音の3要素

ここまではすべての波に備わっている性質について話をしてきましたが,そろそろ具体的な波も見ていきたいですね!

ということで,ここからは音(音波)に焦点を当てたいと思います。 音はもっとも身近な縦波ですので,これをやらないわけにはいきません。

さらっと言いましたが,音は「縦波」です! 縦波ってなんだっけ?という人は復習してください。

横波と縦波振動の伝わり方による波の分類を学習しましょう。 分類と言っても2種類のみ。「横波(よこなみ)」と「縦波(たてなみ)」です。...

これから出てくる音の波形はすべて横波表示されていますが,「実際は縦波」ということを常に意識しながら読んでください。

音に関する用語

本題に入る前にまずは用語を確認します。

と言っても,新しい用語ではありません。 呼び方が変わる用語がいくつか存在するので,その紹介です!

波の発生源のことを「波源」と呼んでいましたが,音の分野では「音源」といいます。(そのままw) それから,振動数は音の分野では「周波数」とも呼びます。

と,まぁだいたいこんなとこです。 それ以外の用語は以前学習した波の用語をそのまま用います(波長や周期,振幅など)。


音の聞こえ方のちがいと波の性質

では準備が済んだところで本題に入りましょう。

我々は音に囲まれて生活しています。 話し声,音楽,動物の鳴き声,車のエンジン音,… …,いろいろな音がありますが,これらは物理の観点から見ると,どれも何の変哲もない「ただの波」です。 好きな音楽も,うるさい音も,ただの波。

では,きれいな音楽と騒音は,波としてどうちがうのでしょうか??

…長々と書きましたが(笑),この答えはだいたい知っているはずです。 なぜなら,中学校でもう習っているから。

「大きい音=振幅が大きい」「高い音=振動数が大きい」でしたね!!(覚えてる?)

つまり,これまでに学習した波の特徴(振幅や振動数)が,「音がどう聞こえるか」に密接に関連しているということです。

しかし,音は大きさと高さだけでは決まりません。 同じ音量で,同じ音階の音を出したとしても,ピアノとトランペットでは違う音に聞えるはずです。 この音の聞こえ方を「音色」といいます。 音色のちがいは音の性質を語る上で,重要なポイントです。

音の性質を決める「大きさ・高さ・音色」のことを「音の3要素」と言います。

音の大きさは振幅,音の高さは周波数によって決まるように,音色も波の性質で決まります。 ズバリ,「波形」です。

ここまでグラフや,ロープを揺らしてできる波など何回か波形を書いてきましたが,すべて正弦波の形でした。

ところが,音の波形は声を出す人,楽器によって様々な波形をもちます。 これが音色のちがいとなって現れるのです!

「正弦波しかやっていないからこんな複雑な形の波は扱えない!」と思うでしょうが,心配ご無用。 実はどんな複雑な波形も,正弦波の重ねあわせでつくることができるため,正弦波だけ知っておけばOKなのです。

…もっとも,複雑な波形を高校物理で計算することはないんですが(^_^;)

「波形が違えば音色が違う」という点だけ押さえておきましょう。

今回のまとめノート


時間に余裕がある人は,ぜひ問題演習にもチャレンジしてみてください! より一層理解が深まります。

【演習】音の3要素音の3要素に関する演習問題にチャレンジ!...

次回予告

次回は音速について説明したいと思います!

音速雷が鳴ったとき,稲妻が光ってから遅れて音が聞こえます。これは光が進む速さよりも音が進む速さが小さいことを意味します。では,音の伝わる速さは具体的にどれぐらいなのでしょうか?...