ตัวกลางใดที่คลื่นเสียงเดินทางผ่านได้ดีที่สุด ณ อุณหภูมิเดียวกัน

สมบัติของเสียงแบบคลื่น

จากที่นักเรียนทราบแล้วว่าเสียงเป็นคลื่นกลชนิดคลื่นตามยาว ดังนั้นเสียงจึงแสดงสมบัติของคลื่นครบทั้ง 4 ข้อ ได้แก่  การสะท้อน  การหักเห  การแทรกสอด และการเลี้ยวเบน

1. การสะท้อนของเสียง
    เสียงเป็นคลื่นจึงมีการสะท้อนตามกฏการสะท้อนของคลื่น คือ มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน รังสีตกกระทบ  รังสีสะท้อน และเส้นปกติต้องอยู่บนระนาบเดียวกัน

ข้อสังเกตการสะท้อนของเสียงที่ควรทราบ

1.การสะท้อนของเสียงเกิดขึ้นเมื่อเสียงเคลื่อนที่ไปกระทบตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า 
2.ขนาดวัตถุหรือตัวกลางที่ไปตกกระทบต้องมีขนาดเท่ากับหรือใหญ่กว่าความยาวคลื่นเสียงนั้น 
3. เสียงสะท้อนได้ดีกับวัตถุผิวเรียบ แข็ง 
4. คลื่นเสียงความถี่สูงสะท้อนได้ดีกว่าความถี่ต่ำ(เมื่ออัตราเร็วเสียงคงตัว จะได้ความถี่เสียงแปรผกผันกับความยาวคลื่นเสียง ดังนั้นความถี่สูงจึงมีความยาวคลื่น          สั้น จึงสามารถสะท้อนได้กับวัตถุที่มีขนาดเล็กๆ เช่น Ultra sound )  
5. การคำนวณการทะท้อนเสียงใช้สมการชุดเดียวกับคำนวณการเดินทางของเสียง

เสียงก้อง (Echo)

        เมื่อเราตะโกนออกไป เราจะได้ยินเสียงแรกเป็นเสียงที่ตะโกนต่อมาเราได้ยินเสียงเดิมอีกเป็นครั้งที่สองจากการที่เสียงเดินทางไปตกกระทบวัตถุแล้วสะท้อนกลับมาเข้าหูเรา เรียกว่า "ได้ยินเสียงก้อง" เงื่อนไขของการได้ยินเสียงก้องคือ หลังจากได้ยินเสียงครั้งแรกแล้ว เสียงครั้งที่สองที่สะท้อนมาเข้าหูเราจะต้องใช้เวลาต่างจากได้ยินครั้งแรกไม่น้อยกว่า 0.1 วินาที เพราะถ้าเสียงที่สองสะท้อนมาถึงหูใช้เวลาน้อยกว่า0.1 วินาที หูจะไม่สามารถแยกออกว่าเป็นการได้ยินเสียงสองครั้ง

ตัวอย่าง  ขณะอากาศอุณหภูมิ 15 องศาเซลเซียส  คนต้องยืนตะโกนห่างจากหน้าผาสะท้อนเป็นระยะอย่างน้อยที่สุดเท่าไร จึงจะได้ยินเสียงก้องของตัวเอง

แนวคิด  ให้คนอยู่ห่างหน้าผาอย่างน้อยที่สุด X  เมตร  เสียงเดินทางไปและสะท้อนกลับได้ S = 2X  เมตรโดยใช้เวลาน้อยที่สุดที่จะได้ยินเสียงก้อง                        ได้ เวลา t = 0.1 วินาที   หาอัตราเร็วเสียงในอากาศเมื่อทราบอุณหภูมิเซลเซียสได้จาก v = 331+(0.6x15) =  340 เมตรต่อวินาที

สมการ   S = v.t  แทนค่า ได้ 2X = 340 x 0.1  แก้สมการ ได้ X = 17 เมตรเป็นอย่างน้อย(ใกล้หน้าผาระยะน้อยกว่า 17 เมตร                                                            ไม่ได้ยินเสียงก้องแต่มากกว่า 17 เมตร ได้ยิน) 

2. การหักเหเสียง

         การหักเหเสียงเกิดขึ้นเมื่อเสียงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางซึ่งมีความแตกต่างกัน มีผลทำให้อัตราเร็วเสียงเปลี่ยนแปลงไป และทำให้ความยาวคลื่นเสียงเปลี่ยนแปลงด้วย เนื่องจากความถี่เสียงจากแหล่งกำเนิดเสียงสั่นคงที่  ความสัมพันธ์ของปริมาณของการหักเหคงเหมือนเดิมคือเป็นไปตามกฏของสเนลล์  คือ

