คลื่นเหนือเสียง (ULTRASOUND)
เป็นเสียงที่มีความถี่สูงกว่า 20 กิโลเฮิรตซ์ เรียกว่า เสียงอัลตราโซนิกหรือ อัลตราซาวนด์(ULTRASOUND) ความถี่ 20 กิโลเฮิรตซ์ เป็นขีดจำกัดของการได้ยินทางด้านความถี่สูง สุนัขได้ยินความถี่ที่สูงกว่านี้ เราจึงสามารถเรียกสุนัขได้อย่างเงียบๆโดยใช้นกหวีดอัลตราโซนิก
ความถี่อัลตราโซนิกสามารถทำได้สูงถึง 6x108 เฮิรตซ์โดยใช้การสั่นของผลึกควอทซ์ คลื่นความถี่ขนาดนี้จะมีความยาวคลื่นในอากาศประมาณ 5x10-5 เซนติเมตร ซึ่งเป็นขนาดพอๆกับความยาวคลื่นแสง
ค้างคาวหาทิศทางการบินด้วยการส่งคลื่นดลอัลตราโซนิกออกไปกระทบสิ่งกีดขวางแล้วคอยดักจับคลื่นสะท้อน
ในเรือเดินทะเลมีการใช้โซนาร์( SOUND NAVIGATION AND RANGING :SONAR)เพื่อหาตำแหน่งเรือใต้น้ำหรือหาตำแหน่งฝูงปลาเช่นเดียวกับค้างคาวคือ ส่งคลื่นอัลตราโซนิกออกไป หลังจากนั้นเครื่องส่งก็ทำหน้าที่เป็นเครื่องรับคลื่นสะท้อน ระยะทางจากวัตถุที่สะท้อนคลื่นหาได้จากระยะเวลาระหว่างการส่งและการรับคลื่น โดยหลักการเดียวกันเรือสามารถตรวจวัดความลึกของทะเลได้
การสื่อสารใต้น้ำระหว่างเรือด้วยกันก็ใช้คลื่นเหนือเสียง โดยทั่วๆไปใช้ความถี่ 20-100 กิโลเฮิรตซ์ สำหรับการใช้งานต่างๆของอัลตราโซนิกมีข้อดีตรงที่ว่ามันเงียบ นอกจากนี้ถ้าความยาวคลื่นยิ่งสั้นเรายิ่งทำให้ลำคลื่นแคบลงได้มาก ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องได้แก่ การเลี้ยวเบน คือถ้าความยาวคลื่นมีค่าน้อยเทียบกับสิ่งกีดขวางและช่องเปิดที่ใช้ การเลี้ยวเบนของลำแสงอัลตราโซนิกก็จะเกิดเพียงเล็กน้อย
ปัจจุบันการใช้งานทางอุตสาหกรรมและทางการแพทย์มีมากขึ้นอันได้แก่ การใช้การสั่นเป็นตัวทำงาน เช่น การเชื่อมพลาสติกโดยการส่งการสั่นความถี่สูงเข้าไปในบริเวณที่มีผิวสัมผัสกันอยู่ ความดันและการสั่นทำให้เกิดพลังงานความร้อนจากการเสียดทาน ทำให้ผิวทั้งสองเชื่อมประสานกันได้มีความแข็งแรงทันที
การใช้ประโยชน์โดยตรงจากคลื่นเหนือเสียง ได้แก่การทำความสะอาด ซึ่งเป็นเรื่องแปลกและเหมาะสำหรับทำความสะอาดตามซอกเล็กซอกน้อยได้ดี ( เช่น ในห้องทดลองและเครื่องมือแพทย์) คือถ้าเราทำคลื่นเหนือเสียงให้เกิดในของเหลว จะมีฟองเล็กๆเกิดขึ้นในขณะที่มีส่วนขยาย หลังจากนั้นพอมีส่วนอัดตามมา ฟองเหล่านี้ถูกบีบอัดภายในเนื้อที่ของฟองเล็กๆเหล่านี้ จะเกิดความดันขึ้นอย่างมหาศาลเป็นคลื่นกระแทกอย่างรุนแรงจำนวนมาก จึงเรียกกระบวนการทำความสะอาดชนิดนี้ว่า แควิเตชัน( CAVITATION) หรือการเดือดอย่างเย็น มีผลทำให้สิ่งสกปรกในวัตถุซึ่งจุ่มในของเหลวหลุดออกไป เนื่องจากการทำความสะอาดจะได้ผลดีที่ความถี่ต่ำๆ ดังนั้น อุปกรณ์ในการทำความสะอาดแบบอัลตราโซนิกจึงมักใช้ความถี่ขนาด 20-30 กิโลเฮิรตซ์ และได้ผลดีมากสำหรับการฆ่าเชื้อบักเตรีหลายชนิด จึงใช้เป็นกระบวนการฆ่าเชื้อโรคได้แบบหนึ่ง
