音の高さを決めるもの。 音の高さと大きさを決定する物理量を調べます。
聴覚装置の構造について言えば、蝸牛から受け取った信号を脳が分析する原理に徐々に移行しています。 それは何ですか? そして脳はどうやってそれを解読するのでしょうか? 彼はどうやって音の高さを決めているのでしょうか? 最初の 2 つの質問に対する答えが自動的に表示されるため、今日は後者についてのみ説明します。
脳は音の周期的な正弦波成分のみを検出することに注意してください。 人間のピッチ知覚は、音量と持続時間にも依存します。 前回の記事では、基底膜とその構造について説明しました。 ご存知のとおり、構造の剛性には不均一性があります。 これにより、音を表面上に特定の配置を持つコンポーネントに機械的に分解することができます。 有毛細胞はそこから後で脳に信号を送ります。 膜のこの構造的特徴により、膜の表面を走る「音波」には異なる最大値があります。低周波数は膜の上部付近、高周波数は楕円形の窓付近です。 脳はこの値から自動的に高さを判断しようとします。」 地形図”、その上で基本周波数の位置を見つけます。 このメソッドはマルチバンド フィルターと関連付けることができます。 これが、以前に説明した「クリティカル バンド」理論の由来です。
しかし、これが唯一のアプローチではありません。 2 番目の方法は、高調波によってピッチを決定することです。高調波間の最小周波数差を見つけた場合、それは常に基本周波数に等しくなります - [( n +1) f 0 - (nf 0)]= f 0、ここで n は調和数です。 また、3 番目の方法も使用されます。すべての倍音を連続する数値に分割して共通因数を見つけ、そこから推し量ってピッチを決定します。 実験により、これらの方法の有効性が十分に確認されました。聴覚システムは、倍音の最大値を見つけて、基音がカットされたり、倍音が奇数の順序で配置されたりした場合でも、それらに対して計算処理を実行します。方法 1 と2 が役に立たない場合、人は 3 の方法で音の高さを決定します。
しかし、結局のところ、これが脳の可能性のすべてではありません。 科学者を驚かせる狡猾な実験が行われました。 重要なのは、3 つの方法は最初の 6 ~ 7 の高調波でのみ機能するということです。 音のスペクトルの 1 つの高調波が各「臨界帯域」に該当すると、脳はそれらを冷静に「判断」します。 しかし、いくつかの高調波が互いに近すぎて、そのうちのいくつかが聴覚フィルターの 1 つの領域に分類される場合、脳はそれらをより悪く認識するか、まったく判断しません。これは、7 番目以上の高調波を持つ音に当てはまります。 。 ここで 4 番目の方法、つまり「時間」方法が登場します。脳は、基底膜全体の振動の位相を使用して、コルチ器からの信号の受信時間を分析し始めます。 この効果は「位相ロック」と呼ばれます。 重要なのは、膜が振動し、有毛細胞に向かって移動すると、有毛細胞と接触し、神経インパルスが形成されるということです。
後退する場合、電位は現れません。 関係が現れます - 個々のファイバーのパルス間の時間は、整数の 1、2、3 などに主音波の周期を掛けたものに等しくなります。 f = nT 。 これは重要な帯域と連携する場合にどのように役立ちますか? 非常に単純です。2 つの高調波が同じ「周波数領域」に入るほど接近している場合、それらの間には「うなり」効果 (音楽家が楽器をチューニングするときに聞こえる) が存在することがわかっています。これは、平均値を持つ 1 つの振動にすぎません。周波数は差周波数に等しい。 この場合、期間が発生します T =1/f 0. したがって、6 次高調波より上のすべての周期は同じであるか、整数のビット、つまり値を持ちます。該当なし 0. 次に、脳は単純にピッチ周波数を計算します。
物理量:
λ = vT= v / γ(m)波長
v = λ/T = λ γ (m/s) 波速
T \u003d t/n (c) 発振周期
n - 振動数 t - 振動時間
γ \u003d 1 / T (Hz) 発振周波数 A [m] - 発振振幅
私。 1. 挨拶、生徒の授業への準備状況、視覚教材、黒板、チョークなどの準備が整っているかどうかを確認します。
2. レッスンの一般的な目的の開示。
今日、私たちは不均一な動きの一種である振動に存在する美と調和の世界に触れる機会があります。 振動の動きは私たちの周りの生活に広く浸透しています。 音は振動運動の一種であり、情報伝達手段であり、人が受け取る総量の約 8 ~ 9% を占めます。
振動や波動に関する知識を一般化・体系化して導入すると、他の科学との統合の観点から音響現象の研究に進むことができます。
したがって、私たちのレッスンの目的は、科学、技術、芸術、自然のさまざまな分野での音の振動、その特性、および音波の使用に関する知識を一般化および体系化することです。 したがって、私はレッスンのトピックを提示します。 「自然の中の音、音楽、そしてテクノロジー」。
Ⅱ。 基礎的な知識やスキルの更新を行います。 認知的動機の形成。
初め 独立したタスク振動と波に関する最も重要な情報を含む参考抄録を伴う研究も予定されています。 重要な概念に焦点を当てる
· 独立した仕事「振動と波」セクションの繰り返しと統合について。
・波の過程を特徴づける基本概念、物理量を体系化。
質問に対する答えは参考ノートで見つけてください。
1. 振動運動の例を挙げてください。
2. 振動運動の主な特徴は何ですか?
3. 発振周期とは何ですか? 発振周波数? 発振振幅は?
4. 物理量の公式を書き留め、その測定単位を示します。
5. 座標の時間依存性のグラフが正弦波 (余弦波) である場合、物体はどのような種類の振動を起こしますか?
6. 宇宙に伝播する擾乱を...?
7. 弾性波はどのような媒体で伝播する可能性がありますか?
