เรื่องโดย ณัฐพล โชติศรีศุภรัตน์ และ นัฐพงศ์ ศรีทองกูล
ผู้เขียนเชื่อว่าการมีสุขภาพร่างกายที่ดีจะช่วยให้จิตใจหรือสติปัญญาดีตามไปด้วย ตรงตามคำคมของกวีชาวโรมัน เดซิมุส ยูนิอุส ยูเวนาลิส (Decimus Junius Juvenalis) ที่ว่า “A sound mind in a sound body”
ด้วยเหตุนี้ผู้เขียนจึงชอบออกกำลังกาย เคยไปแข่งวิ่งมาราธอน แข่งไตรกีฬา มาหลายรายการ สำหรับการแข่งไตรกีฬา เราต้องทำกิจกรรม 3 อย่างด้วยกัน คือ ว่ายน้ำ ปั่นจักรยาน และวิ่ง โดยปกติเวลาวิ่งหรือออกกำลังกายอื่น ๆ ผู้เขียนก็จะชอบใส่หูฟังเพื่อฟังเพลง พอดแคสต์ ยูทูบไปด้วย ทำให้ออกกำลังกายได้นานขึ้น ยกเว้นแค่เวลาว่ายน้ำ แต่เมื่อไม่นานมานี้ผู้เขียนเพิ่งค้นพบว่าเราฟังเพลงขณะว่ายน้ำได้โดยใช้หูฟังชนิดพิเศษที่เรียกว่า หูฟังที่ใช้การได้ยินผ่านกระดูก (bone conduction headphones)
 หูฟังที่ใช้การได้ยินผ่านกระดูก |
หูฟังที่ใช้การได้ยินผ่านกระดูกหรือหูฟังนำเสียงผ่านกระดูก คือ อุปกรณ์ฟังเสียงที่ออกแบบให้ผู้ใช้รับฟังเสียงได้โดยไม่ต้องใส่หูฟังเข้าไปในช่องหูเหมือนหูฟังทั่วไป ตัวอุปกรณ์จะวางอยู่บริเวณด้านข้างศีรษะใกล้กับกระดูกขมับและส่งแรงสั่นสะเทือนไปยังกระดูกกะโหลกศีรษะเพื่อให้เกิดการรับรู้เสียง หูฟังชนิดนี้พัฒนาขึ้นเพื่อเพิ่มความสะดวกสบายในการใช้งานและช่วยให้ผู้ใช้ยังคงได้ยินเสียงจากสิ่งแวดล้อมรอบตัวขณะฟังเพลงหรือรับฟังข้อมูลเสียง ทำให้เหมาะสำหรับการออกกำลังกายหรือทำกิจกรรมต่าง ๆ ในสถานการณ์ที่ต้องการความปลอดภัยจากการรับรู้เสียงรอบข้าง หูฟังชนิดนี้ยังนำไปใช้ในทางการแพทย์สำหรับการช่วยเหลือผู้ที่มีปัญหาการได้ยินบางประเภทอีกด้วย
ในทางฟิสิกส์ คลื่นเสียงเป็นคลื่นกลชนิดหนึ่งที่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ จัดเป็นคลื่นตามยาว (longitudinal wave) เมื่อแหล่งกำเนิดเสียง เช่น ลำโพง ทำงาน การสั่นสะเทือนของคลื่นเสียงนี้จะทำให้โมเลกุลของอากาศบริเวณใกล้เคียงเกิดการอัดตัวและการขยายตัวสลับกันเป็นลำดับ เกิดเป็นคลื่นความดันที่แพร่กระจายออกไปในทุกทิศทาง โดยโมเลกุลของอากาศไม่ได้เคลื่อนที่ไปไกลแต่จะสั่นกลับไปกลับมารอบตำแหน่งสมดุลและถ่ายทอดพลังงานไปยังโมเลกุลข้างเคียง ทำให้คลื่นเสียงเคลื่อนที่ผ่านอากาศไปถึงผู้ฟังได้
ก่อนที่จะรู้จักกับหลักการทำงานของหูฟังที่ใช้การได้ยินผ่านกระดูก เราควรรู้ก่อนว่าหูฟังปกติที่ใส่เข้าไปในรูหูมีหลักการทำงานอย่างไร หูฟังปกติมีหลักการทำงานคือ ลำโพงขนาดเล็กภายในหูฟังจะสร้างการสั่นสะเทือนของอากาศและส่งคลื่นเสียงเข้าไปในช่องหู (ear canal) โดยตรง คลื่นเสียงเหล่านี้จะเดินทางผ่านหูชั้นนอกไปกระทบกับแก้วหู (eardrum) ทำให้แก้วหูเกิดการสั่นสะเทือน