หูและเสียง

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ
ถ้าไม่เห็นรูปหรือวิดีโอ เข้าไปดูที่เว็บ http://kostuff.blogspot.com/ นะครับ
(คราวที่แล้วเรื่องตาและภาพลวงตาอยู่ที่นี่  เรื่องหูจากปีที่แล้วอยู่ที่นี่ครับ)

วันนี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรม และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เรื่องหูและเสียง

เริ่มด้วยถามเด็กๆว่าเราใช้อะไรฟังเสียง เด็กๆก็บอกว่าใช้หู ใช้สมอง บางคนบอกว่าใช้ปากและจมูก ผมเลยบอกว่าให้อุดหูแน่นๆแล้วอ้าปากและจมูกลองฟังเสียงได้ไหม เด็กๆก็บอกว่าไม่ได้ยิน ดังนั้นผมเลยบอกว่าปากกับจมูกไม่น่าจะใช้ฟังเสียงได้  (แต่ความจริงถ้าเสียงตำ่และดังพอ หูเราอาจจะไม่ได้ยินแต่ร่างกาย หน้าอกและส่วนอื่นๆอาจใช้รู้สึกคลื่นเสียงต่ำๆเหล่านั้นได้แต่สมองเราจะไม่แปลความว่าเป็นเสียง มีคนทดลองเรื่องเสียงตำ่ๆเหล่านี้และบอกว่าอาจจะเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้คนรู้สึกว่ามีผีอยู่ใกล้ๆ ถ้าสนใจลองหาข้อมูลเรื่อง Infrasound ดูนะครับ)

พอเราตกลงกันว่าเราใช้หูและสมองฟังเสียง ผมก็เอาภาพส่วนประกอบของหูให้ดู:

เราก็จะเห็นใบหู รูหู เยื่อแก้วหู กระดูกสามชิ้น (ค้อน ทั่ง โกลน -- hammer, anvil, stirrup) ท่อยูสเทเชียนที่ต่อหูส่วนกลางกับปาก โคเคลีย (ที่เป็นรูปก้นหอย) และอุปกรณ์หลอดครึ่งวงกลมสำหรับการทรงตัว (vestibular apparatus + semicircular canls)  ส่วนประกอบเหล่านี้แบ่งเป็นหูชั้นนอก (ใบหูถึงเยื่อแก้วหู) ชั้นกลาง (ในเยื่อแก้วหู กระดูกสามชิ้น และท่อยูสเทเชียน) และชั้นใน (โคเคลียและอุปกรณ์ทรงตัว)

ถึงตอนนี้ผมก็แทรกข้อมูลที่ว่าเวลาเราขึ้นที่สูงเช่นขึ้นลิฟท์ ขึ้นเขา หรือขึ้นเครื่องบิน ความดันอากาศภายนอกจะน้อยลง อากาศที่อยู่ในหูชั้นกลางมีความดันมากกว่า ทำให้เราหูอื้อ พอเราอ้าปาก หาว หรือเคี้ยวหมากฝรั่ง อากาศในหูก็จะสามารถออกมาทางปากผ่านทางท่อยูสเทเชียนได้ ทำให้เราหายหูอื้อ

ขบวนการฟังเสียงก็คือ ความสั่นสะเทือนวิ่งผ่านอากาศหรือตัวกลางอื่นๆเช่นพื้น วิ่งเข้ามาในรูหู ทำให้เยื่อแก้วหูสั่นตาม เยื่อแก้วหูติดกับกระดูกค้อนเลยทำให้กระดูกค้อนสั่น กระดูกค้อนอยู่ติดกับกระดูกทั่งเลยทำให้กระดูกทั่งสั่น กระดูกทั่งติดกับกระดูกโกลนเลยทำให้กระดูกโกลนสั่น กระดูกโกลนติดอยู่กับผนังของโคเคลียเลยทำให้ผนังของโคเคลียสั่น ในโคเคลียมีของเหลวอยู่เลยมีคลื่นในของเหลว คลื่นนี้ทำให้ขนของเซลล์การได้ยินขยับไปมา ทำให้เซลล์การได้ยินส่งสัญญาณไฟฟ้าไปที่สมอง แล้วสมองก็ตีความว่าได้ยินอะไร มีวิดีโอคลิปให้เด็กๆดูครับ:

ส่วนอันนี้เป็นภาพขนของเซลล์การได้ยิน:

ขนของเซลล์การได้ยิน จะสั่นไปมาเวลามีเสียงมากระทบหู

ขนเหล่านี้มีจำนวนจำกัด ถ้าเราได้ยินเสียงดังมากๆ ขนอาจจะหักหรืองอได้ ทำให้เราหูตึงขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้นเด็กๆควรจะระมัดระวังไม่ฟังเสียงดังมากๆเช่นเสียงประทัด เสียงเจาะถนน เสียงปืน เสียงเครื่องบินใกล้ เพื่อรักษาหูไว้ให้อยู่ในสภาพดีๆ

ผมให้เด็กๆลองเอาหูแนบพื้นแล้วฟังผมเคาะพื้นเบาๆ เมื่อเด็กเอาหูแนบพื้นก็ได้ยินเสียงอย่างชัดเจน ผมบอกว่าพื้นแข็งๆนำความสั่นสะเทือนได้ดีกว่าอากาศ เราจึงได้ยินชัดขึ้น 