8. 波長と波の伝播速度の式を書き留めます。
() に測定単位を指定します。
9. の簡単な説明音波: 機械的振動と波の概念から始めて、音波に移りましょう。
人間の耳で知覚される音波の周波数 | ||
ピッチが決まる | ピッチ 周波数にもよりますが あなたは躊躇します ピッチ |
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基本周波数(基本音) | 複雑な音の最低周波数。 |
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倍音(高調波音) | 特定の音のすべての倍音の周波数は、基本音の周波数の整数倍です。 倍音は音の音色、つまり音質を決定します。 |
|
音の音色 | 倍音の合計によって決まります。 |
|
音量が決まる | それは振動の振幅によって決まります。 実際の作業では、音量レベル (測定単位はホン、ホワイト (デシベル) です) によって特徴付けられます。 |
|
音の干渉 | 波の空間における加算現象。結果として生じる振動の振幅の時定数分布が形成されます。 |
|
音波を特徴付ける物理波 | 波長: λ 音速:V 空気中の音速: V = 340 m/s |
Ⅲ。 性交概念の知識の制御と自己吟味(反映)。
理論的な内容を繰り返したので、音波のいくつかの特性を特定する実践的なタスクに進みましょう。
1. 実践的なタスク (グループワーク):
a) 最初のグループは、2 枚のシンバルとバレル オルガンを使って音の反射に関する実験を行います。
タスク番号 1。「ハーディガーディ」を使って音波の反射特性を調べます。 シンバルを耳に当てて音を鳴らしてみましょう。
結論: 物体に反射する音 .
b) 2 番目のグループは、音の主な特徴であるピッチと音量をチェックします。
タスク番号 2。テーブルに固定された定規を使って、突き出た部分の長さや振動の振幅を変えて、音の高さや大きさがどのような物理量に依存しているかを調べます。 音が聞こえる、聞こえなくなるのはいつですか?
結論 : 定規の突き出た部分の長さと振動の振幅を変えると、振動する定規から発せられる音程はその大きさに依存し、音量は振動の振幅によって決まることがわかります。
c) 3 番目のグループはスプーンを使って実験し、聴診器を使用してさまざまな環境での音の伝播をテストしています。
タスク番号 3。 聴診器プローブの耳管を耳に入れます。 金属製のスプーンをハンマーで叩きます。 結論を出して「鐘」の音を達成する。 それは何と言っていますか?
結論: 音は空気中だけでなく、液体や固体の中にも伝わります。
d) 管楽器を作る。
タスク番号 4。共鳴箱の蓋と3本の試験管から簡単な管楽器を取り出します。
e) 音叉で純粋な音を出し、音を目に見えるようにする。
タスク番号 5。 音叉できれいで音楽的な音を出しましょう。 この音を可視化します。
と) 個人の仕事配布資料(学生の口頭回答)付き。
質問:
1. ほとんどの昆虫は飛んでいるときに音を出します。 それはなんと呼ばれていますか?
2. 大きな雨と小さな雨は、水滴が屋根に当たるときに発生する大きな音によって区別できます。 この可能性は何を根拠にしているのでしょうか?
3. 大きな音と静かな音は、同じ媒体内では同じ音波の波長を持っていますか?
4. 蚊とハエのどちらの昆虫が、一度により多くの羽ばたきをしますか?
5. 遠くから聞いてもらいたいのに、なぜ私たちは叫ぶと同時に、マウスピースのように組んだ手を口に当ててしまうのでしょうか。
6. 弦楽器には 3 ~ 7 本の弦があります。 楽器が生み出す多彩な音はどのようにして実現されているのでしょうか?
結論: 音波は水面に円形の波を形成します。
Ⅳ。 物理学、生物学、生態学、音楽などの科学の統合に基づいた音波に関する知識の一般化および体系化。
科学としての物理学は、世界を理解するための独自の強力な方法を私たちに与えてくれる文化的な成果です。 機械的振動の種類の 1 つである音波だけが、応用的に重要なさまざまな興味深い事実をもたらします。 音は形がなく目に見えませんが、ちょっとだけ魔術師になって物質化してみましょう。
· 物理的特性音波。
1. 音波の範囲のスケール。
2. さまざまな物質の音速の表、さまざまな温度での空気中の音速のグラフ、および地表からの高さに対する音速の依存性。
3. 音響におけるドップラー効果。
ピッチの変化を示す図。 問題の状況を解決する (音波を発する観測者 + 通過する物体 + 周波数を変更した結果はどうなるか。どのような影響が観察されるか?)
4. 音波を試してみましょう。
· 音の特性を工学的に応用すること。
1. ホールの音響。
ボリショイ劇場のホールは大きなバイオリンに例えられますが、現在、音響を改善するために木製の殻が修復されています。
· 楽器.
1. ピアノ。
汚染は、自然、魂、情報などさまざまです。 パンク、メタル、トランス、テクノの音楽スタイルは騒音公害に属しますか?
問題のあるタスク:「パンク」、「メタル」、「トランス」、「テクノ」というスタイルの音楽作品のポジティブな側面とネガティブな側面を強調します。
· 生物学。 動物の生活における音の意味.
1. 魚座は信じられないほどおしゃべりです。
質問 。 レオナルド・ダ・ヴィンチは、水中に下げたオールに耳を当てて水中の音を聞くことを提案しました。 原木の音響インピーダンスは水の音響インピーダンスに近いです。 なぜ?
· エコロジーと超音波.
1. たらいの中での「感覚」。
· 医療における超音波.
· 音響汚染.
合計。 あなたが受け取った情報は、音波に関するあなたの知識を豊かにすることを願っています。
V。 要約します。
.新しい用語:
* 世代(創造、教育)。
*残響(残留音)。
*音響インピーダンス(物質の密度とその中の音波の伝播速度の積)。
* エコーロケーション (エコーを知覚する能力);
*ソナー(エコー信号を発信および受信するための装置)。
*ピアノ(それから。フォルテ-「大声」、ピアノ-「静か」);
※エッセイ(思考が主役のエッセイの一種)。
それでは、振動過程のシステムにおける音響学 (音波の科学) の重要性と位置について結論を出しましょう。 レッスンからどのような有益な情報を学びましたか?
学生の退学:
a) サウンドの範囲が広く、サウンドが多面的である
b) 音現象に関する知識を一般化し、体系化しました。
c) 音の振動の物理現象と工学、生物学、生態学、音楽の科学の統合について知りました。
先生の結論:
皆さんの協力、コミュニケーション、自己改善の努力、新しいことの学習、分析能力、一般化能力に感謝します。 特に次の生徒たちに注目したいと思います...
VI. 宿題。 エッセイ: 「音響学と科学技術における音響の利用についての私の理解」
今日のレッスンで聞けなかった情報が含まれるタスクを完了することを提案します。
背景の概要.
機械的な振動と波。 音.
1. 不均一な動きの種類の 1 つに振動性があります。 振動の動きは私たちの周りの生活に広く浸透しています。 振動の例としては、ミシンの針の動き、ブランコ、時計の振り子、バネ上のワゴン、その他の物体が挙げられます。 この図は、平衡状態から外れたときに振動する物体を示しています。
2. 一定時間経過後、任意の物体の動きが繰り返されます。 動きが繰り返されるまでの時間間隔を次のように呼びます。 振動周期. T=t/n[c] t - 発振時間。 n はこの期間の振動数です。 3. 単位時間当たりの振動数を呼びます。 周波数 文字 V (「nu」) で示される振動。単位はヘルツ [Hz] です。 [Hz]。
4. 平衡位置からの振動体の最大(モジュロ)偏差を呼びます。 振幅 変動。
OA1 および OB1 - 発振振幅 (A)。 OA1=OB1=A[m]
5. 自然やテクノロジーでは、変動と呼ばれる変動が広範囲に発生します。 高調波.
