สวนศาสตร์

สวนศาสตร์ (อ่านว่า สะ-วะ-นะ-สาด) หรือ อะคูสติกส์ (อังกฤษ: acoustics) ศาสตร์ด้านเสียง เป็นสาขาหนึ่งของ ฟิสิกส์ ว่าด้วยคุณสมบัติของ คลื่นเสียงเชิงกล เมื่อเคลื่อนที่ใน แก๊ส ของเหลว และของแข็ง นักวิทยาศาสตร์ ผู้เชี่ยวชาญในสาขานี้ เรียกว่า นักอะคูสติกส์ (Acoustician) คนไทยมักเรียกศาสตร์ด้านนี้ ทับศัพท์ว่า อะคูสติกส์

บทความนี้เกี่ยวกับสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ สำหรับความหมายอื่น ดูที่ อะคูสติก

คำว่า อะคูสติกนั้น มาจากภาษากรีกโบราณ ว่า “อะคูสติกคอส” หมายถึง “สามารถได้ยิน” ในปัจจุบัน อะคูสติกส์ เป็นศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการสร้าง ควบคุม ส่ง รับ และผลกระทบของเสียง โดยเริ่มต้นด้วยการศึกษาการสั่นเชิงกล และการแผ่คลื่นจากการสั่นเหล่านี้ จนถึงการศึกษาคลื่นเชิงกล โดยยังมีการศึกษาค้นคว้าเรื่อยมา งานวิจัยด้านสวนศาสตร์ดำเนินไปหลายลักษณะ จากกระบวนการเชิงฟิสิกส์มูลฐาน ที่เกี่ยวข้องกับคลื่นและเสียง และอาจโยงไปถึงการประยุกต์ใช้กระบวนการเหล่านี้ในชีวิตสมัยใหม่ การศึกษาคลื่นเสียงยังนำไปสู่หลักการทางฟิสิกส์ที่อาจประยุกตใช้กับการศึกษาคลื่นทุกชนิดด้วย

สาขาย่อยของสวนศาสตร์

• อากาศสวนศาสตร์ (en:aeroacoustics) เป็นการศึกษาทางด้านเสียงเชิงอากาศพลศาสตร์ ซึ่งเกี่ยวกับการกำเนิดของเสียง จากปฏิกิริยาของของไหลกับพื้นผิว หรือ กับของไหลอื่น มีประโยชน์ทางด้านการออกแบบอากาศยาน เช่น การศึกษาเสียงที่กำเนิดจากเครื่องบินไอพ่น และ ฟิสิกส์ของคลื่นกระแทก (shock wave) ที่เรียกว่า โซนิกบูม(en:sonic boom)

• สถาปัตยสวนศาสตร์ (en:architectural acoustics) เป็นการศึกษาเสียงในอาคาร เช่น คุณภาพของเสียงใน หอประชุม โรงละคร ห้องเรียน สำนักงาน โรงงาน โรงภาพยนตร์ ฯลฯ รวมถึง การกันเสียงภายในอาคารด้วย

• ชีวสวนศาสตร์ (en:bioacoustics) ศึกษาถึงการใช้เสียงของสิ่งมีชีวิตต่างๆ เช่น วาฬ โลมา และ ค้างคาว

• ชีวเวชศาสตรสวนศาสตร์ (en:biomedical acoustics) เป็นการศึกษาการใช้เสียงในทางการแพทย์ เช่น การใช้ คลื่นเหนือเสียง (en:ultrasound) ในการวินิจฉัยและบำบัดโรค

• สวนศาสตร์ของลำโพง (en:loudspeaker acoustics) เป็นสาขาทางวิศวกรรม ในการออกแบบ ลำโพง (en:loudspeaker)

• จิตสวนศาสตร์ (en:psychoacoustics) เป็นการศึกษาเกี่ยวกับประสาทสัมผัสการได้ยินของมนุษย์ เช่น การได้ยินเสียง (hearing) การรับรู้ และ การรับรู้ตำแหน่งของเสียง (en:sound localization)

• สวนศาสตร์เชิงจิตวิทยา (en:psychological acoustics) เป็นการศึกษาการทำงาน ทางกล ทางไฟฟ้า และ ทางชีวเคมี ของการได้ยิน ในสิ่งมีชีวิต

• สวนศาสตร์เชิงฟิสิกส์ (en:physical acoustics) ศึกษาเกี่ยวกับปฏิกิริยาของเสียง ต่อ วัสดุ และ ของไหลต่างๆ เช่น ปรากฏการณ์ โซโนลูมิเนสเซนส์ (en:sonoluminescence) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์การเปล่งแสงของฟองอากาศในของเหลวที่ถูกกระตุ้นด้วยเสียง และ อุณหสวนศาสตร์ (en:thermoacoustics) ซึ่งเป็นปฏิกิริยาระหว่างเสียงและความร้อน

