วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆมาครับ เด็กประถมได้คุยกันเรื่องเสียงและการสั่นสะเทือน ได้ดูคลิปการสั่นของเส้นเสียงในคอเราที่ทำให้เราร้องเพลงหรือพูดได้ ประถมต้นได้ดูการสั่นของลำโพงที่ความถี่ต่างๆ เด็กประถมปลายได้ทดสอบความสามารถการได้ยินความถี่ต่างๆตั้งแต่ต่ำสุดไปถึงสูงสุด เด็กอนุบาลสามก็ได้ดูลำโพงสั่นสะเทือนและทดลองฟังความถี่สูงๆและต่ำๆว่าได้ยินแค่ไหนครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง “โซเดียม + น้ำ = ระเบิด Smart Watch สุดเจ๋ง แรงลอยตัว บูมเมอแรง” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

สำหรับเด็กประถมผมให้เด็กๆเอามือจับคอแล้วพูดให้สังเกตว่ามือรู้สึกอย่างไรครับ เด็กๆบอกได้ว่ามือมันสั่นๆ ผมบอกว่าในคอเรามีกล่องเสียง (Larynx) ที่เป็นท่อล้อมรอบเส้นเสียง (Vocal Cords) ที่จะสั่นไปมาเวลาเราพูดหรือส่งเสียงต่างๆ เราต้องใช้อากาศจากปอดของเราพ่นให้ผ่านเส้นเสียงและสมองจะบังคับเส้นเสียงให้ขยับ ให้ตึงหรือหย่อน ทำให้เกิดการสั่นสะเทือน การสั่นสะเทือนนี้จะกระทบอากาศในคอทำให้อากาศสั่นสะเทือนด้วย อากาศสั่นสะเทือนเป็นทอดๆออกมาจากคอ ทำให้อากาศสะเทือนไปเรื่อยๆจนเข้ามาในหู ทำให้แก้วหูสะเทือนและส่งสัญญาณไปสมองของผู้ฟังทำให้ได้ยิน

ผมให้เด็กๆดูคลิปกล้องที่ส่องลงไปทางจมูกเพื่อดูเส้นเสียงขณะคนร้องเพลงครับ:

เด็กร้องยี้กันใหญ่เพราะมันน่าเกลียด แต่เราทุกคนก็เป็นอย่างนี้แหละครับ ต่อไปผมให้ดูอีกคลิปหนึ่งที่ส่องไฟกระพริบเร็วๆ (Stroboscope) ให้ใกล้กับความถี่การสั่นของเส้นเสียง จะได้เห็นการเคลื่อนที่เป็น slo-motion ครับ:

ในวิดีโอข้างบนเราจะเห็นว่าเวลาเราเปล่งเสียงตำ่เส้นเสียงจะหย่อนกว่าเวลาเราเปล่งเสียงสูง นอกจากนี้เส้นเสียงของผู้ชายมักจะใหญ่กว่าผู้หญิง จึงสั่นที่ความถี่ (ครั้งต่อวินาที) ต่ำกว่าของผู้หญิง เสียงผู้ชายจึงมักจะต่ำกว่าเสียงของผู้หญิงด้วยครับ

ต่อไปผมก็เอาลำโพงซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดเสียงอีกแบบมาให้เด็กๆสังเกตครับ

ลำโพงทำงานโดยมีแผ่นกระดาษหรือพลาสติกบางๆติดอยู่กับขดลวดที่ถูกล้อมรอบด้วยแม่เหล็ก เมื่อมีกระแสไฟฟ้าวิ่งเข้าขดลวดก็จะทำให้ขดลวดเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า เกิดการผลักและดูดกับแม่เหล็กทำให้ขดลวดและแผ่นกระดาษหรือพลาสติกบางๆขยับตัว ดันอากาศออกมาเป็นคลื่นเสียง ลำโพงเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนไหวที่ทำให้เกิดการสั่นของอากาศที่เป็นเสียงนั่นเอง  (วิดีโอสามอันต่อไปข้างล่างผมไม่ได้ให้เด็กดูในห้องเรียนครับ แต่บันทึกไว้เผื่อมีคนสนใจดู)

ส่วนไมโครโฟนเป็นอุปกรณ์ที่ทำงานในทางกลับกัน คือเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนการเคลื่อนไหวจากคลื่นเสียงให้กลายเป็นสัญญาณไฟฟ้า ในทางหลักการแล้วเราสามารถมองไมโครโฟนเป็นลำโพงที่เราไม่ได้ป้อนสัญญาณไฟฟ้าเข้าไป แต่มีคลื่นเสียงมากระทบแผ่นกระดาษด้านหน้าทำให้ขดลวดด้านหลังสั่น ขดลวดที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กจะมีกระแสไฟฟ้าวิ่ง เราสามารถเอากระแสไฟฟ้าเหล่านั้นไปใช้ต่อได้ เช่นบันทึกว่าไมโครโฟนรับเสียงอะไรมาบ้าง

เด็กๆได้สังเกตการสั่นสะเทือนของลำโพงที่ความถี่ต่างๆ (ความถี่สร้างด้วยโปรแกรม Sonic by Von Bruno ครับ ) เราเอาของเบาๆไปวางให้กระเด้งบนลำโพงครับ:

สำหรับเด็กประถมปลาย เด็กๆได้ทดลองฟังเสียงที่ความถี่ต่างๆดูว่าเสียงต่ำที่สุด (ความถี่ต่ำสุด) ที่ฟังได้คือเท่าไร และเสียงสูงที่สุด (ความถี่สูงสุด) ที่ฟังได้คือเท่าไรครับ:

พบว่าพวกเราได้ยินเสียงต่ำความถี่ประมาณ 15-30 Hz ได้ครับ เด็กๆได้ยินเสียงสูงๆถึงประมาณ 17,000-19,000 Hz ส่วนผมอายุเยอะแล้วฟังได้ถึงประมาณ 13,000 Hz

เด็กๆอนุบาลสามก็ได้รู้สึกการสั่นสะเทือนที่คอ ได้ดูการสั่นสะเทือนของลำโพง และฟังเสียงสูงและต่ำว่าได้ยินถึงแค่ไหนครับ