はい、風は音速に影響を与えます。音波は、風の方向に速く進み、風に逆らうと遅くなります。スピード バンプやブーストとは別に、風は屈折によって音波の経路も変更します。
「今すぐロックダウンを終わらせたい！」とティムは窓から叫びました。
「風に向かって叫ぶのはやめて！」彼のお母さんは答えました。
お母さんの返事に戸惑いながら、ティムは「風に向かって叫んでいるの？なぜそれが重要なのですか？ロックダウンを終わらせたいだけです！」
ティムは、風に向かって叫ぶことが、実際には無意味なコミュニケーションを意味する古いイディオムであることをほとんど知りませんでした。しかし、それはどれほど科学的に正しいのでしょうか?風に向かって叫ぶ、つまり流れる風に逆らって叫ぶことは、あなたの主張を伝えるのに本当に効果がないのでしょうか?もしそうなら、と叫びます 風はティムにとってより実り多いものでしょうか?
簡潔な答え？はい、はい。
風に向かって叫んだり、逆向きに叫んだりすると、本当に音波に影響がありますか?写真提供:mantinov/Shutterstock)
サウンドとは?
ドラムは皮膚を叩いて音を出し、弦を弾いてギターを鳴らし、空気の流れによって喉頭 (人間の声帯) を振動させて音を出します。したがって、最も単純な形の音は、物体の振動によって引き起こされる圧力波として説明できます。
音波は物質の振動によって発生するため、電磁波（光）とは異なり、伝搬する媒体が必要な機械波に分類されます。この伝播は、振動する粒子が送信方向に衝突することによって発生します。これが、音が気体、液体、固体を通過できる理由でもありますが、真空には物質がないため、真空は通過できません。
伝送媒体は音波の伝搬において最も重要な役割を果たしているため、媒体の状態に影響を与える要因は、それを介した音波の伝搬に直接影響します。媒体の温度、媒体全体の分子/原子の分布などの要因はすべて、音波の伝搬方法を決定する役割を果たします。
音波に対する風の影響
ひも電話を使用する時代はとうに過ぎ去りましたが、遠く離れた場所にいる人 (たとえば、山の下や湖の向こう側にいる人など) と通信するために、私たちはしばしば大声で叫びます。ここでは、ほとんどの場合と同様に、周囲の空気が媒体の役割を果たします。風 (特定の方向への空気の大きな動き) が音を運び、レシーバーにどれだけ速く明確に伝わるかを決定します。
風と音は、水泳選手と水の流れに似た関係にあります。スイマーは、流れに逆らうよりも、流れの方向に速く泳ぐことができます。同様に、音速は、両方が同じ方向に動いている場合は風速に等しい係数で合成され、そうでない場合は差し引かれます。
たとえば、風速が 30mph (13.4 m/s) の場合、風下の音速は 356.4 m/s (空気中の音速は 343 m/s) になり、風上の音速は次のようになります。 329.6 m/s に減少しました。音速を大幅に増減させるには、風速を大幅に速くする必要があります。
風は速度をわずかに上げたり上げたりするだけでなく、音とその伝達にさらに多くの興味深い影響を与えます。その 1 つが音の屈折です。
音波の屈折
屈折とは、方向が変化するプロセスであり、その結果、波がある媒質から別の媒質に移動するときの速度と波長が変化します。この現象は光波で最も顕著であり、音波は単一の媒体 (空気) を通過する傾向があるため、音波ではめったに見られません。それにもかかわらず、波面がさまざまな特性を持つ媒体内を移動すると、音波は屈折します。
風に戻ると、一般に、風の流れの速度は、障害物 (樹木、建物、山など) が存在するために地球の表面近くで遅く、地表から離れて高く移動するにつれて速度が増加します。高いレベルと低いレベルでのこの風速の違いにより、速度勾配が生じます。勾配は、それぞれのレベルで音速に影響を与えます。
風と同じ方向に進む音波は表面に向かって屈折します。
風と共に
音波が風の方向に進むとき、風速の違いにより、波面の上半分が下半分より速く移動します。長い距離では、波面の上下の位置の差は指数関数的に増加します。最終的に、音波はその方向を強制的に変えられ、地面に向かって下向きに屈折します。
逆風
一方、音波が風に逆らって伝わると、音速は遅くなります。波面の上半分の速度は、下半分よりも大幅に低下します。時間が経つにつれて、上半分は下半分より大幅に遅れ、最終的に音波は地面から離れて上向きに屈折します。
風速の違いによる音波の曲げ/屈折により、多くの場合、音のないシャドウ ゾーンが形成されます!
風の方向に逆らって伝わる音波は、屈折して表面から離れます。
このように、風速の違いは音の屈折をもたらし、風下の音源から発せられる音を聞き取りやすくし、音源が風上にあるときは聞き取りにくくします。
最後の言葉
風速勾配とは別に、温度や密度などの要因も音波の屈折につながる可能性があります。空気セクションの温度差による屈折は、水域 (湖または池) の近くで非常に一般的であり、漁師がよく経験します。水は空気分子を冷却する効果があるため、水面近くの空気は、水面から離れた空気に比べてわずかに冷たくなる傾向があります (熱反転)。この温度差は、太陽が熱を生成するのに最適な位置に達していない朝に最も顕著です。暖かい空気では音は速く伝わるため、音波は地表に向かって屈折し、通常より長い距離を移動します。
この音波の到達範囲の拡大/増幅は、「自然界における」音の屈折の数少ない既知の例の 1 つです。
とはいえ、音と風がどのように相互作用するかがわかったので、助けを求める必要が生じた場合は、ぜひ活用してください!