            ในกรณีการเกิดมุมวิกฤตของเสียง   เกิดเมื่อเสียงเริ่มต้นจากบริเวณอากาศอุณหภูมิต่ำไปสู่อากาศอุณหภูมิสูงกว่า หรือเริ่มต้นจากบริเวณที่เสียงมีอัตราเร็วน้อย ไปยังบริเวณที่มีอัตราเร็วมาก

        การหักเหเสียงในอากาศ เป็นปรากฏการณ์ที่พบเห็นในชีวิตประจำวัน เช่นในตอนกลางวันเราเห็นฟ้าแลบแต่ไม่ได้ยินเสียงทั้งที่ความจริงจะต้องมีเสียง เหตุผลสามารถอธิบายได้ด้วยหลักการหักเหเสียงในอากาศ

            ในตอนกลางวันอากาศที่สูงขึ้นไปจะมีอุณภูมิต่ำกว่าบริเวณใกล้พื้น  ทำให้เสียงจากฟ้าแลบที่ลงมา มีมุมหักเหโกว่ามุมตกกระทบ เมื่อหักเหหลายครั้งทำให้เกิดการสะท้อนกลับหมดกลับขึ้นไป ไม่มีเสียงมาถึงผู้ฟังที่อยู่บนพื้น 

3. การแทรกสอด

        การแทรกสอดของเสียงเกิดจากแหล่งกำเนิดเสียงอาพันธ์ 2 แหล่ง คลื่นเสียงจากสองแหล่งแผ่เข้าซ้อนทับกันเกิดปฏิบัพ(เสียงดัง) และบัพ(เสียงเบา)  ลากแนวปฏิบัพและบัพได้ตามรูป

อ

สมการการแทรกสอด  แหล่งกำเนิดอาพันธ์ส่งคลื่นเสียงเฟสตรงกัน

เมื่อจุดสังเกต P อยู่บนแนวแทรกสอดปฏิบัพ(เสียงดัง)  และจุด Q อยู่บนแนวแทรกสอดบัพ(เสียงเบา)

รูปแสดงการเกิดแนวการแทรกสอดจากแหล่งกำเนิดคลื่นอาพันธ์

4. การเลี้ยวเบนของเสียง

         เสียงเป็นคลื่นจึงแสดงสมบัติการเลี้ยวเบน  การเลี้ยวเบนของเสียงคือปรากฏการณ์ที่เสียงอ้อมสิ่งกีดขวาง หรือลอดผ่านช่องเปิดเดี่ยวเลี้ยวเบนผ่านแยกบนท้องถนน หรือผ่านช่องหน้าต่าง ช่องประตู เสียงจะเลี้ยวเบนได้ดีเมื่อความกว้างของช่องเปิดเท่ากับความยาวคลื่นเสียงนั้น  ดังนั้นในชีวิตประจำวันพบว่าเสียงที่มีความถี่ต่ำ(ความยาวคลื่นมาก) จะเลี้ยวเบนผ่านช่องเปิดต่างๆได้ดีกว่าเสียงความถี่สูง(ความยาวคลื่นน้อย)

จากรูป คนสามารถได้ยินเสียงจากวิทยุได้ แม้ว่าจะมีมุมห้องบังเสียงไว้เพราะว่าเสียงสามารถเลี้ยวเบนได้

        ในกรณีที่มีขบวนวงโยทวาธิตผ่านไปตามท้องถนน พบว่าเสียงกลอง(หน้าคลื่นสีแดง)ซึ่งมีความถี่ต่ำแต่ความยาวคลื่นยาว จะเลี้ยวเบนได้ดีกว่าเสียงจาก   เครื่องเป่า(หน้าคลื่นสีน้ำเงิน) ซึ่งมีความถี่เสียงสูง เนื่องจากการเลี้ยวเบนดีช่องกว้างต้องเท่ากับหรือใกล้เคียงความยาวคลื่นเสียง

รูปการเลี้ยวเบนคลื่นผ่านช่องเดี่ยว

การเลี้ยวเบนผ่านช่องเปิดเดี่ยว บางกรณีหลังจากเลี้ยวเบนแล้วไปเกิดการแทรกสอดกันอีก เกิดแนวบัพและปฏิบัพ คำนวณการแทรกสอดกรณีนี้ได้จากสมการ