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第２２講
音波
教科書Ｐ．190～195
音波に関する様々な現象について知る
 音波とは
 音速
 音の三要素
 音の反射

音の回折，屈折，干渉
 うなり
http://www.fzt.jp/
【Ａ 音波】
縦波以外の場合もある
音は，空気などの媒質の振動が，「縦波」と
なって伝わっていく現象である。
波源の振動が，空気を構成する
分子を振動させることによって
圧力変化が生じ，それが疎密波
となって伝わる。
【Ｂ 音速】
＜波の伝搬速度に関する一般論＞
波の伝搬速度を決める要素
① 媒質の復元力 ⇒ 大きい方が速い
媒質が変形からより速く元に戻る
原子･分子の結びつきが強いほど音速は速い
音速は固体→液体→気体の順に遅くなる
② 媒質の慣性(質量) ⇒ 大きい方が遅い
媒質が動きにくい
原子･分子の質量が小さいほど音速は速い
【Ｂ 音速】
気体
液体
固体
縦波
(横波)
様々な物質中の音速
水素
1269.5m/s
ヘリウム
435m/s
乾燥空気
331.45m/s
二酸化炭素
258m/s
水
1500m/s
エタノール
1207m/s
水銀
1450m/s
氷
3230(1600)m/s
鉄
5950(3240)m/s
アルミニウム 6420(3040)m/s
理科年表より
【Ｂ 音速】
空気中の音速は，気温(温度)によって変化する
：気温[℃]
気温約14.1℃の時の音速が340m/s
気温が高いと音速はなぜ速いのだろう….？
【Ｂ 音の三要素】
●音の強さ
• 音波の振幅の違い(エネルギーの差)
音のエネルギーは振動数と振幅の２乗に比例
• 実際の音の大小は疎密波の密度変化(圧力変化)に
よって決まる。⇒音圧という
通常，人間が感知できる最小の音圧は約20μPa(0dB)
音圧が200Pa(約140dB)を超えると耳にダメージを受けるこ
とがある
音圧：
【Ｃ 音の三要素】
●音の高さ
• 音波の振動数の違い
• 1オクターブは振動数のが2倍違う
音階 振動数[Hz] 音階 振動数[Hz] 音階
226.63
329.63
ド
ミ
ソ♯
277.18
349.23
ファ
ラ
ド♯
293.67
370.00
ラ♯
レ
ファ♯
311.13
392.00
ソ
シ
レ♯
隣り合った音の振動数の比は2
1
12
振動数[Hz]
415.31
440.00
466.18
493.89
十二平均律音階
• 人間は２つの異なる高さの音を聴いたとき，高さの
違いを認識する。⇒「音程」という
【Ｃ 音の三要素】
●音の高さ
• 音を感じることができる振動数は，動物によって異
なる。
ヒトの可聴域は20～20000Hz
ヒトの可聴域を超
える振動数のこと
を「超音波」という
ヒト
イヌ
ネコ
20000Hz
20Hz
50000Hz
15Hz
45Hz
65000Hz
150000Hz
150Hz
イルカ
1000Hz
コウモリ
10
10
2
3
10
10
振動数[Hz]
120000hz
4
5
10
10
6
【Ｃ 音の三要素】
●音色
• 音色の違いは波形の違い
• 複雑な波の形は，様々な波の重ね合わせになっている。
• 音波を，各振動数成分に分解し，各成分毎の強度(振
幅)を調べたものをサウンドスペクトログラムという。人
間の音声に対して分析したものが「声紋」
理科ネットワーク 発音
理科ネットワーク 音知
【Ｄ 音の反射】
音の反射を利用して，レーダーを作るためには…
① 波長が短くすると空間分解能が上がる
⇒「超音波」を使う
② 音速が速ければ，時間分解能が上がる
⇒水中の方が有利
エコ
ー音
ー音
エコ
t =0. 5s
t =1. 0s
魚群探知機
【Ｄ 音の反射】
サントリーホール
http://www.suntory.co.jp/suntoryhall/
【Ｅ うなり】
波の数4つ
個
波の数の差：
波１個分ずれてまた重なる
打ち消し合う
2つの波の合成波
強め合う
波の数5つ
うなりの振動数：
個
【Ｅ うなり】
𝑇秒間
波１個分ずれてまた重なる