音響エネルギー 物体の振動によって放出されるエネルギーで、ジュールという単位で測定されます。音は波であり、振動する圧縮と変位があり、運動エネルギーと位置エネルギーの両方を蓄えることができます.
これが簡単な定義です しかし、音エネルギーをよりよく理解するためには、音の構造と、それが物体とどのように相互作用するか、そしてどのようにエネルギーを蓄えたり放出したりするかを詳しく調べることが役に立ちます.
サウンドとは
サウンドを定義することから始めましょう。音は単に、物体が振動しているときに生成されるエネルギーと考えることができます。例として、叩くと振動する太鼓を考えてみましょう。ドラムはドラムの周りの空気を押し出し、さらに振動させます。エネルギーは空気中を移動し、振動が耳に当たるまであらゆる方向に振動させます。これが音の知覚の原因です。音には、耳と脳内での音の知覚と解釈である心理的側面と、音エネルギーを生成する物理的プロセスという 2 つの異なる側面があると言えますが、この記事では主に音の物理的側面を扱います。 .
音とは、エネルギーが空気中を移動し、それに続いて耳に到達することです。音波は海の波に似ており、特定の方向に進み、特定の方法で振動していると考えることができます。ただし、海の波の振動と音波の振動には違いがあります。海の波は上下に振動しますが、音波は上下に振動しません。海の波は横波と呼ばれます。水が上下に移動すると、エネルギーと波が前方に横切るからです。
対照的に、音波が前方に移動すると、音波の前の空気はある領域で広がり、他の領域で一緒に集まります。これにより、希薄化と圧縮、それぞれ引き伸ばされた領域と束になった領域が作成されます。そのため、海の波が上下に活発に水をまき散らす一方で、音波は空気を前後に引っ張ったり押したりします。
音波と反射
海の波がビーチフロントとどのように相互作用するかを見ると、波がビーチの壁にぶつかったり、反射して海に戻ったりすることに気付くでしょう.波は、エネルギーがなくなるか、さざなみに広がるまで、ビーチに広がる可能性もあります。これは、海の波によって伝達されるエネルギーの振る舞いを反映したものであり、音波もこの問題を反映していると考えることができます。
海の波が防波堤で跳ね返るように、または光が鏡で反射するのと同じように、音波は表面で反射することがあります。エコーは単なる音波の反射であり、単なる音の反射です。音源から発せられた音エネルギーは、表面で跳ね返り、音源の方向に戻り、2 度目に耳に入ります。エコーの音が表面で反射して戻ってくるまでにより多くの時間がかかるため、音が発生してからエコーが聞こえるまでに遅延があります。
音波が移動するにつれて、音波はエネルギーを失います。風や天候などの環境の側面は、音波がエネルギーを失い、他の音に圧倒される速さに影響を与える可能性があります。風の強い日よりも穏やかな日の方が遠くの音を聞き取りやすいのはこのためです。同様に、海の波も同様の方法で消散します。水の波は海の奥深くまで移動することができますが、荒天によって中断されることもあります.
音波は、他の面では海の波や光の波とよく似ています。海の波が湾に入ると、それらは広がり、円を描くようにさざなみます。音波にもこの性質があるため、隅々まで聞こえるのです。たとえば、誰かが角を曲がったところで楽器を演奏している場合、音波は発生源から出て移動するにつれて広がり、音波がまっすぐにあなたに向かって来ていなくても聞こえるようになります。この特性は回折と呼ばれます。
音波の測定
すべての音波は同様の性質を持ち、同じように作用します。それらは、分子と原子を前後に振動させることによって環境を移動します。ただし、音波も異なり、ピッチとケイデンスが異なり、大きいか小さいかが異なります。音波がまったく同じように動作している場合、音の違いは何によって説明されますか?物体が振動するときに音波が作るエネルギーには、大なり小なり特定のパターンがあります。音の振幅または強度は、音の大きさを表しており、大きくて力強い音ほど振幅が大きくなります。
振幅は音波の 1 つの特性ですが、音波のもう 1 つの特性は周波数またはピッチです。音波の周波数またはピッチとは、音源が約 1 秒間に生成する波の数を指します。バイオリンはコントラバス楽器よりも高音の楽器であるため、バイオリンはベース楽器よりも高音を出したり、2 番目に多くの波を生成したりします。
では、なぜピアノとバイオリンはまったく同じ周波数と振幅を持ちながら、互いに異なる音を出すことができるのでしょうか?これは、周波数と振幅が似ていても、それらが生成する波が同一ではないためです。どの楽器も、一度に多くの異なる音波を発します。一定のピッチと振幅を持つ主な波があり、この主な波は基本波と呼ばれます。基音の上には、倍音と高調波と呼ばれる波があり、これらは基音周波数の何倍も高い周波数を持つ高音から作られます。
音波のこれらの側面により、すべての楽器には、音色と呼ばれる倍音と周波数の独自の組み合わせがあります。これは、非常によく似た楽器でさえ、独自のサウンドプロファイルを持っていることを意味します。特定の楽器によって生成される波の振幅も、一定期間にわたって独自の方法でシフトします。高音のノイズは、低音よりも速く解消され、消滅することがよくあります。
音速
前述のように、音はエネルギーと波を運ぶため、音速とは音波の移動速度を指します。音速とは、音のエネルギーが異なる 2 点間を移動する速度です。音速は実際には一定ではなく、大気の状態によって異なります。音は、気体、液体、固体をさまざまな速度で通過し、特定の種類の物質を通過する速度も変化する可能性があります。ただし、一般的に、海面での音速は時速 1220 km (時速 760 マイル) です。
音速は、通過する媒質の密度とほぼ相関しており、気体よりも固体および液体の物質中を速く通過します。音は空気中よりも約 15 倍の速さで鋼のセクションを通過し、空気中の約 4 倍の速さで水中を通過します。音が気体をどのように伝わるかという点では、音速は気体の種類や温度などの他の要因によって異なります。ガスの化学組成は、音の伝わる速度に影響を与えます。たとえば、ヘリウムガスでは、大気中の通常の空気よりも約 3 倍速く音が伝わります。また、音は、上空にある冷たい空気よりも、地面に近い暖かい空気のほうが速く伝わります。
では、防音壁とは？ジェット機が音速の壁を破ると言われているとき、ジェット機は、それ自体のエンジンから発せられる高強度の音波よりも速く移動できる速度まで加速します。音波が互いに圧縮されると、それらが重なり合い、ジェット機が通過するときに急速に拡大するバリアを生成し、強力で大きなソニック ブームを作成します。ジェット機が音速よりも速く動いているという事実が、戦闘機がジェット エンジンの音が聞こえる 1 ～ 2 秒前に飛行できる理由です。
さまざまな楽器の仕組み
音楽に関しては、楽器によって音の出し方が異なります。ドラム、ピアノ、木琴などの楽器は打楽器として知られています。これらの打楽器は、オブジェクトをハンマーまたは同様のツールで叩いて動作し、オブジェクトを振動させます。ドラムヘッドまたはピアノ線は独自の方法で振動し、空気中を伝わる音波を作り出します。
一方、管楽器や金管楽器は気柱を共鳴させて空気を前後に振動させて機能します。楽器のバルブと穴が滞留の強さを制御し、楽器のピッチを変更します。
電気または合成機器は、電気振動を生成することによって動作します。楽器内の回路は、従来の楽器の音を模倣するか、まったく新しい音を作成するさまざまな波形を作成します。