การสั่นสะเทือนนี้จะผ่านกระดูกเล็ก ๆ ในหูชั้นกลาง ได้แก่ กระดูกค้อน (malleus) กระดูกทั่ง (incus) และกระดูกโกลน (stapes) ก่อนจะเดินทางต่อไปยังหูชั้นในซึ่งมีโครงสร้างสำคัญคือ คอเคลีย (cochlea) ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนการสั่นสะเทือนให้เป็นสัญญาณประสาท แล้วส่งสัญญาณดังกล่าวผ่านเส้นประสาทหูไปยังสมองเพื่อให้สมองประมวลผลและรับรู้เป็นเสียงที่เราได้ยิน
 หลักการทำงานของหูฟังทั่วไป |
หลักการทำงานของหูฟังที่ใช้การได้ยินผ่านกระดูกนั้นต่างออกไปจากหูฟังปกติ คือ ใช้การสั่นของคลื่นเสียงไปยังกระดูกของกะโหลกศีรษะแทนที่จะส่งคลื่นเสียงเข้าไปในช่องหูเหมือนหูฟังทั่วไป โดยหูฟังชนิดนี้จะอยู่ที่ด้านข้างของศีรษะบริเวณกระดูกขมับ (temporal bone) ซึ่งอยู่ด้านหน้าของใบหูเล็กน้อย อุปกรณ์นี้จะเปลี่ยนสัญญาณเสียงให้เป็นการสั่นสะเทือนเชิงกล (mechanical vibrations) ที่เดินทางผ่านกระดูกของกะโหลกศีรษะได้ การสั่นสะเทือนจากอุปกรณ์นี้จะเคลื่อนที่ผ่านกระดูกไปยังหูชั้นในโดยตรง เมื่อการสั่นสะเทือนไปถึงคอเคลียที่ทำหน้าที่รับการสั่นสะเทือนของคลื่นเสียง ของเหลวภายในคอเคลียจะเคลื่อนที่และกระตุ้นเซลล์ขนขนาดเล็ก (hair cell) ให้เปลี่ยนการสั่นสะเทือนเชิงกลเป็นสัญญาณไฟฟ้า แล้วส่งผ่านเส้นประสาทคอเคลีย (cochlear nerve) ไปยังสมองเพื่อแปลผลเป็นเสียงที่เราได้ยินกันนั่นเอง
 หลักการทำงานของหูฟังที่ใช้การได้ยินผ่านกระดูก |
เนื่องจากหูฟังชนิดนี้หูฟังชนิดนี้ส่งการสั่นของคลื่นเสียงไปยังกระดูกของกะโหลกศีรษะโดยตรง ทำให้มันมีข้อดีหลายอย่าง คือ ช่องหูไม่ถูกปิด ทำให้ผู้ใช้หูฟังชนิดนี้ได้ยินเสียงสิ่งแวดล้อมภายนอก เพิ่มความปลอดภัยแก่ผู้สวมใส่ อีกทั้งทำให้รู้สึกสบาย ไม่อึดอัด ลดการระคายเคืองในช่องหู ลดความชื้นและแบคทีเรียที่อาจสะสมในหู เหมาะแก่การสวมเพื่อทำกิจกรรมกลางแจ้ง และข้อดีที่ผู้เขียนชอบมากที่สุดคือ ใช้ขณะที่เราว่ายน้ำได้ แม้คุณภาพเสียงอาจจะไม่ดีมากนักถ้าเทียบกับหูฟังบางชนิดก็ตาม
โดยปกติแล้วหูฟังที่ใช้การได้ยินผ่านกระดูกจะมีการใช้งาน 2 โหมดด้วยกัน ได้แก่ โหมดการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อื่น ๆ เช่น สมาร์ตโฟนผ่านบลูทูท[1] และโหมดเล่นไฟล์เพลงที่เก็บอยู่ในหน่วยความจำของอุปกรณ์ตอนว่ายน้ำ โดยขณะว่ายน้ำต้องใช้โหมดอย่างหลังเนื่องจากสัญญาณบลูทูทไม่สามารถแพร่กระจายผ่านน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ เทคโนโลยีบลูทูทอาศัยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านคลื่นวิทยุที่มีความถี่ประมาณ 2.4 กิกะเฮิรตซ์ซึ่งเป็นช่วงความถี่ที่น้ำดูดกลืนพลังงานของคลื่นได้ค่อนข้างสูง ขณะว่ายน้ำศีรษะของเราจะจมอยู่ใต้น้ำ คลื่นวิทยุที่ส่งจากสมาร์ตโฟนจึงถูกลดทอนอย่างรวดเร็ว สัญญาณส่งไปถึงหูฟังได้ไม่ต่อเนื่อง การเชื่อมต่อระหว่างสมาร์ตโฟนกับหูฟังในสภาวะดังกล่าวมักจะขาดหายหรือหลุดทันที หูฟังชนิดนี้จึงมักติดตั้งหน่วยความจำภายในมาด้วยเสมอ