調和振動は、振動点の変位に比例し、この変位とは反対方向の力の作用下で発生する振動です。
振動体の座標の時間依存性を表すグラフは正弦波(余弦波)になります。
https://pandia.ru/text/78/333/images/image005_14.gif" width="13" height="15"> 横定在波の半波。 に対応する振動モードは、次の第 1 高調波と呼ばれます。固有振動波または基本モード。
https://pandia.ru/text/78/333/images/image008_9.jpg" width="645" height="490">
レッスン分析。
1. レッスンタイプ: 知識、スキル、能力の複雑な応用 .
このレッスンは、知識とスキルの複雑な応用に基づいた問題があり、対話型であり、これらの科学的発見の自己評価に貢献する実験的事実が使用されているため、実践的な意義があります。
レッスンの目的 : 光の性質、役割、場所、光の速度を決定するさまざまな方法を理解するために、理論的知識と実験的科学的事実を適用する能力を生徒に形成します。
2. 光の性質の問題を総合的に考えることができ、 創造性光の速度を求めるときは、複雑な知識、スキル、能力を活用してください。
3. 生徒の注意を活性化するために、天文学、物理発見の歴史、連続性の知識に基づいた被験者内および被験者間のコミュニケーション方法を選択しました。 物理科学、工学的な発見。
コンテンツの吸収 教材私の意見では、理論的資料の理解と統合を通じて提供されました。 その課題は、材料の同化を確実にすることだけではなく、光の速度と学生の創造的思考の自己評価に関する実践的な作業の過程での生殖への応用に主な注意が払われました。
4. 私の意見では、 教訓的な目的レッスンが実装されました:
* 認知的側面では:
教育課題を背景に科学的世界観を拡張する試みがなされました。
* 発達面では:
豊富で複雑な語彙。
比較、分析、総合、重要なことを強調する能力、証明と反駁などの思考スキルが刺激されます。
* 教育面では:
物理科学の継続性の重要性、その最も重要な法則と理論、そしてそれらの信頼性を確認する方法に重点が置かれています。
不慣れなクラスでの授業ということを考慮し、差別化されたアプローチが提供されます。 仕事は個人的な作業と集団作業の両方に基づいていました。 学生は、現象や事実の因果関係を特定するプロセスに参加しました。 私の意見では、学生側の相互制御と自制の適用された方法は正当化され、課題システムの独立性の度合いが増加しました。
レッスンではポジティブな心理的雰囲気が作られたと思います。 この教材は革新的であり、学校の教科書(11 年生)には掲載されていないため、興味を持って受け止められました。 学生のレベルが高いからこそ、得られる知識の質を確保することができたと思います。
>>物理学: 音量とピッチ。 エコー
さまざまな音が私たちにもたらす聴覚は、音波の振幅と周波数に大きく依存します。 振幅と周波数は音波の物理的特性です。 これらの物理的特性は、音の知覚に関連する特定の生理学的特性に対応します。 これらの生理学的特性は、音量とピッチです。
音量音はその振幅によって決まります。 音波の振動の振幅が大きいほど、音は大きくなります。 したがって、音を鳴らす音叉の振動が減衰すると、振幅とともに音の音量も減少します。 逆も同様で、音叉をより強く叩いて振動の振幅を増加させると、より大きな音も発生します。
音の大きさは、私たちの耳がその音に対してどの程度敏感であるかにも依存します。 人間の耳は、1 ~ 5 kHz の周波数の音波に最も敏感です。
1 m 2 の表面を通過する音波によって 1 秒間に運ばれるエネルギーを測定すると、次の量が得られます。 音の強さ。
(痛みを引き起こす)最も大きな音の強度が、最も大きな音の強度を超えることが判明しました。 かすかな音人間の知覚にアクセス可能です。 10兆回! この意味で、人間の耳は通常の耳よりもはるかに完璧な装置であることがわかります。 計測器。 どれもこれほど広範囲の値を測定できるものではありません(機器の場合、100を超えることはほとんどありません)。
ラウドネスの単位はと呼ばれます 寝る(ラテン語の「sonus」-音から)。 くぐもった会話は夢1個分のボリューム。 時計のカチカチという音は約0.1秒の大きさが特徴です。 普通の会話 - 2 夢、タイプライターの音 - 4 夢、街の騒々しい騒音 - 8 夢。 鍛冶屋では、その量は64息子に達し、実行中のジェットエンジンから4メートルの距離では256息子に達します。 さらに大きな音になると痛みを感じ始めます。
人間の声の音量は次のように大きくできます。 メガホン。 それは話す人の口に取り付けられた円錐形の角です(図54)。 この場合の音の増幅は、ホーンの軸方向に放射された音のエネルギーが集中するために発生します。 ホーンがマイクと特殊なトランジスタアンプに接続された電気メガホンを使用すると、さらに大きな音量を得ることができます。
ホーンは受信音を増幅するためにも使用できます。 これを行うには、耳に取り付ける必要があります。 昔(特別な補聴器がなかった時代)には、難聴の人がよく使用していました。
ホーンは、音を録音して再生するために設計された最初の装置にも使用されました。
機械的録音は 1877 年に T. エジソン (米国) によって発明されました。 彼が設計した装置はこう呼ばれた 蓄音機。 彼は蓄音機の 1 台 (図 55) を L. N. トルストイに送りました。
蓄音機の主要部分は、錫箔で覆われたローラー 1 と、サファイア針に接続された膜 2 です。 メンブレン上のホーンを介して作用する音波は、針を振動させ、さらに強く振動させ、次に弱くホイルに押し込みます。 ハンドルを回転させると、ローラー(軸にネジが付いている)が回転するだけでなく、水平方向にも動きます。 この場合、さまざまな深さの螺旋状の溝がフォイル上に現れました。 録音された音を聞くために、針を溝の始まりに置き、ローラーをもう一度回転させます。
その後、蓄音機の回転ローラーが平らな丸いプレートに置き換えられ、その溝がコイル状のスパイラルの形で適用され始めました。 こうして蓄音機レコードが誕生しました。
音量に加えて、音は高さによっても特徴付けられます。 身長音はその周波数によって決まります。 音波の振動周波数が高いほど、音は高くなります。 低周波振動は低音に対応し、高周波振動は高音に対応します。
したがって、たとえば、マルハナバチは飛行中に蚊よりも低い頻度で羽ばたきます。マルハナバチでは1秒あたり220ストローク、蚊では500〜600ストロークです。 したがって、マルハナバチの飛行には低い音(バズ)が伴い、蚊の飛行には高い音(キーキー)が伴います。
特定の周波数の音波を音波ともいいます。 音楽的なトーン。したがって、ピッチはしばしばピッチと呼ばれます。
他の周波数のいくつかの振動が「混合」されたメイントーンが形成されます。 音楽的な音。 たとえば、バイオリンやピアノのサウンドには、最大 15 ~ 20 の異なる振動を含めることができます。 それぞれの複雑なサウンドの構成は、 音色.
