะเทือนที่เคลื่อนที่ผ่านอากาศและกระทบกับแก้วหู

ประมาณปี 1640 นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Marin Mersenne ได้ทำการทดลองครั้งแรกเพื่อกำหนดความเร็วของเสียงในอากาศ Mersenne ยังได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้ค้นพบกฎข้อที่สองและสามของสตริง ในปี ค.ศ. 1660 โรเบิร์ต บอยล์ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้สาธิตว่าการส่งสัญญาณเสียงต้องใช้สื่อ โดยแสดงให้เห็นว่าไม่ได้ยินเสียงกริ่งในโถที่ใช้สูบลม

Ernst Chladni นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ได้ทำการวิเคราะห์อย่างละเอียดเกี่ยวกับการสั่นสะเทือนที่เกิดจากเสียงในช่วงปลายทศวรรษ 1700 และต้นปี 1800 ในปี ค.ศ. 1801 ฟูริเยร์นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสค้นพบว่าคลื่นที่ซับซ้อนเช่นเดียวกับที่เกิดจากสตริงที่สั่นสะเทือนซึ่งมีเสียงหวือหวาทั้งหมดประกอบด้วยชุดของคลื่นคาบธรรมดา

งานเกี่ยวกับคลื่นโดยทั่วไปเกิดขึ้นมากในช่วงศตวรรษที่ 19 Thomas Young นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับการเลี้ยวเบนและการรบกวนโดยเฉพาะ Christian Johann Doppler แห่งออสเตรียได้กำหนดความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างความถี่ที่เกิดขึ้นจริงและที่รับรู้ของคลื่นเมื่อแหล่งกำเนิดของคลื่นเคลื่อนที่สัมพันธ์กับผู้สังเกต

วอลเลซ เคลเมนต์ ซาบีน นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด มีส่วนสนับสนุนสำคัญในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับเสียง ในช่วงปลายทศวรรษ 1890 Sabine ถูกขอให้ปรับปรุงระบบเสียงของห้องบรรยายหลักในพิพิธภัณฑ์ศิลปะ Fogg ของ Harvard เขาเป็นคนแรกที่วัดเวลาก้อง—ซึ่งเขาพบว่าเป็นเวลา 5 1/2 วินาทีในห้องบรรยาย การทดลองครั้งแรกกับเบาะรองนั่งจากโรงละครใกล้เคียง และต่อมากับวัสดุดูดซับเสียงและวิธีการอื่นๆ ซาบีนวางรากฐานสำหรับเสียงทางสถาปัตยกรรม เขาออกแบบ Boston Symphony Hall (เปิดในปี 1900) ซึ่งเป็นอาคารหลังแรกที่มีระบบเสียงตามสูตรทางวิทยาศาสตร์

ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 ระดับเสียงที่เพิ่มขึ้นในโลกสมัยใหม่—โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเขตเมือง—กระตุ้นให้มีการสอบสวนชุดใหม่ทั้งหมด โดยส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับผลกระทบทางสรีรวิทยาและจิตวิทยาของเสียงต่อมนุษย์