จากนั้นผมก็บอกเด็กๆเรื่องค้างคาวปล่อยเสียงออกไปทางปากและจมูก แล้วฟังเสียงที่สะท้อนกลับมา สมองค้างคาวสามารถแปลผลได้ว่าเสียงไปกระทบอะไรถึงสะท้อนกลับมาอย่างนี้  ค้างคาวจึงใช้หู"มอง"สิ่งต่างๆได้  เราจะเห็นว่าหูและจมูกค้างคาวมีรูปแบบหลายอย่างต่างๆกัน ขึ้นกับประเภทของเสียงที่ส่งออกไปและลักษณะทำมาหากินของแต่ละพันธุ์ (ถ้าอยากฟังตัวอย่างเสียงร้องค้างคาว ลองเข้าไปที่ http://en.wikipedia.org/wiki/Animal_echolocation ดูนะครับ เรื่องจมูกและหน้าย่นๆของค้างคาวมีประโยชน์อย่างไรลองดูที่นี่หรือที่นี่นะครับ)

หน้าและหูค้างคาวแบบต่างๆ

จมูกค้างคาวทำหน้าที่โฟกัสเสียงได้ (ค้างคาวสองพันธุ์ใช้เสียงต่างกัน)

จากนั้นผมก็บอกเด็กๆว่าถ้าความสั่นสะเทือนสั่นเร็วมากๆหลายๆครั้งต่อวินาที เราก็อาจจะไม่ได้ยิน คนเราจะได้ยินความสั่นสะเทือนถึงประมาณ 20,000 ครั้งต่อวินาที (หรือความถี่เท่ากับ 20,000 เฮิรตซ์) แต่สัตว์อื่นๆอาจได้ยินความถึ่สูงกว่าหรือตำ่กว่าคนก็ได้ เช่นสุนัขฟังเสียงที่มีความถึ่ได้ถึงประมาณ 4-5 หมื่นครั้งต่อวินาที ดังนั้นเราจึงมีนกหวีดไล่สุนัขที่เวลาเราเป่าเสียงจะสูงมาก ความถึ่สูงกว่าสองหมื่นครั้งต่อวินาที แต่ไม่เกินสี่หมื่นทำให้เราไม่ได้ยินแต่สุนัขจะได้ยิน ค้างคาวฟังเสียงความถี่ได้ถึงประมาณแสนครั้งต่อวินาที ปลาวาฬและปลาโลมาก็ฟังได้สูงเป็นแสนเหมือนกัน แต่ไก่ฟังได้ถึงแค่สองพันเท่านั้น ผมเอาตารางช่วงการได้ยินของสัตว์ต่างๆมาจาก http://www.lsu.edu/deafness/HearingRange.html ให้เด็กๆดู ทำให้เด็กๆได้หัดอ่านชื่อสัตว์ภาษาอังกฤษไปด้วย:

จากนั้นผมก็เปิดเสียงที่ความถี่ต่างๆให้เด็กๆฟัง ให้เด็กเห็นว่าเสียงสูงเกิดจากการสั่นสะเทือนมากครั้งต่อวินาที (ความถี่สูง) และเสียงต่ำเกิดจากการสั่นสะเทือนน้อยครั้งต่อวินาที (ความถี่ต่ำ) และเพื่อให้เด็กๆเห็นการสั่นสะเทือนชัดๆผมจึงเอากระดาษไปใกล้ๆลำโพงให้เด็กๆเห็นการสั่นสะเทือนที่อากาศทำให้กระดาษสั่นตามชัดๆ

เราได้ดูรูปเสียงจากเครื่องดนตรีต่างๆด้วยโปรแกรมฟรีชื่อ Audacity พอเราอัดเสียงได้เราก็ซูมดูภาพคลื่นเสียงแล้วฟังไปด้วย เด็กๆจึงเห็นได้ว่าเสียงสูงมีคลื่นหยักๆมากกว่าเสียงตำ่ ซึ่งแปลว่าเสียงสูงมีความถี่สูงกว่าเสียงต่ำนั่นเอง

สุดท้ายผมถามเด็กๆว่าทำไมเรามีสองหู เด็กๆบอกว่าจะได้ยินเสียงเยอะๆ ผมเสริมว่าหูสองหูของเราจะฟังได้ยินเสียงไม่พร้อมกันและดังไม่เท่ากัน ทำให้เราสามารถบอกตำแหน่งว่าเสียงเกิดมาจากที่ไหนได้ และผมก็ให้เด็กๆฟังเสียงที่อัดมาด้วยไมโครโฟนสองอันที่ติดไว้ที่หูของหุ่นคน ทำให้เมื่อฟังเสียงเหล่านี้ผ่านหูฟัง เราจะรู้สึกได้ว่าแหล่งกำเนิดเสียงมาจากที่ไหน ถ้ายังไม่เคยลองผมแนะนำให้ลองตอนนี้เลยครับ ใช้หูฟังจะชัดที่สุด:

นี่คือตัวอย่างหน้าเด็กๆที่ฟังอยู่ครับ ภาพการเรียนการสอนทั้งหมดอยู่ที่นี่นะครับ: