音のしくみ

■音が伝わるとはどういうこと？

　ものを叩いたり、震わせたりすると、ものから音が出ます。例えば、太鼓を叩くと、太鼓の皮が振動して音が出ます。太鼓を１回だけ叩いたときは、太鼓の皮の振動が小さくなるにつれて音が小さくなり、やがて振動が止まると音も止まります。ギターの弦をつま弾くと、ギターの弦が振動して音が出ます。弦を１回だけ弾いたときは、弦の振動が小さくなるにつれて音が小さくなり、振動が止まると音も止まります。音が出ている太鼓の皮やギターの弦を手でおさえると、ただちに振動が止まり音も止まります。

　このように音が出ているものは振動しています。ものが振動すると、ものの周りにある空気に圧力の変化が生じて、その圧力の変化が空気を伝わっていきます。もう少しわかりやすく説明すると、ものが振動して、空気が押されたとき、空気は縮められて密度が高くなます。空気が引かれたとき、空気は粗く（疎らに）なり、空気の密度が低くなります。

■音を伝えるものはなに？

　音を伝えるのは空気だけではありません。ものの振動を伝えるものは音を伝えます。身の回りにある気体、液体、固体はよく音を伝えます。例えば、水にもぐっても、音は聞こえます。お医者さんは聴診器を使って、体を伝わる心臓の音を聞きます。

　机の上を鉛筆の先で、音が聞こえないぐらいの強さでコツリとそっと叩いてみましょう。机の上に耳をぴったりつけて同じことをすると、音が聞こえるようになります。空気よりも机を作っている固体の木の方が音を伝えやすいのです。

　音はものの振動が伝わって聞こえるわけですから、振動するものがない真空中では音は伝わりません。よく宇宙戦争の映画で、宇宙船が宇宙空間で爆発するシーンがあります。映画では光とともに爆発音が聞こえます。光は真空中でも伝わるので見えますが、音は聞こえません。

■音が伝わる速さはどれぐらい？

　音が伝わる速さは、振動を伝えるものによって変わります。音を伝えるものによって、音の速度が変わるのは、ものによって振動を伝える速さが違うからです。

　空気中を伝わる音の速さは、室温で毎秒約340メートル（時速約1225キロメートル）です。空気中を伝わる音の速さは、気温が高いほど速くなります。室温付近では下記の式で求めることができます。

　　　音の速さ[m/秒]＝331.5 + 0.6t　（t：気温）

音の速度は光の速度（秒速約３０万キロメートル）より小さいので、遠くで光る雷の音は、雷が光ってしばらくしてから聞こえます。例えば、雷が光ってから、音が聞こえるまで２秒かかったとすると、

340 [m/秒] × 2 [秒] ＝ 680 [m]
（注）音の速度は340 [m/秒]とする

と求めることができます。

■音の大きさと高さは？

　大きい音と小さい音、高い音と低い音は何が違うのか考えてみましょう。音の大きさや高さは、ものの振動の状態によって決まります。ギターの弦を強く弾くと、弦の振動の振幅が大きくなり、大きい音が出ます。弦の長さを短くして弦を弾くと、弦の振動する回数が長いときよりも多くなり、高い音が出ます。また、弦を強く張ると、振動回数が多くなり、高い音が出ます。弦を太くすると、振動回数が少なくなり、低い音が出ます。

　ギターは太さの異なる６本の弦がついています。左手で弦を押さえる場所を変え、右手でいろいろな強さで弦を弾くことによって（右利きの場合）、様々な音色を出すのです。

■超音波ってどんな音？

　音の正体は波です。音波は、狭い意味では私たちの耳に聞こえる音のことですが、広い意味では左図のように物質中を振動として伝わる波のことをいいます。ヒトの耳で聞こえる音は振動回数が１秒間に２０回から２万回の音波です。ヒトはその範囲以外の音を聞くことができません（聞こえる範囲は個人差があります）。

　超音波はヒトの耳では聞こえない振動数の大きい音波です。イヌはヒトには聞こえない５万回の振動回数の音まで聞くことができますから、イヌは超音波も聞こえていることになります。

　コウモリやイルカは１０万回を超える振動数の音波を聞くことができます。しかも、コウモリやイルカは超音波を出すことができます。振動回数の大きな超音波は、音と違って、物質中を伝わっていくときに、あまり広がらず真っ直ぐ進んでいきます。コウモリやイルカは自分で超音波を出して、ものにあたって跳ね返ってくる超音波を聞いて、自分の前にある障害物やエサなどの位置や形などをとらえています。イルカは超音波をお互いのコミュニケーションにも使います。

　また、超音波はさまざまな分野で使われています。例えば、海底の深さを調べたり、漁船が魚を探したりするときに使う魚群探知機に使われています。医療に使われている超音波画像診断装置は、超音波が体内の内臓などで反射して戻ってくる時間や、その強さをもとに、体内の様子を画像で現わします。

人気blogランキングへ