弦の自由振動の周波数は、弦のサイズと張力によって異なります。 したがって、ペグを使ってギターの弦を伸ばし、ギターのネックのさまざまな場所に押し付けることで、弦の固有振動数が変化し、ひいては弦が発する音のピッチが変化します。
表 5 は、さまざまな楽器の音の振動周波数を示しています。
歌手や歌手の声に対応する周波数範囲は表 6 にあります。
通常の会話では、男性の声では100〜7000 Hz、女性の声では200〜9000 Hzの周波数の変動があります。 最高周波数の振動は子音「s」の音の一部です。
音の知覚の性質は、会話や音楽が聞こえる部屋のレイアウトに大きく依存します。 これは、密室では、リスナーは直接音に加えて、部屋、壁、天井、床内の物体からの音の複数の反射によって引き起こされる、互いに素早く続く一連の連続的な繰り返し音も知覚するという事実によって説明されます。
さまざまな障害物からの反射によって引き起こされる音の継続時間の増加を、 残響。 リバーブは、空っぽの部屋でブーミーな雰囲気につながる場合に最適です。 逆も同様で、布張りの壁、カーテン、カーテン、 布張りの家具、カーペット、および人がたくさんいるカーペットは音をよく吸収するため、その中での残響は無視できます。
音の反射によってもエコーが説明されます。 エコー- これらは、何らかの障害物 (建物、丘、森林など) から反射され、発生源に戻ってくる音波です。 音波がいくつかの障害物から連続して反射し、t> 50 ~ 60 ms の時間間隔で私たちに到達すると、多重エコーが発生します。 これらの反響の中には、世界的に有名になったものもあります。 たとえば、チェコ共和国のアーダースバッハの近くにある円形に広がる岩は、ある場所で7音節を3回繰り返し、イギリスのウッドストック城ではエコーが明らかに17音節を繰り返しています。
「エコー」という名前は、古代ギリシャ神話によれば、ナルキッソスに報われない恋をした山のニンフ、エコーの名前に関連付けられています。 愛する人への恋しさから、エコーは枯れて石化し、彼女の前で話された言葉の語尾を繰り返すことができる声だけが彼女に残されました。
??? 1. 決められていること 音量音? 2. ラウドネスの単位の名前は何ですか? 3. 音叉をハンマーで叩いた後、音が徐々に小さくなるのはなぜですか? 4. 音の高さは何によって決まりますか? 5. 音楽の音は何で「構成」されていますか? 6. エコーとは何ですか? 7. エジソン蓄音機の原理について教えてください。
S.V. グロモフ、NA 祖国、物理学 8 年生
読者がインターネットサイトから投稿したもの
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レッスン内容 レッスンの概要サポートフレーム レッスンプレゼンテーション 加速メソッド インタラクティブテクノロジー 練習 課題と演習 自己検査 ワークショップ、トレーニング、ケース、クエスト 宿題 ディスカッションの質問 学生からの修辞的な質問 イラスト オーディオ、ビデオクリップ、マルチメディア写真、絵のグラフィック、表、スキーム ユーモア、逸話、ジョーク、漫画の寓話、ことわざ、クロスワード パズル、引用符 アドオン 抄録記事 好奇心旺盛なカンニングペーパーのチップ 教科書 基本および追加の用語集 その他 教科書と授業の改善教科書の間違いを訂正する教科書の断片を更新する 授業における革新の要素 古い知識を新しい知識に置き換える 教師専用 完璧なレッスン年間のカレンダー計画 ガイドラインディスカッションプログラム 総合的なレッスン音波は、他の波と同様、周波数、振幅、振動の位相、伝播速度、音響強度などの客観的な量によって特徴付けられます。 しかし、これに加えて、それらは 3 つの主観的な特徴によって説明されます。 それは音量、音程、音色です。
人間の耳の感度は周波数によって異なります。 音の感覚を引き起こすためには、波が一定の最小強度を持っている必要がありますが、この強度が一定の限界を超えると、音は聞こえなくなり、痛みだけが生じます。 したがって、各発振周波数について、最小の ( 聴力閾値) と最大の ( 痛みの閾値) 音の感覚を生み出すことができる音の強さ。 図 1 は、可聴性と痛みの閾値と音の周波数の依存性を示しています。 これら 2 つの曲線の間の領域は、 聴覚領域。 曲線間の最大距離は、耳が最も敏感な周波数 (1000 ~ 5000 Hz) にあります。
音の強度が波のプロセスを客観的に特徴付ける量である場合、音の主観的な特性は音の大きさです。 音波の振動振幅の二乗と耳の感度(生理的特徴)によって決まります。 音の強度が大きいため、振動の振幅が大きくなるほど、音も大きくなります。
ピッチ- 音質。人間が耳で主観的に判断し、音の周波数に依存します。 周波数が高くなるほど、音のトーンも高くなります。
調和の法則に従って特定の周波数で発生する音の振動は、人によって特定のものとして知覚されます。 楽音。 高周波の振動が音として認識される 高音、低周波音 - のような音 低音。 振動周波数の 2 倍の変化に対応する音の振動の範囲を次のように呼びます。 オクターブ。 したがって、たとえば、最初のオクターブの音「ラ」は 440 Hz の周波数に対応し、2 番目のオクターブの音「ラ」は 880 Hz の周波数に対応します。
楽音は、調和して振動する物体から発せられる音に対応します。
メイントーン複雑な楽音は、特定の音の周波数セットに存在する最低周波数に対応するトーンと呼ばれます。 音の構成における他の周波数に対応するトーンは、と呼ばれます。 倍音。 倍音周波数が基本周波数の倍数である場合、倍音は倍音と呼ばれ、ある周波数を持つ基本音は倍音と呼ばれます。 第一高調波、次の周波数の倍音 - 第二高調波等
同じ基音を持つ楽音でも音色は異なります。音色は倍音の存在、つまりその周波数と振幅、音の始まりでの振幅の増加と音の終わりでの減衰の性質によって決まります。
同じ音程でも、例えばヴァイオリンとピアノなどで出る音は異なります。 音色.
聴覚器官による音の知覚は、音波に含まれる周波数によって異なります。
騒音- これらは、一連の周波数からなる連続スペクトルを形成する音です。 ノイズにはさまざまな周波数の変動が含まれています。
2016 年 2 月 18 日
ホーム エンターテイメントの世界は非常に多様で、次のものが含まれます。優れたホーム シアター システムで映画を鑑賞する。 楽しくて中毒性のあるゲームプレイや音楽鑑賞。 原則として、誰もがこの分野で自分のものを見つけるか、すべてを一度に組み合わせます。 しかし、人が余暇を計画する目的が何であれ、そして彼らがどれほど極端に進んでいるとしても、これらすべてのつながりは、1つのシンプルでわかりやすい単語、「音」によってしっかりと接続されています。 実際、これらすべての場合において、私たちはサウンドトラックのハンドルに導かれることになります。 しかし、特に部屋やその他の条件で高品質のサウンドを実現したい場合、この問題はそれほど単純かつ自明ではありません。 これを行うには、高価なハイファイまたはハイエンドのコンポーネントを購入する必要は必ずしもありませんが (非常に便利ですが)、物理理論の十分な知識があれば、誰にでも起こる問題のほとんどを解決できます。高品質の声優を目指している人。
次に、音と音響の理論を物理学の観点から考えていきます。 この場合、おそらく物理法則や公式の知識からはほど遠いが、それでも完璧な音響を作り出すという夢の実現を情熱的に夢見ている人でも理解できるように、可能な限りアクセスしやすいものにするよう努めます。システム。 達成するためにそれを主張するつもりはありません 良い結果この分野では、自宅 (または車の中など) でこれらの理論を徹底的に知る必要がありますが、基本を理解していれば、多くの愚かでばかばかしい間違いを避けることができ、また、どのようなシステムでも最大の音響効果を達成することができます。レベル。
一般的な音響理論と音楽用語
とは 音? これは聴覚器官が知覚する感覚です。 "耳"(この現象自体はプロセスに「耳」が関与しなくても存在しますが、この方が理解しやすいです)、鼓膜が音波によって興奮したときに発生します。 この場合、耳はさまざまな周波数の音波の「受信機」として機能します。
音波実際、これは、さまざまな周波数の媒体 (通常の状態では大気環境) の一連のシールと放出の連続です。 音波の性質は振動であり、あらゆる物体の振動によって引き起こされ、生成されます。 古典的な音波の出現と伝播は、気体、液体、固体の 3 つの弾性媒体で可能です。 これらのタイプの空間のいずれかで音波が発生すると、空気の密度や圧力の変化、気団の粒子の動きなど、何らかの変化が媒体自体に必然的に発生します。
音波は振動する性質があるため、周波数などの特性を持ちます。 周波数ヘルツ単位で測定され(ドイツの物理学者ハインリヒ・ルドルフ・ヘルツに敬意を表して)、1秒に等しい期間にわたる振動の数を示します。 それらの。 たとえば、20 Hz の周波数は、1 秒間に 20 回の振動のサイクルを意味します。 その高さの主観的な概念は、音の周波数にも依存します。 1 秒あたりに発生する音の振動が多いほど、音が「高く」感じられます。 音波には、波長という名前が付いているもう 1 つの重要な特性もあります。 波長特定の周波数の音が 1 秒間に伝わる距離を考えるのが通例です。 たとえば、20 Hz での人間の可聴範囲内の最も低い音の波長は 16.5 メートル、20,000 Hz での最も高い音の波長は 1.7 センチメートルです。
人間の耳は、約 20 Hz ~ 20,000 Hz の限られた範囲の波のみを知覚できるように設計されています (特定の人の特性に応じて、ある人は少し多く聞こえることも、ある人はより少なく聞こえることもあります)。 。 したがって、これは、これらの周波数を下回るまたは上回る音が存在しないという意味ではなく、可聴範囲を超えて人間の耳に知覚されないだけです。 可聴範囲を超えた音をこう呼びます 超音波、可聴域以下の音をこう呼びます。 超低周波音。 一部の動物は超音波や超音波を知覚でき、この範囲を空間内での方向を知るために使用する動物もいます ( コウモリ、イルカ)。 音が人間の聴覚器官に直接接触しない媒体を通過する場合、そのような音は聞こえないか、後で大幅に弱くなる可能性があります。
音の音楽用語には、オクターブ、音のトーン、倍音などの重要な名称があります。 オクターブ「音間の周波数の比が 1 対 2 である音程」を意味します。通常、1 オクターブは非常によく聞こえますが、この音程内の音は互いに非常に似ている場合があります。 オクターブは、同じ時間内に他の音の 2 倍の振動をする音とも言えます。 たとえば、800 Hz の周波数は 400 Hz の高いオクターブにすぎず、400 Hz の周波数は 200 Hz の周波数を持つ次のオクターブの音になります。 オクターブは音と倍音で構成されています。 1 つの周波数の高調波音波における可変振動は、人間の耳に次のように知覚されます。 楽音。 高周波の振動は高い音、低周波の振動は低い音として解釈できます。 人間の耳は、1 音の違い(最大 4000 Hz の範囲)の音を明確に区別できます。 それにもかかわらず、音楽で使用される音の数は非常に少ないです。 これは和声協和音の原理の考察から説明され、すべてはオクターブの原理に基づいています。
ある方法で張られた弦を例にして楽音の理論を考えてみましょう。 このような弦は、張力に応じて、ある特定の周波数に「同調」されます。 この弦が特定の力で何かにさらされると、弦が振動し、特定の音の音が安定して観察され、希望のチューニング周波数が聞こえます。 この音を基音といいます。 音楽分野の主音については、第 1 オクターブの「ラ」の音の周波数 (440 Hz に相当) が正式に認められています。 しかし、ほとんどの楽器は純粋な基音だけを再現することはなく、必ず倍音と呼ばれる倍音を伴います。 倍音。 ここで、音楽音響の重要な定義である音色の概念を思い出すことが適切です。 音色- これは、同じピッチと音量の音を比較した場合でも、楽器や声に独特の認識可能なサウンドの特異性を与える音楽サウンドの特徴です。 各楽器の音色は、音が現れる瞬間の倍音にわたる音のエネルギーの分布によって決まります。
