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音の「大きさ・高さ・音色」の決まり方をシミュレーターで解説![物理入門]

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本ページでは物理の「波・波動の基本」「音波」をシミュレーターを用いて分かりやすく解説します!

音の「大きさ・高さ・音色」の決まり方をシミュレーターで解説![物理入門]

音波とは(復習)

音波とは、縦波で空気中を伝わるの波動です。↓のように、各空気中の分子が振動をすることにより、粗密波(縦波)ができ、それによって「音」が伝わるわけです!
(薄い点は、縦波を分かりやすいように横波に変換して表示したもの)


音の「大きさ」とは、「波の振幅」

音の「大きさ」は、↓のように波動の振幅で決まります(画像は横波表示)。振幅が大きいほど、人間には大きな音に聞こえるわけです。縦波の場合、振幅は「前後にどれぐらいの幅で揺れるか」になります。つまり、大きな音ほど、前後の揺れ幅が大きくなります

 

POINT音の大きさは、振動の幅で決まる!

音の「高さ」とは、「波の振動数」

音の「高さ」は、波の振動数によって決まります。1秒間に何回前後しているかによって、音が高く聞こえたり、低く聞こえたりするわけです。音速は340m/sと固定であるため、高い音ほど振動数が大きく、波長は短くなります

 

POINT音の高さは、振動数で決まる!

音の「大きさ・高さ」の動きをシミュレーターで確認しよう!

それでは実際にシミュレーターで音の「大きさ・高さ」の動きを確認してみましょう!

シミュレーターの説明
  • ↓のスライドバーで波の音の大きさ音の高さを自由に変更できます
  • 実点で縦波の動き、薄い点で横波に変換した動きを表示します
  • 音が大きいほど振動の揺れ幅が激しく、音が高いほど1秒間に揺れる回数が大きくなることを確認しましょう!

大きさ
2.0
高さ
1.0

普段聞いている音は、このようにして「大きさ」「高さ」が決まっているわけですね!

音色は、複雑な波の組み合わせで決まる

普段聞いている音は、「大きい」「高い」の2種類で決まっているわけではありません。楽器によって音色が違ったり、人の声は「あ」「い」「う」「え」「お」と、同じ高さでも全然違うように聞こえます。

それは↓の波形の例のように、複雑に波が混ざって音色になっているからです!↑のシミュレーターのような単調な波でなく、実際の人の声や楽器は様々な波が混ざりあって音色になっているわけです。その混ざり方・波形の形によって、人間には違う音に聞こえるわけです。

 

「音の大きさ・高さ・音色まとめ

  • 音の大きさは波の振幅で決まる
  • 音の高さは振動数で決まる
  • 音色は複雑な波の重なり合いで決まる

 


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