เครื่องกำเนิดสัญญาณเสียงจากคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์สามารถนำมาใช้ประยุกต์ในการเรียนการสอนฟิสิกส์ได้อย่างมากมาย เรื่องที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งก็คือ Audio Generator หรือเครื่องกำเนิดคลื่นในย่านความถี่เสียง
ทุกคนที่เรียนฟิสิกส์ ในระดับมหาวิทยาลัย หรือในระดับมัธยมปลายบางแห่ง อาจเคยเห็นเครื่องที่ว่านี้ ซึ่งมีลักษณะดังรูป
บางคนอาจเคยใช้ต่างรุ่น ต่างยี่ห้อ แต่หน้าก็จะคล้ายๆ กัน แต่อย่างไรก็ตามทุกคนคงยอมรับกันว่า มันทำให้เราเข้าใจถึง ความถี่ที่แตกต่างกัน มันทำให้เกิดเสียงที่แตกต่างกันออกไป และถ้ามีออสซิลโลสโคปมาจับสัญญาณ ก็ยิ่งทำให้ความเ้ข้าใจเรื่อง คลื่น ของเราแจ่มชัดขึ้น
ปัญหาคือ เครื่องที่ว่านี้ โรงเรียนส่วนใหญ่ไม่มี เพราะถึงแม้ไม่แพงมาก แต่งบประมาณก็ยังจำเป็นสำหรับส่วนอื่นๆ มากกว่า

ลองเอาเครื่องคอมพิวเตอร์มาสร้างเครื่องนี้กันดู น่าจะดี
วิธีการก็ง่ายมาก เพราะคอมพิวเตอร์ทุกวันนี้ มีซาวน์การ์ดแบบผนวกติดเข้าไปในเมนบอร์ดกันทั้งนั้น ก็ใช้ประโยชน์จากซาวน์การ์ดนี่แหละ กับซอฟท์แวร์มาช่วย ลองเอาซอฟท์แวร์ตัวนี้ไปเล่นดู แล้วจะพบว่า ในการเรียนรู้เบื้องต้น นั้นไม่จำเป็นต้องใ้ช้ Audio Genertor ตัวจริงเลย (แต่ในระดับห้องปฏิบัติการ ก็ปฏิเสธมันไม่ได้นะครับ)
NCH Tone/Waveform Generator โหลดฟรี ครับ โอกาสต่อๆ ไปจะมาสาธิตให้ดูวิธีเล่น วันนี้ ใครสนใจลองไปโหลดมาเล่นดูก่อน

บทนำคลื่น

ที่มาภาพ : http://www.math.uio.no/~karstent/waves/index_en.html
บนโลกของเราล้วนเต็มไปด้วยคลื่น คลื่นน้ำคือ คลื่นสามัญอย่างหนึ่งที่เรารับรู้กัน ไม่ว่ามันจะเกิดจากเรือเดินสมุทรเคลื่อนผ่านมหาสมุทรกว้างใหญ่ หรือหยดน้ำฝนเล็กๆ ที่โปรยปรายลงบนผิวน้ำในสระ ถ้าแผ่นเปลือกโลกเกิดขยับตัว มันก็จะทำให้เกิดคลื่นการทำลายล้างเคลื่อนผ่านไปตามผิวแข็งของเปลือกโลก นี่ก็เป็นรูปแบบหนึ่งของคลื่น หรืออาจจะเป็นนักดนตรี กำลังดีดหรือสีซอ เป็นคลื่นเสียงเคลื่อนมาถึงหูเราได้ การก่อตัวหรือรวมตัวกันของคลื่นก็มีให้เห็นจากกรณีของเครื่องบินเจ็ต ที่บินด้วยอัตราเร็วเหนือเสียงแล้วเกิดเป็นกำแพงพลังงานเคลื่อนที่ผ่านอย่างน่ากลัว (แต่บางคนก็ชอบ)

คลื่นที่กล่าวไปแล้วข้างต้น ทั้งหมดเรียกรวมๆ ได้ว่า คลื่นกล (mechanical wave) ที่เรียกอย่างนี้ก็เพราะว่า มีัทำให้อนุภาคที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่าน สั่นกลับไปกลับมา อันที่จริงการสั่นไม่ได้มีเฉพาะกรณีของอนุภาคเท่านั้น การสั่นของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าก็เกิดขึ้นได้ด้วย (จะได้เรียนตอน ม.6) ซึ่งมันก็ถูกเรียกว่า คลื่น ได้เหมือนกัน (แต่มีธรรมชาิติที่แตกต่างออกไป)

ในวิชา กลศาสตร์ ในระดับที่สูงขึ้นไป นักเรียนจะได้เรียนถึง การเคลื่อนที่แบบสั่น (vibration) โดยจะศึกษาในรายละเอียดถึงอนุภาคแต่ละตัว โดยจะสามารถอธิบายได้ด้วยสมการคณิตศาสตร์อย่างไร ซึ่งในระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย จะไม่ได้กล่างถึงในรายละเอียดมากนัก (ยกเว้นบางโรงเรียนที่อาจมีเนื้อหาเข้มข้น)

ดังนั้นการเรียนเรื่อง คลื่น ในบทแรกนี้ จะเน้นที่การเคลื่อนที่ผ่านของพลังงานในตัวกลางที่ต่อเนื่อง หรือ คลื่นกล โดยมองผ่านปรากฏการณ์รวมๆ ของมัน เหมือนเรามองสิ่งที่เกิดขึ้นในระยะห่าง ไม่ได้สนใจว่ารายละเอียดว่าเกิดอะไรขึ้นกับอนุภาคเล็กๆ ที่ประกันขึ้นเป็นตัวกลางนั้น เรียนแค่นี้แหละ ใครอยากรู้ลึกๆ กว่านี้ ค่อยศึกษาเพิ่มเติมเอา ...