倍音は基音の特定の色を形成し、これによって私たちは特定の楽器を簡単に識別して認識することができ、またその音を他の楽器と明確に区別することができます。 倍音には、倍音と非倍音の 2 種類があります。 倍音定義上、基本周波数の倍数です。 逆に、倍音が倍数ではなく、値から著しく逸脱している場合、それらは次のように呼ばれます。 不調和な。 音楽では、非多重倍音の操作は実質的に除外されるため、この用語は倍音を意味する「倍音」の概念に還元されます。 一部の楽器、たとえばピアノでは、主音が形成される時間さえなく、短期間で倍音の音のエネルギーが増加し、その後同じくらい急速に減少します。 多くの楽器は、特定の倍音のエネルギーが特定の時点、通常は最初に最大になりますが、その後突然変化して他の倍音に移動する、いわゆる「移行音」効果を作成します。 各楽器の周波数範囲は個別に考えることができ、通常はその特定の楽器が再生できる基音の周波数によって制限されます。
音の理論にはノイズというものもあります。 ノイズ- これは、互いに矛盾するソースの組み合わせによって作成されるサウンドです。 木々の葉の音、風に揺れる音などは誰もがよく知っています。
音量は何で決まるのでしょうか?このような現象が音波によって運ばれるエネルギーの量に直接依存することは明らかです。 ラウドネスの定量的指標を決定するには、音の強さという概念があります。 音の強さは、単位時間あたり(たとえば、1 秒あたり)に空間のある領域(たとえば、cm2)を通過するエネルギーの流れとして定義されます。 通常の会話では、強度は約 9 または 10 W/cm2 です。 人間の耳はかなり広い範囲の感度で音を知覚できますが、周波数の感受性は音のスペクトル内で均一ではありません。 したがって、最もよく知覚される周波数範囲は 1000 Hz ~ 4000 Hz であり、人間の音声を最も広くカバーします。
音の強さは非常に変化するため、それを対数値として考え、デシベルで測定する方が便利です(スコットランドの科学者アレクサンダー・グラハム・ベルにちなんで)。 人間の耳の聴覚感度の下限は0dB、上限は120dBであり、「痛みの閾値」とも呼ばれます。 感度の上限も人間の耳では同じように知覚されるのではなく、特定の周波数によって異なります。 痛みの閾値を引き出すには、低周波音の強度が高周波音よりもはるかに大きくなければなりません。 たとえば、31.5 Hz の低周波数での痛みの閾値は 135 dB の音強度レベルで発生しますが、2000 Hz の周波数ではすでに 112 dB で痛みの感覚が現れます。 また、空気中の音波の伝播に関する通常の説明を実際に拡張する音圧の概念もあります。 音圧- これは、音波が弾性媒体を通過した結果、弾性媒体内で発生する可変の過圧力です。
音の波動的な性質
音波の生成システムをよりよく理解するために、空気で満たされたチューブの中に古典的なスピーカーが配置されていると想像してください。 スピーカーが急激に前方に移動すると、ディフューザーのすぐ近くの空気が一瞬圧縮されます。 その後、空気は膨張し、パイプに沿って圧縮空気領域を押します。
この波動が、その後聴覚器官に到達して鼓膜を「興奮」させる音になります。 気体中で音波が発生すると、過剰な圧力と密度が生じ、粒子は一定の速度で移動します。 音波については、物質は音波と一緒に移動するのではなく、気団の一時的な摂動が発生するだけであるという事実を覚えておくことが重要です。
ピストンが吊り下げられている状態を想像すると、 フリースペースバネの上で「前後」の動きを繰り返すと、そのような振動は調和または正弦波と呼ばれます(波をグラフの形で表すと、この場合、上昇と下降を繰り返す純粋な正弦波が得られます) )。 (上記の例のように) パイプ内のスピーカーが調和振動を実行していると想像すると、スピーカーが「前方」に移動した瞬間に、既知の空気圧縮の効果が得られ、スピーカーが「後方」に移動すると、空気圧縮の既知の効果が得られます。 、希薄化の逆効果が得られます。 この場合、圧縮と希薄化が交互に起こる波がパイプ内を伝播します。 隣接する最大値または最小値間のパイプに沿った距離 (フェーズ) は次のように呼ばれます。 波長。 粒子が波の伝播方向と平行に振動する場合、その波は次のように呼ばれます。 縦方向の。 伝播方向に対して垂直に振動する場合、その波は次のように呼ばれます。 横方向。 通常、気体や液体の音波は縦波ですが、固体では両方のタイプの波が発生する可能性があります。 固体中の横波は、形状変化に対する抵抗によって発生します。 これら 2 種類の波の主な違いは、横波には偏光の特性 (特定の面で振動が発生する) があるのに対し、縦波には偏光の特性がないことです。
音速
音の速度は、それが伝播する媒体の特性に直接依存します。 それは、媒体の 2 つの特性、つまり材料の弾性と密度によって決定 (依存) されます。 固体の音速はそれぞれ、材料の種類とその特性に直接依存します。 気体媒体の速度は、圧縮 - 希薄化という 1 種類の媒体変形のみに依存します。 音波における圧力変化は、周囲の粒子との熱交換なしに発生し、断熱と呼ばれます。
気体中の音速は主に温度に依存します。温度が上昇すると速度は増加し、温度が下降すると減少します。 また、気体媒体中の音速は、気体分子自体のサイズと質量に依存します。粒子の質量とサイズが小さいほど、波の「伝導率」が大きくなり、速度も大きくなります。
液体および固体媒体における伝播の原理と音速は、波が空気中で圧縮-放電によって伝播する方法と似ています。 しかし、これらの媒体では、同様の温度依存性に加えて、媒体の密度とその組成/構造が非常に重要です。 物質の密度が低いほど音速は速くなり、その逆も同様です。 媒体の組成への依存はさらに複雑で、分子/原子の位置と相互作用を考慮して、それぞれの特定のケースで決定されます。
t、°C 20での空気中の音速:343 m/s
t、°C 20での蒸留水の音速:1481 m/s
t、°C 20での鋼中の音速:5000 m/s
定在波と干渉
スピーカーが限られた空間内で音波を発生させると、境界からの波の反射の影響が必然的に発生します。 その結果、ほとんどの場合、 干渉効果- 2 つ以上の音波が互いに重畳される場合。 干渉現象の特殊なケースとして、1) ビート波または 2) 定在波が形成されます。 波の鼓動- これは、近い周波数と振幅の波が追加された場合に当てはまります。 ビートの発生パターン: 周波数が似た 2 つの波が重なり合うとき。 このような重なりがある時点で、振幅のピークが「同位相」で一致する可能性があり、また「逆位相」での凹みも一致する可能性があります。 これが音のビートの特徴です。 定在波とは異なり、ピークの位相の一致は常に発生するのではなく、一定の時間間隔で発生することに留意することが重要です。 耳では、このようなビートのパターンは非常に明確に異なり、それぞれ音量の周期的な増加と減少として聞こえます。 この効果が発生するメカニズムは非常に単純です。ピークが一致した瞬間には体積が増加し、凹みが一致した瞬間には体積が減少します。