นอกจากนี้ยังมีประโยชน์ของคลื่นเหนือเสียง ได้แก่ การส่งสัญญาณอัลตราโซนิก ดูการหักเห การสะท้อน เช่น โซนาร์ หรือใช้ในการวินิจฉัยโรค เมื่อเทียบกับรังสีเอกซ์ การตรวจอวัยวะภายในโดยใช้คลื่นเหนือเสียงดีกว่าตรงที่สามารถแยกให้เห็นตำแหน่งของพื้นผิวที่ชนกันระหว่างวัตถุที่มีความหนาแน่นต่างกัน มีวัตถุเป็นอันมากที่ไม่ทึบแสงสำหรับรังสีเอกซ์แต่ตรวจได้ง่ายโดยคลื่นเหนือเสียง เช่น ของเหลวและเนื้อเยื่ออ่อนๆของคนเรา ซึ่งรังสีเอกซ์แยกไม่ออก ในบางกรณีเราใช้คลื่นเหนือเสียงวินิจฉัยโรค เช่น ตรวจการทำงานของลิ้นหัวใจ ตรวจมดลูก ตรวจเนื้องอก ตับ ม้าม และมันสมอง ซึ่งเรียกว่า วิธีเอโคเอนเซฟากราฟิ (ECHOENCEPHAGRAPHY) วิธีการใช้อัลตราโซนิก เรียกว่า อัลตราโซโนกราฟิ (ULTRASONOGRAPHY) คือเราเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานอัลตราโซนิกโดยทรานส์ดิวเซอร์ (TRANSDUCER) คลื่นดลเหนือเสียงผ่านผิวหนังเข้าสู่ร่างกาย เมื่อไปสะท้อนที่พื้นผิวที่อยู่ชิดกันแต่มีความหนาแน่นต่างกันจะเกิดการสะท้อน คลื่นสะท้อนถูกจับด้วยทรานส์ดิวเซอร์และถูกเปลี่ยนให้เป็นพลังงานไฟฟ้าในรูปของความต่างศักย์ เพื่อถูกขยายขึ้นแสดงออกทางจอออสซิลโลสโคป
ทรานส์ดิวเซอร์ ก็คือ เครื่องมือที่ใช้ถ่ายทอดพลังงานจากระบบหนึ่งไปสู่อีกระบบหนึ่ง ส่วนมากมักจะเป็นเครื่องเปลี่ยนพลังงาน ในกรณีที่กล่าวถึงพลังงานไฟฟ้าเปลี่ยนไปเป็นการสั่นของร่างกายคน ทรานส์ดิวเซอร์อาจประกอบด้วยผลึกตะกั่วเชอโคเนตติตาเนตเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 1 เซนติเมตร หนา 2 -3 มิลลิเมตร ต่อผลึกนี้กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งป้อนแรงดันไฟฟ้าเป็นจังหวะๆ เข้าระหว่างหน้าของผลึกด้วยอัตรา 500 ครั้ง/วินาที ทำให้ผลึกสั่น ความถี่ของการสั่นของผลึกยังขึ้นอยู่กับขนาดของวัตถุด้วย ในการวินิจฉัยทางการแพทย์ใช้ความถี่ในช่วง 1- 10 เมกะเฮิรตซ์ ถ้าเราวางหัวเครื่องมือที่มีผลึกสั่นอยู่ภายในให้สัมผัสกับร่างกาย จะมีพลังงานเป็นจังหวะ 500 ครั้ง/วินาที เดินเข้าสู่ร่างกายแล้วกระจายและสะท้อนตามโครงสร้างของร่างกาย จากคลื่นไฟฟ้ากลายเป็นคลื่นอัลตราโซนิกใช้เวลาเพียง 2-3 ไมโครวินาที ในช่วงว่างระหว่างจังหวะในการส่งพลังงานเข้าสู่ร่างกาย ทรานส์ดิวเซอร์จะทำหน้าที่เป็นตัวรับฟังคลื่นสะท้อนส่วนอัดและส่วนขยายของคลื่นสะท้อนทำให้ทรานส์ดิวเซอร์อัดและขยายก่อให้เกิดความต่างศักย์ซึ่งเรียกว่าปรากฏการณ์พิโซอิเล็กตริก (PIEZOELECTRIC EFFECT)
เหตุผลที่เราเลือกใช้คลื่นเหนือเสียง เพราะความยาวคลื่นที่มีขนาดสั้น สามารถใช้ตรวจหาวัตถุเล็กๆได้ดีกว่าคลื่นชนิดอื่นๆ ความเร็วของเสียงในเนื้อเยื่ออ่อนๆมีค่าระหว่าง 1490 และ 1610 เมตร/วินาที และระยะที่เกี่ยวข้องมักจะมีขนาด 0.10-0.20 เมตร ดังนั้น เครื่องมือทางอิเล็กทรอนิกส์สำหรับรับเสียงสะท้อนจึงใช้ได้สะดวกมากเกี่ยวกับเวลาในการสะท้อนของคลื่น คือ ประมาณ 100 ไมโครวินาที โดยทั่วๆไปผลึกจะส่งคลื่นดล 1000 ครั้ง/วินาที แต่ละครั้งมีเวลา 1 ไมโครวินาทีมีกำลังประมาณ 1 วัตต์/เมตร-2 คลื่นสะท้อนที่รอยต่อระหว่างวัตถุที่มีสมบัติทางนาทศาสตร์ที่แตกต่างกัน สมบัติดังกล่าวเรียกว่าอิมพีแดนซ์ของเสียง (ACOUSTIC IMPEDANCE) ซึ่งมีนิยามว่าเท่ากับ rv เมื่อ r คือ ความหนาแน่น และ v คือ ความเร็วเสียงในวัตถุ คลื่นดลที่สะท้อนกลับ เมื่อรับได้แล้วจะแสดงออกทางจอออสซิลโลสโคป ระยะห่างระหว่างสัญญาณบนจอสามารถนำไปคำนวณหาสภาพของวัตถุต่างๆได้
หากใครสนใจจะแลกลิ้งค์เมล์มาได้เลยครับ.
