音波

音波の特徴

音波の性質

普段私達が耳にしている「音」も波動の一種であり，音波と呼ばれています。

媒質は空気分子で，空気の振動が縦波として伝わっています。

空気のない真空中では音が伝わりません！

生徒

音の聞こえ方は，「高さ」「大きさ」「音色」によって決まりますが，これらは「音の三要素」と呼ばれています。

それぞれの性質について確認してみましょう。

音の大きさは振幅で決まります。振幅が大きいほど大きな音に聞こえます。

一方，音の高さは振動数で決まります。振動数が高いほど高い音に聞こえますが，人間が聞き取れる音の振動数はおおよそ $20\Hz$ から $20000\Hz$ の間と決まっています。

同じ高さの音でも，音色が異なって聞こえるのは波形が異なるためです。これまでは正弦進行波ばかりを見てきましたが，普段耳にする音は波形が単純な $\sin$ カーブではなく，その形によって音の聞こえ方が異なるのです。

音の速さ

また，音の速さは温度によって異なることが知られています。

覚える必要はないですが，$t\punit{\DegC}$ の温度の空気中を伝わる音波の速さ$v$ は，

$$v\fallingdotseq 331.5+0.6t\ms$$で表されます。

$t$ が $15\punit{\DegC}$ くらいであれば，音速はだいたい $340\ms$ となります。

このおおよその値は知っておきましょう。

過去にセンター試験で「空気中を伝わる音波の速さを求める実験」が出題されたことがありますが，誤選択肢として $680\ms$ といった数値が並んでいました。

現実世界とあまりにも異なるような値が答えになることは考えられないので，知識があればこうした選択肢が間違いであることはすぐにわかります。

羽白

音速が $680\ms$ なんていう選択肢を見たら秒で切り捨てましょう。

うなり

うなりとは

振動数がわずかに異なる2つの音が同時に届く場合，「ホワーン，ホワーン」と音が大きくなったり小さくなったりを繰り返す現象が観測されます。

この現象をうなりといいます。

たとえば，$440\Hz$ と $442\Hz$ の音が同時に鳴っているとしましょう。

このときに観測されるうなりの振動数は，$442-440=2\Hz$ となることが知られています。

$1$ 秒間に $2$ 回だけ「ホワーン，ホワーン」という音の大小が繰り返されます。

うなりの振動数

一般に，$f_1\Hz$ と $f_2\Hz$ の音が同時に鳴っている際に観測されるうなりの振動数は，

$$f=|f_1-f_2|\Hz$$となることが知られています。

単純に2つの音の振動数の差を考えればokです。