สัปดาห์แรกผ่านไป

เสียงระฆังแห่งการเริ่มต้นภาคเรียนที่สองดังขึ้นแล้ว และสัปดาห์แรกของการเรียน ฟิสิกส์ ในภาคเรียนที่สองของโรงเรียนประจักษ์ศิลปาคาร ก็ผ่านไป นักเรียนดูกระตือรือร้นดีกว่าตอนปลายภาคเรียนที่สอง คงเพราะได้พักเหนื่อยแล้วนั่นเอง
หลายห้องครูขอความร่วมมือให้ทำแบบทดสอบก่อนเรียน ซึ่งก็ได้รับความร่วมมือเป็นอย่างดี ต้องขอขอบคุณนักเรียนทุกคนที่ให้ความร่วมมือ บางห้องมีเวลาเหลือ ก็ได้แจ้งขอบข่ายเนื้อหาให้นักเรียนทราบแล้ว แต่บางห้องก็ไม่ได้แจ้ง เลยนำมาเขียนสรุปไว้ เผื่อจะมีบางคนไม่ได้จดไว้

• คลื่นกล
  เป็นเรื่องราวเกี่ยวกับการเคลื่อนที่แบบคลื่น โดยเน้นมาถึงคลื่นกลที่สามารถศึกษากายวิภาคของมันได้ง่าย นั่นก็คือ คลื่นน้ำ คลื่นสปริง ถือเป็นพื้นฐานที่สำคัญมากสำหรับการศึกษาเรื่องคลื่น สิ่งที่นักเรียนต้องเกิดคอนเซ็ปให้ได้ก็คือ ลักษณะที่แตกต่างกันระหว่างการเคลื่อนที่แบบคลื่น กับการเคลื่อนที่ของอนุภาค โดยเฉพาะอย่างยิ่งคุณสมบัติ "การรวมกันได้" ของคลื่น หรือที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า "superposition" คลื่นสปริงกับคลื่นน้ำ จะถูกนำมายกตัวอย่างมากที่สุด
  
• เสียง
  คลื่นเสียง เป็นคลื่นกล แต่ว่าการสังเกตโดยตรงทำได้ยากกว่า ในบทแรก ในบทนี้จะเริ่มกล่าวถึงตั้งแต่ ความเร็วของเสียงในตัวกลางต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเร็วเสียงในอากาศ ซึ่งอุณหภูมิของอากาศจะมีผลโดยตรงต่ออัตราเร็วของเสียง จากนั้นก็เป็นเื่รื่องของการเกิดคลื่นนิ่ง (standing wave) ซึ่งเป็นหลักการที่สำคัญมาก และหากได้คอนเซ็ปเรื่องนี้ จะทำให้เข้าใจถึงธรรมชาติของคลื่นเสียงได้ดีขึ้น แต่บางคนก็ว่ายาก คงต้องให้เวลากับมันหน่อย หัวข้อท้ายๆ ก็จะเป็นการกล่าวถึงการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดเสียง ซึ่งจะทำให้เกิดผล 2 อย่าง คือ โซนิคบูม กับดอพเพลอร์เอฟเฟก
  
• แสง
  แสงเป็นเรื่องที่ถกเถียงกันมาตั้งแต่ยุควิทยาศาสตร์เฟื่องฟูในยุคแรกๆ แต่ในระหว่างเถียงกันนั้น ก็เกิดทฤษฎีความรู้ขึ้นมาอธิบายมากมาย เรื่องนี้สนุกทีเดียว แต่เรามักจะหยุดสนุกตรงการคำนวณเกี่ยวกับแสงเชิงเรขาคณิต แต่คนที่ชอบเรขาคณิตจะชอบ การคำนวณไม่มีอะไรซับซ้อนแต่ต้องเข้าใจหลักการ ไม่ใช่ท่องสูตรตะพึดตะพือ การจำสูตรได้แต่ไม่เข้าใจ ก็แก้ปัญหาโจทย์ไม่ได้อยู่ดี
  
• แสงและทัศนอุปกรณ์
  เป็นการนำความรู้เรื่องแสงมาใช้ประโยชน์ โดยผ่านการวิเคราะห์ทัศนอุปกรณ์ต่างๆ ว่าใช้หลักการอะไรบ้างและอย่างไร
  

ครูสรุปคร่าวๆ อาจยังไม่ครบถ้วนทุกส่วน ก็ขอให้ติดตามกันต่อไป
สัปดาห์ต่อไป (เริ่มต้นวันที่ 3 พฤศจิกายน 2551) จะเริ่มต้นที่เรื่อง คลื่น ครูเขียนบล็อกเอาไว้บ้างแล้ว นักเรียนน่าจะลองไปศึกษาดูก่อนนะครับ เวลาเรียนจะได้ไปเร็ว

1. คลื่น : การสั่น
2. คลื่น:ประเภทของคลื่น
3. คลื่น : อัตราเร็วของคลื่นในตัวกลางต่างๆ
4. คลื่น : การเคลื่อนที่แบบคลื่น
5. คลื่น : อัตราเร็วของคลื่น
6. คลื่น : คุณลักษณะมูลฐานของคลื่น

ค่อยๆ อ่านไปนะครับ อ่านไม่รู้เรื่อง ก็ฝากคำถามไว้