พฤติกรรมตามข้อใดของคลื่นเสียงที่เกี่ยวข้องกับการเกิดบีตส์

ความลับแห่งเสียงเต้น: การแทรกสอดและพฤติกรรมของคลื่นเสียงที่ก่อให้เกิดบีตส์

เสียงดนตรีอันไพเราะ เสียงเครื่องยนต์ที่เร้าใจ หรือแม้กระทั่งเสียงคลื่นกระทบฝั่ง ล้วนแล้วแต่เป็นผลลัพธ์จากการสั่นสะเทือนของอนุภาคในอากาศ ซึ่งเราเรียกว่าคลื่นเสียง แต่ทราบหรือไม่ว่า เสียงบางอย่างที่เราได้ยินนั้น ไม่ได้เกิดจากแหล่งกำเนิดเพียงแหล่งเดียว แต่เกิดจากการซ้อนทับกันของคลื่นเสียงหลายๆ คลื่น และหนึ่งในปรากฏการณ์ที่น่าสนใจที่เกิดจากการซ้อนทับนี้ คือปรากฏการณ์ “บีตส์” (Beats) ซึ่งเป็นเสียงที่ดังขึ้นและเบาลงเป็นจังหวะ คล้ายกับเสียงหัวใจที่เต้นเป็นจังหวะช้าๆ

พฤติกรรมสำคัญของคลื่นเสียงที่เกี่ยวข้องกับการเกิดบีตส์ คือ การแทรกสอด (Interference) แต่ไม่ใช่การแทรกสอดแบบใดๆ ก็ได้ การแทรกสอดที่ก่อให้เกิดบีตส์นั้น จำเป็นต้องเป็นการแทรกสอดระหว่างคลื่นเสียงสองคลื่นที่มีความถี่ใกล้เคียงกัน แต่ไม่เท่ากัน นั่นคือ ความแตกต่างของความถี่ระหว่างคลื่นทั้งสองนี้ จะไม่มากเกินไป โดยทั่วไปแล้ว ความแตกต่างของความถี่นี้จะเป็นตัวกำหนดความถี่ของการเปลี่ยนแปลงระดับเสียงที่เราได้ยิน นั่นหมายความว่า ยิ่งความแตกต่างของความถี่มาก ความถี่ของการสลับระหว่างเสียงดังและเสียงเบาก็จะยิ่งมากขึ้น ส่งผลให้เราได้ยินเสียงบีตส์ที่เร็วขึ้น และในทางกลับกัน ยิ่งความแตกต่างของความถี่น้อย ความถี่ของบีตส์ก็จะยิ่งช้าลง

ลองนึกภาพคลื่นสองคลื่นที่เคลื่อนที่ในทิศทางเดียวกัน แต่มีความถี่แตกต่างกันเล็กน้อย บางช่วงเวลา ส่วนยอดของคลื่นทั้งสองจะมาซ้อนทับกัน ทำให้เกิดการเสริมกัน (Constructive interference) ส่งผลให้ระดับความดันเสียงสูงขึ้น เราจึงได้ยินเสียงดัง ในขณะที่บางช่วงเวลา ส่วนยอดของคลื่นหนึ่งจะมาเจอกับท้องคลื่นของอีกคลื่นหนึ่ง ทำให้เกิดการหักล้างกัน (Destructive interference) ระดับความดันเสียงลดลง เราจึงได้ยินเสียงเบา การสลับสับเปลี่ยนระหว่างการเสริมกันและการหักล้างกันของคลื่นเสียงนี้เอง ที่เป็นต้นกำเนิดของบีตส์

สรุปแล้ว ปรากฏการณ์บีตส์เป็นผลมาจาก การแทรกสอดของคลื่นเสียงสองคลื่นที่มีความถี่ใกล้เคียงกัน โดยความถี่ของบีตส์นั้น ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความถี่ระหว่างคลื่นทั้งสอง ยิ่งความแตกต่างมาก บีตส์ก็จะเร็ว และยิ่งความแตกต่างน้อย บีตส์ก็จะช้า การเข้าใจพฤติกรรมการแทรกสอดนี้ จะช่วยให้เราเข้าใจถึงที่มาของเสียงต่างๆ รอบตัวเราได้ดียิ่งขึ้น ไม่ว่าจะเป็นเสียงดนตรี เสียงธรรมชาติ หรือแม้กระทั่งเสียงเครื่องจักรกลต่างๆ ซึ่งล้วนแล้วแต่ซ่อนความลับของคลื่นเสียงเอาไว้มากมาย