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音の三要素はオシロスコープでの見た目が重要?【イメージ重視の物理基礎】

  • まずはザックリ理解したい
  • イメージを優先したい
  • 苦手を克服したい

このような方向けに解説をしていきます。

【今回わかること】

  • オシロスコープとはなにか
  • 音の三要素とはなにか
  • 要素ごとの波の様子

オシロスコープは音波を可視化する装置

高い音や低い音、大きい音や小さい音など、身の周りにはたくさんの音があふれています。

しかし音波は空気の振動が伝わっていく現象なので、人間の目で見ることはできません

「音も目で見れるようにしたい!」

この願いを叶えてくれるのが、オシロスコープという装置です。

縦波で振動している音波を、私たちが見慣れている横波の形でモニターに映してくれます。

音波を可視化するための装置をゲットしたところで、音の三要素をチェックしていきましょう。

まこと
オシロスコープを使えば、音波を「見る」ことができる!

 

 

音の特徴を表す三要素

私たちは日常でいろいろな音を聞いています。

音を3つの特徴で分類しましょう。

  1. 音の高さ
  2. 音の大きさ
  3. 音色(ねいろ)

それぞれの特徴と、オシロスコープに映る波の様子をチェックしていきます。

 

音の高さ

音の高さ振動数 \(f\) によって決まります。

振動数 \(f\) が大きい振動数 \(f\) が小さい
高い音低い音

音の高さが振動数によって違うというのは、あなたのノドを使って調べることができます。

ノドに手をあてながら、低い声・高い声を出してみてください。

高い声のときはノドが細かく震えてるのがわかるでしょう。

 

オシロスコープを使うと、下の図のような見た目の違いが表れます。

高い音=振動数が大きい=波が細かいという覚え方をしておけば、図の特徴が読み取りやすくなります。

 

さらに人間が聞き取ることのできる音(可聴音)の振動数も頭の片隅に置いておきましょう。

およそ20Hz~2万Hzの振動数であれば、音として認識できます。

2万Hzを超える音は聞くことができず、そのような音のことを超音波と呼びます。

まこと
音の高さは、振動数で決まる!

 

音の大きさ

音の大きさ振幅 \(A\) によって決まります。

振幅が大きい振幅が小さい
大きい音小さい音

音の大小と振幅の関係も、ノドを触ることで実感できます。

声の高さが変わらないように注意しながら、大声・小声のときのノドの振動をチェックしてみましょう。

大きな声のときに、ノドが大きく揺れているのを感じ取れれば成功です。

 

音の大小をオシロスコープで確認すると、下の図のような違いが表れます。

音が大きい=すごい揺れる=振幅が大きいと覚えておきましょう。

まこと
音の大小は、振幅で決まる!

 

音色

ギター、ピアノ、リコーダーで同じ高さの音を出し、目隠しをした状態で聞いても、どの楽器の音なのか判断できるでしょう。

楽器はそれぞれ違った音色を持っています。

オシロスコープでの波形を見るとわかりやすいです。

ロープで作る波と違い、楽器の音はいろいろな振動数が混ざるので、すこし複雑な波形になっています。

音叉(おんさ)という道具を使うと、見慣れてるキレイな横波を観察することができるので覚えておきましょう。

まこと
音色の違いは、波の形の違い!

 

 

まとめ

  • 音の三要素は「高さ」「大きさ」「音色」
  • 「高さ」は振動数で決まる
  • 「大きさ」は振幅で決まる
  • 「音色」は波形で決まる

 

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