定在波これは、同じ振幅、位相、周波数の 2 つの波が重ね合わされた場合に発生します。そのような波が「出会う」とき、一方は順方向に動き、もう一方は反対方向に動きます。 空間の領域(定在波が形成された場所)では、最大値(いわゆる腹)と最小値(いわゆるノード)が交互に現れる、2つの周波数振幅の重ね合わせの画像が表示されます。 この現象が発生する場合、反射箇所における波の周波数、位相、減衰係数が非常に重要になります。 進行波とは異なり、定在波では、この波を形成する順方向波と逆方向波が同じ量のエネルギーを順方向と逆方向に運ぶため、エネルギーの移動はありません。 定在波の発生を視覚的に理解するために、家庭音響の例を想像してみましょう。 限られたスペース(部屋)にフロアスタンディングスピーカーがあるとします。 低音の多い曲を演奏させたら、部屋の中でリスナーの位置を変えてみましょう。 したがって、定在波の最小(減算)ゾーンに入ると、リスナーは低音が非常に小さくなった効果を感じますが、リスナーが周波数の最大(加算)ゾーンに入ると、その逆になります。低音域の大幅な増強効果が得られます。 この場合、その効果は基本周波数のすべてのオクターブで観察されます。 たとえば、基本周波数が 440 Hz の場合、880 Hz、1760 Hz、3520 Hz などの周波数でも「加算」または「減算」の現象が観察されます。
共鳴現象
ほとんどの固体は独自の共振周波数を持っています。 この効果を理解するには、一端のみが開いた従来のパイプを例にすると非常に簡単です。 パイプのもう一方の端からスピーカーが接続されており、ある一定の周波数を再生でき、後で変更することもできる状況を想像してみましょう。 したがって、パイプには独自の共振周波数があり、次のようになります。 分かりやすい言葉トランペットが「共鳴」する、つまり独自の音を発する周波数です。 調整したスピーカーの周波数がパイプの共振周波数と一致すると、音量が数倍になる効果があります。 これは、スピーカーがパイプ内の気柱の振動をかなりの振幅で励起し、同じ音になるからです。 共鳴周波数』と加算の効果が発生します。 結果として生じる現象は、次のように説明できます。この例のパイプは、特定の周波数で共鳴することによってスピーカーを「支援」し、その努力が加算されて、聞こえる大きな効果として「注ぎ出される」のです。 楽器の例では、ほとんどの設計に共鳴器と呼ばれる要素が含まれているため、この現象は簡単に追跡できます。 特定の周波数や楽音を増幅する目的が何であるかを推測するのは難しくありません。 例: ボリュームに合わせた穴の形の共鳴器を備えたギター本体。 フルート部分のパイプ(およびすべてのパイプ全般)のデザイン。 ドラム本体の円筒形で、それ自体が特定の周波数の共鳴器です。
音の周波数スペクトルと周波数応答
実際には同じ周波数の波は実質的に存在しないため、可聴範囲の音のスペクトル全体を倍音または倍音に分解する必要があります。 これらの目的のために、音の振動の相対エネルギーの周波数依存性を表示するグラフがあります。 このようなグラフを音の周波数スペクトルグラフと呼びます。 音の周波数スペクトル離散型と連続型の 2 つのタイプがあります。 離散スペクトル プロットには、周波数が空白で区切られて個別に表示されます。 連続スペクトルでは、すべての音声周波数が同時に存在します。
音楽や音響の場合、通常のスケジュールが最もよく使用されます。 ピーク対周波数特性(略して「AFC」)。 このグラフは、周波数スペクトル全体 (20 Hz ~ 20 kHz) にわたる音の振動の振幅の周波数依存性を示しています。 このようなグラフを見ると、たとえば、特定のスピーカーまたはスピーカー システム全体の長所や短所、エネルギー リターン、周波数の低下と上昇、減衰の最も強い領域を理解しやすくなり、また、下落の急さ。
音波の伝播、位相と逆位相
音波の伝播プロセスは、音源からあらゆる方向に発生します。 最も単純な例この現象を理解するには、水に小石を投げます。
石が落ちた場所から、水面に波が四方八方に広がり始めます。 しかし、一定の音量のスピーカー、たとえばアンプに接続され、ある種の音楽信号を再生する密閉ボックスを使用する状況を想像してみましょう。 (特にバスドラムなどの強力な低周波信号を与える場合)、スピーカーが「前方」に急速に動き、その後同じ急速に「後方」に移動することに気づきやすいです。 スピーカーが前方に移動すると音波が発せられ、それが後で聞こえることはまだ理解されていません。 しかし、スピーカーが後ろに移動するとどうなるでしょうか? しかし、逆説的ですが、同じことが起こり、スピーカーは同じ音を出します。ただし、この例では、箱の容積内を完全に伝播し、それを超えることはありません (箱は閉じられています)。 一般に、上記の例では、非常に多くの興味深い物理現象を観察できますが、その中で最も重要なのは位相の概念です。
スピーカーがボリュームを持ってリスナーの方向に放射する音波は、「同相」です。 ボックスの容積に入る逆波は、対応して逆位相になります。 これらの概念が何を意味するのかを理解することだけが残っていますか? 信号位相- これは、宇宙のある時点における現時点での音圧レベルです。 この位相は、従来の家庭用ステレオ床置きスピーカーによる音楽素材の再生の例で最も簡単に理解できます。 このようなフロアスタンディングスピーカーをある部屋に2台設置して再生したとします。 この場合、両方のスピーカーは同期した可変音圧信号を再生し、さらに、一方のスピーカーの音圧が他方のスピーカーの音圧に加算されます。 同様の効果は、左右のスピーカーそれぞれの信号再生の同期、つまり左右のスピーカーから発せられる波の山と谷が一致することによって発生します。
ここで、音圧が依然として同じように変化している (変化していない) が、今度は互いに逆になっていると想像してみましょう。 これは、2 つのスピーカーのうちの 1 つを逆極性で接続した場合に発生する可能性があります (アンプからの「+」ケーブルをスピーカー システムの「-」端子に接続し、アンプからスピーカーの「+」端子に「-」ケーブルを接続)システム)。 この場合、逆方向の信号によって圧力差が生じます。これは次のように数値で表すことができます。 音響システムは「1 Pa」の圧力を生成し、右側のスピーカーは「マイナス 1 Pa」の圧力を生成します。 その結果、リスナーの位置での合計音量はゼロになります。 この現象を逆位相と呼びます。 理解を助けるためにこの例をより詳細に検討すると、「同相」で再生される 2 つのダイナミクスが空気の圧縮と希薄化の同じ領域を作成し、実際には相互に助け合うことがわかります。 理想的な逆位相の場合、1 つのスピーカーによって作成される空間圧縮の領域には、2 番目のスピーカーによって作成される空間希薄化の領域が伴います。 これは、波の相互同期減衰現象にほぼ似ています。 確かに、実際には、音量はゼロにはならず、大きく歪んで減衰したサウンドが聞こえます。