• การสื่อสารทางเสียงพูด (en:speech communication) เป็นการศึกษาถึง การกำเนิด และ การวิเคราะห์ สัญญาณเสียงพูด รวมถึง การถ่ายทอดเสียงพูด การเก็บข้อมูลเสียงพูด การจดจำเสียงพูด และ การปรับแต่งเสียงพูด

• สวนศาสตร์ของการสั่น (en:vibration acoustics) หรือ เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า เสียงรบกวนและการสั่นของโครงสร้าง เป็นการศึกษาถึงปฏิกิริยาระหว่างเสียง และ การสั่นของโครงสร้าง เช่น การส่งผ่านการสั่นของผนัง พื้น ฝ้าเพดาน

• ดุริยางคสวนศาสตร์ (en:musical acoustics) ศึกษาคุณสมบัติเชิงฟิสิกส์ของเครื่องดนตรี

• สวนศาสตร์ใต้น้ำ (en:underwater acoustics) ศึกษาเกี่ยวกับการแผ่กระจายของเสียงในทะเล มีความเกี่ยวข้องกับการวิจัยพัฒนาเกี่ยวกับโซนาร์ (en:sonar)

• วิศวกรรมสวนศาสตร์ (en:acoustic engineering) ศึกษาเกี่ยวกับการกำเนิด และ การวัดเสียงโดยอุปกรณ์ต่างๆ เช่น ลำโพง ไมโครโฟน ไฮโดรโฟน (en:hydrophone) และ อุปกรณ์รับรู้ (en:sensor) ต่างๆ

คุณลักษณะของคลื่นเสียงนั้นกำหนดโดย ความเร็ว ความยาวคลื่น และ แอมพลิจูด ความเร็วของเสียงขึ้นกับตัวกลาง และอุณหภูมิ โดยไม่ขึ้นกับความดันอากาศ ความเร็วของเสียงในอากาศมีค่าประมาณ 340 เมตรต่อวินาที และ 1500 เมตรต่อวินาทีในน้ำ ความยาวคลื่นคือระยะทางระหว่างยอดคลื่นของลูกที่อยู่ติดกัน โดยความสัมพันธ์ระหว่าง ความยาวคลื่น ${\displaystyle \,\lambda \,}$ ความเร็วของเสียง ${\displaystyle \,c\,}$ และ ความถี่เสียง ${\displaystyle \,f\,}$ คือ

${\displaystyle \lambda ={\frac {c}{f}}}$

วิธีการวัดเสียง

วิธีการที่นิยมใช้ในการวัดเสียงทางวิทยาศาสตร์ นั้นมีสองแบบ คือ "วิธีการวัดโดยตรง" และ "วิธีการวัดแบบสัมพัทธ์"

• วิธีการวัดโดยตรง เป็นค่าที่วัดทางฟิสิกส์โดยตรง เช่น อุณหภูมิ ความชื้น ช่วงเวลา ฯลฯ วิธีการวัดในรายละเอียดดูได้จาก มาตรฐานสากลทางเสียง ISO3745
• วิธีการวัดแบบสัมพัทธ์ เป็นการวัดค่าต่างๆ โดยเปรียบเทียบค่าที่ได้จากการวัด กับค่าของแหล่งกำเนิดเสียงอ้างอิง ที่มีระดับกำลังของเสียงตามที่กำหนดให้

การวัดโดยตรง	การวัดแบบสัมพัทธ์
ความดันเสียง (en:sound pressure) p	ระดับความดันเสียง (en:sound pressure level) (SPL)
ความเร็วอนุภาค (en:particle velocity) v	ระดับความเร็วอนุภาค (en:particle velocity level) (SVL)
ความเข้มเสียง (en:sound intensity) I	ระดับความเข้มเสียง (en:sound intensity level) (SIL)
กำลังเสียง (en:sound power) Pac	ระดับกำลังเสียง (en:sound power level) (SWL)
การขจัดของอนุภาค (en:particle displacement) ξ
ความหนาแน่นพลังงานเสียง (en:sound energy density) E
ฟลักซ์พลังงานเสียง (en:sound energy flux) q
อิมพีแดนซ์ของเสียง (en:acoustic impedance) Z
อัตราเร็วของเสียง (en:speed of sound) c

อ้างอิง

• ธรรมธร ไกรก่อกิจ (ZEN ACOUSTIC), "อะคูสติก คือ อะไร?" เก็บถาวร 2016-03-09 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน, สืบค้นวันที่ 19 ธันวาคม 2558