私たちは毎日、いろいろな音を聞いて生活しています。
人の話し声、音楽、車の音、鳥の鳴き声など、身の回りには音があふれています。
でも、そもそも音はどうやって発生し、どうやって私たちの耳まで届いているのでしょうか。
今回は、中学1年生の理科で学習する「音」について、できるだけわかりやすく解説します。
音は物体の振動によって発生する
まず、大前提ですが、音の正体は振動です
例えば、ギターの弦をはじくと、弦が細かく震えて音が出ます。
太鼓をたたいたときは、太鼓の表面が震えています。
人が声を出すときも、のどにある声帯という部分が振動しています。
このように、音を発生させている物体を音源といいます。
つまり、
音は、音源が振動することによって発生する
ということです。
音の振動を目で確認してみよう
音の振動はとても細かいため、見ただけではわかりにくいことがあります。
そんなときは、音源に軽い物を触れさせると、振動を確認しやすくなります。
例えば、音を出している音叉（おんさ）に小さな球を近づけると、球がはじかれます。
これは、音叉（おんさ）が細かく振動しているためです。
また、太鼓の上に小さな紙を置いて太鼓をたたくと、紙が飛び跳ねます。
音が出ているときには、音源が振動していることがわかります。
音は空気の振動として伝わる
音源が振動しただけでは、音は私たちの耳まで届きません。
音源の振動が、まわりの空気を振動させます。
その空気の振動が次々と伝わり、耳まで届くことで、私たちは音を感じています。
イメージとしては、ドミノ倒しに近いです。
最初のドミノを倒すと、となりのドミノ、さらにそのとなりのドミノへと動きが伝わっていきます。
音も同じように、空気中を順番に伝わっていきます。
ただし、空気そのものが音源から耳まで移動しているわけではありません。
空気の振動が、となりの空気へ次々と伝わっているのです。
空気がない場所では音は伝わらない
音を伝えるためには、空気などの物質が必要です。
空気を抜いた容器の中でブザーを鳴らす実験をすると、空気が少なくなるにつれて、ブザーの音も小さくなっていきます。
ブザー自体は振動していますが、その振動を伝える空気が少なくなるためです。
空気がほとんどない宇宙空間では、音は伝わりません。
映画では宇宙船の爆発音が大きく響くことがありますが、実際の宇宙空間では、近くで爆発が起きても空気を通して音が伝わることはありません。
音は空気以外の物質にも伝わる
音を伝えるのは、空気だけではありません。
水や金属などの物質にも、音は伝わります。
例えば、プールの中に潜っていても、水中の音が聞こえることがあります。
また、机に耳をつけて、少し離れた場所で机を軽くたたいてもらうと、空気中とは違った音が聞こえます。
このように、音は気体だけでなく、液体や固体の中も伝わります。
音の大きさは振幅で決まる
音源の振動は、波の形で表すことができます。
振動の中心から、もっとも大きく振れたところまでの幅を振幅といいます。
振幅が大きいほど、音も大きくなります。
振幅が小さいほど、音も小さくなります。
例えば、太鼓を強くたたくと、太鼓の表面が大きく振動します。
そのため、大きな音が出ます。
反対に、弱くたたくと振動が小さくなり、音も小さくなります。
つまり、
振幅が大きいほど、音は大きい
と覚えておきましょう。
音の高さは振動数で決まる
音には、大きさだけでなく、高さもあります。
高い音と低い音の違いは、音源が1秒間に何回振動するかによって決まります。
1秒間に振動する回数を、振動数といいます。
振動数の単位には、ヘルツを使い、記号ではHzと表します。
例えば、1秒間に100回振動する場合は、100Hzです。
振動数が多いほど、音は高くなります。
振動数が少ないほど、音は低くなります。
つまり、
振動数が多いほど高い音になり、振動数が少ないほど低い音になる
ということです。
弦の音の高さを変えるには？
ギターや琴など、弦を振動させて音を出す楽器では、弦の状態によって音の高さが変わります。
高い音を出すためには、次のようにします。
- 弦を短くする
- 弦を細くする
- 弦を強く張る
反対に、低い音を出すためには、次のようにします。
- 弦を長くする
- 弦を太くする
- 弦を弱く張る
ギターの弦を押さえる場所によって音の高さが変わるのは、振動する弦の長さが変わるためです。
短い部分を振動させるほど、音は高くなります。
音の大きさと高さを混同しないようにしよう
音の問題で特に間違えやすいのが、音の大きさと高さです。
音の大きさを決めるのは、振幅です。
音の高さを決めるのは、振動数です。
大きな音だからといって、高い音とは限りません。
低い音でも、大きな音を出すことはできます。
反対に、高い音でも、小さな音を出すことができます。
波の形を見たときは、次のように確認しましょう。
- 波の上下の幅を見ると、音の大きさがわかる
- 一定時間にある波の数を見ると、音の高さがわかる
音の速さ
音は空気中を、とても速いスピードで伝わります。
空気中での音の速さは、1秒間におよそ340mです。
ただし、光は音よりもはるかに速く進みます。
雷が光ってから、少し遅れて雷の音が聞こえるのはこのためです。
雷が光ってから音が聞こえるまでの時間を調べると、雷が落ちた場所までのおおよその距離を求めることもできます。
例えば、雷が光ってから3秒後に音が聞こえた場合、
340m×3秒＝1020m
となるため、雷は約1km離れた場所で発生したと考えられます。
まとめ
音は、音源が振動することによって発生します。
その振動が空気などを通して耳まで伝わることで、私たちは音を聞いています。
音の大きさと高さについては、次の2つが重要です。
音の大きさは振幅で決まる。
音の高さは振動数で決まる。
音は目に見えないため、最初はイメージしにくいかもしれません。
しかし、ギターの弦や太鼓、声帯など、実際に振動している物体を考えると理解しやすくなります。
身の回りで音が聞こえたときは、「今、何が振動しているのかな？」と考えてみてください。