この現象は、最もわかりやすい方法で次のように説明できます。つまり、同じ振動 (周波数) を持つ 2 つの信号が、時間的にずれているということです。 このことを考慮すると、これらの変位現象は、通常の丸い時計の例を使用して表現する方が便利です。 いくつかの同じ丸い時計が壁に掛けられていると想像してみましょう。 これらの時計の秒針が同期して、一方の時計が 30 秒、もう一方の時計が 30 秒で動く場合、これは同相信号の一例です。 たとえば、一方の時計では 30 秒、もう一方の時計では 24 秒など、秒針が移動しながら速度が同じである場合、これは位相シフト (シフト) の典型的な例です。 同様に、位相は仮想円内で度単位で測定されます。 この場合、信号が相互に 180 度 (周期の半分) シフトすると、古典的な逆位相が得られます。 実際には、小さな位相のずれが存在することがよくありますが、これも度数で判断し、正常に除去することができます。
波は平らで球形です。 平坦な波面は一方向にのみ伝播し、実際にはほとんど発生しません。 球面波面は波です シンプルタイプそれは単一点から発せられ、あらゆる方向に伝播します。 音波には性質があります 回折、つまり 障害物や物体を避ける能力。 包絡線の程度は、音波の波長と障害物または穴の寸法の比率によって異なります。 回折は、音の経路に障害物がある場合にも発生します。 この場合、2 つのシナリオが考えられます。 1) 障害物の寸法が波長よりはるかに大きい場合、音は反射または吸収されます (材質の吸収の程度、障害物の厚さなどによって異なります)。 )、障害物の背後に「音響影」ゾーンが形成されます。 2) 障害物の寸法が波長に匹敵するか、それよりも小さい場合、音はあらゆる方向にある程度回折します。 ある媒体中を移動する音波が別の媒体との界面 (たとえば、空気媒体と固体媒体) に衝突すると、次の 3 つのシナリオが発生する可能性があります。1) 波は界面で反射されます。2) 波は界面で反射されます。方向を変えずに別の媒質に入ることができます。 3) 波は境界で方向を変えて別の媒質に入ることができます。これは「波の屈折」と呼ばれます。
音波の過剰な圧力と振動体積速度の比は、波のインピーダンスと呼ばれます。 話している 簡単な言葉で言うと, 媒体の耐波性音波を吸収する、または音波に「抵抗する」能力と呼ぶことができます。 反射係数と透過係数は、2 つの媒体の波のインピーダンスの比に直接依存します。 気体媒体中の波の抵抗は、水や固体よりもはるかに低くなります。 したがって、空気中の音波が固体または深水の表面に入射すると、音は表面で反射されるか、または大幅に吸収されます。 それは、目的の音波が当たる表面 (水または固体) の厚さに依存します。 固体または液体の媒体の厚さが薄い場合、音波はほぼ完全に「通過」し、逆に、媒体の厚さが厚い場合、音波はより頻繁に反射されます。 音波の反射の場合、このプロセスはよく知られている方法に従って発生します。 物理法則: 「入射角は反射角に等しい。」 この場合、密度の低い媒質からの波が密度の高い媒質との境界にぶつかると、この現象が発生します。 屈折。 これは、障害物に「出会った」後に音波を曲げる(屈折させる)ことからなり、必然的に速度の変化を伴います。 屈折は、反射が起こる媒体の温度にも依存します。
音波が空間を伝播する過程で、その強度は必然的に減少します。これは、波の減衰、つまり音の弱まりと言えます。 実際には、そのような効果に遭遇するのは非常に簡単です。たとえば、2 人の人が近い距離 (1 メートルまたはそれより近い) のフィールドに立って、互いに話し始めた場合です。 その後、人々間の距離が離れると (お互いから遠ざかり始めると)、同じレベルの会話の音量はますます小さくなります。 同様の例は、音波の強度が減少する現象を明確に示しています。 なぜこうなった? その理由は、熱伝達、分子相互作用、音波の内部摩擦などのさまざまなプロセスにあります。 実際には、音エネルギーから熱エネルギーへの変換が最も頻繁に起こります。 このようなプロセスは 3 つの音響伝播媒体のいずれでも必然的に発生し、次のように特徴付けることができます。 音波の吸収.
音波の強度と吸収の程度は、媒体の圧力や温度などの多くの要因に依存します。 また、吸収は音の特定の周波数によって異なります。 音波が液体または気体中を伝播するとき、異なる粒子間には粘性と呼ばれる摩擦の影響が生じます。 この摩擦の結果、 分子レベルそして波が音から熱に変換されるプロセスが起こります。 言い換えれば、媒体の熱伝導率が高いほど、波の吸収の度合いは低くなります。 気体媒体での吸音は圧力にも依存します(大気圧は海面に対する高度の上昇とともに変化します)。 音の吸収度の周波数依存性は、上記の粘度や熱伝導率の依存性を考慮すると、周波数が高くなるほど音の吸収率は高くなります。 たとえば、常温常圧の空気中では、周波数 5000 Hz の波の吸収は 3 dB / km ですが、周波数 50,000 Hz の波の吸収はすでに 300 dB / m になります。
固体媒体では、上記の依存関係 (熱伝導率と粘度) はすべて維持されますが、これにさらにいくつかの条件が追加されます。 それらは固体材料の分子構造に関連しており、異なる可能性があり、独自の不均一性を伴います。 この内部固体分子構造に応じて、この場合の音波の吸収は異なる可能性があり、特定の材料の種類によって異なります。 音が固体を通過するとき、波は一連の変形と歪みを受け、ほとんどの場合、音エネルギーの散乱と吸収につながります。 分子レベルでは、音波が原子面の変位を引き起こし、その後元の位置に戻る転位の影響が発生する可能性があります。 あるいは、転位の移動により、転位に垂直な転位や結晶構造の欠陥との衝突が起こり、転位の減速が生じ、その結果、音波がある程度吸収されます。 ただし、音波はこれらの欠陥とも共鳴する可能性があり、元の波形が歪む可能性があります。 材料の分子構造の要素と相互作用する瞬間の音波のエネルギーは、内部摩擦プロセスの結果として消散します。
では、人間の聴覚の特徴と、音の伝播の微妙な点と特徴のいくつかを分析してみます。