เมื่อเทคโนโลยีพัฒนาไปอย่างต่อเนื่อง มนุษย์ก็ได้รับประโยชน์จากเทคโนโลยีใหม่ ๆ ที่คิดค้นขึ้นมาเพื่อตอบสนองความต้องการในชีวิตประจำวัน เทคโนโลยีเหล่านี้ช่วยอำนวยความสะดวกสบาย พร้อมทั้งช่วยเพิ่มแนวทางและโอกาสในการพัฒนานวัตกรรมที่ตอบโจทย์การใช้งานของมนุษย์มากยิ่งขึ้น รวมถึงช่วยแก้ไขปัญหาหรือข้อจำกัดเดิม ๆ ที่เคยเป็นอุปสรรคต่อการใช้งาน หรือที่เรียกว่า จุดเจ็บปวด (pain point) ให้หมดไป ตัวอย่างหนึ่งที่เห็นได้ชัดคือ เทคโนโลยีของหูฟังซึ่งมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง จากหูฟังขนาดใหญ่ก็ปรับมาเป็นขนาดเล็กลงให้พกพาสวมใส่ได้สะดวก จากหูฟังมีสายที่ค่อนข้างเกะกะระโยงระยางก็กลายมาเป็นหูฟังแบบไร้สายที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ต่าง ๆ ผ่านสัญญาณเทคโนโลยีบลูทูท นอกจากนี้ยังมีเทคโนโลยีใหม่ ๆ ที่เป็นส่วนเสริมมากมาย เช่น ระบบการตัดเสียงรบกวน การเชื่อมต่อกับเอไอ เทคโนโลยีระบบเสียงรอบทิศทางจำลองเสียงให้อยู่ในพื้นที่สามมิติ (3D audio) ระบบการป้องกันฝุ่น เหงื่อ และน้ำ และล่าสุดคือหูฟังที่ใช้การได้ยินผ่านกระดูก
หากเราเข้าใจว่าธรรมชาติมีหลักการทำงานอย่างไร ก็จะนำความรู้นั้นมาต่อยอดเป็นนวัตกรรมที่สร้างประโยชน์ได้มหาศาล หูฟังนำเสียงผ่านกระดูกเป็นตัวอย่างของการประยุกต์ใช้ความเข้าใจเกี่ยวกับกลไกการได้ยินของมนุษย์มาพัฒนาเทคโนโลยีรูปแบบใหม่ นับเป็นการเชื่อมต่อวิทยาศาสตร์เข้ากับการใช้งานในชีวิตประจำวันได้อย่างลงตัว
แหล่งข้อมูลอ้างอิง
- Halliday, D., R. Resnick, and J. Walker. 2013. Fundamentals of Physics. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons.
- Pahta, A. 2024. Sound Quality of Bone Conduction Headphones. Master’s thesis, Aalto University.
- Wersényi, G. 2023. “Evaluation of Bone Conduction and Active-Noise-Cancellation Headsets Based on Listening Tests in a Virtual Environment.” Infocommunications Journal 15, no. 3: 54–62.
- [1] บลูทูท (bluetooth) หมายถึง โพรโทคอลที่ใช้คลื่นวิทยุความถี่ 2.4 กิกะเฮิรตซ์ ในการรับส่งข้อมูล คล้ายกับแลนไร้สาย ตามมาตรฐาน IEEE 802.15 มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ผู้ใช้งานคอมพิวเตอร์ติดต่อสื่อสารกับอุปกรณ์ต่อพ่วงไร้สายอื่น ๆ
About Author
