2.2 音波とその性質

音は、空気、水、固体などの弾性媒体中を伝播する機械的振動です。

弾性振動を知覚し、それを聞く人の能力は、音の研究、つまり音響学という名前に反映されています。

一般に、人間の耳は次の場合にのみ音を聴きます。 補聴器耳は 16 Hz 以上 20,000 Hz 以下の周波数の機械的振動にさらされます。 より低いまたはより高い周波数の振動 人間の耳聞こえない。

空気が音の伝導体であるという事実は、1660 年のロバート ボイルの実験によって証明されました。 空気ポンプのベルの下に電気ベルなどの発音体を置くと、その下から空気が送り出されるにつれて音は弱くなり、最終的には止まります。

振動中、物体はその表面に隣接する空気の層を圧縮したり、逆にこの層に真空を作り出したりします。 したがって、空気中の音の伝播は、振動体の表面における空気密度の変動から始まります。

時間の経過とともに空間内で振動が伝播するプロセスを波と呼びます。 波長は、同じ状態にある媒質の最も近い 2 つの粒子間の距離です。

粒子の振動周期に対する波長の比に等しい物理量を波速といいます。

波が伝播する媒体の粒子の振動が強制されます。 したがって、それらの周期は励振器の発振周期と等しくなります。 ただし、媒体ごとに波の伝播速度は異なります。

音が違います。 私たちはホイッスルとドラムのビート、男性の声（バス）と女性の声（ソプラノ）を簡単に区別できます。

低音と呼ばれる音もあれば、高音と呼ばれる音もあります。 耳で簡単に区別できます。 バスドラムが出す音は低音ですが、ホイッスルは高音です。

簡単な測定（振動掃引）により、低音の音は音波の低周波振動であることがわかります。 高い音は高い振動周波数に対応します。 音波の振動の周波数によって音の音色が決まります。

単一周波数、いわゆる純音を発する特殊な音源があります。 これらはさまざまなサイズの音叉であり、脚に曲がった金属棒である単純な装置です。 どうやって 大きいサイズ音叉を叩いたときの音は低くなります。

音叉を何本も持っていけば 異なるサイズ, そうすれば、耳で聞いてピッチが上がる順に並べることは難しくありません。 したがって、それらはサイズによって決まります。最大の音叉は低い音を生成し、最小の音叉は最も高い音を生成します。

同じ音色でも音量が異なる場合があります。 音の大きさは、音源と波の振動エネルギーに関係します。 振動のエネルギーは振動の振幅によって決まります。 したがって、音量は振動の振幅に依存します。

それがスプレッドですか 音波簡単な観察からわかるように、それは即座には起こりません。 遠くで雷雨、発砲、爆発、機関車の汽笛、斧の打撃などが発生した場合、最初はこれらすべての現象が見え、しばらくしてから音が聞こえます。

他の波と同様、音波はその中の振動の伝播速度によって特徴付けられます。

音速は環境によって異なります。 たとえば、水素では、任意の長さの音波の伝播速度は 1284 m/s、ゴムでは 1800 m/s、鉄では 5850 m/s です。

現在、物理学の分野としての音響学では、最低音から極度に高い音まで、最大 1012 ～ 1013 Hz までの幅広い弾性振動が考慮されています。 ない 人間に聞こえる 16 Hz 未満の周波数の音波は超低周波と呼ばれ、20,000 Hz から 109 Hz の周波数の音波は超音波と呼ばれ、109 Hz より高い周波数の振動はハイパーサウンドと呼ばれます。

これらの聞こえない音はさまざまな用途に使われています。

超音波と超低周波音は、生物界で非常に重要な役割を果たします。 たとえば、魚やその他の海洋動物は、嵐の波によって発生する超低周波を敏感に検出します。 したがって、彼らは嵐やサイクロンの接近を事前に感知し、より多くの場所へ泳いで逃げます。 安全な場所。 超低周波音は、森、海、大気の音の構成要素です。

魚が動くと、弾性超低周波振動が発生し、水中に伝播します。 サメは何キロも離れた場所からでもこの振動を感知し、獲物に向かって泳ぎます。

超音波は、犬、猫、イルカ、アリ、コウモリなどの動物が発し、知覚することができます。コウモリは飛行中に短く甲高い音を出します。 飛行中、彼らは途中で遭遇した物体からのこれらの音の反射によって導かれます。 小さな獲物の反響音だけを頼りに、昆虫を捕まえることさえできます。 猫や犬は非常に甲高い口笛の音（超音波）を聞くことがあります。

エコーは障害物から反射され、観測者が受信する波です。 音のエコーは、一次信号とは別に耳で知覚されます。 さまざまな物体までの距離を決定し、その位置を検出する方法は、エコー現象に基づいています。 ある音源が音声信号を発し、その発声の瞬間が記録されたとします。 音は何らかの障害物にぶつかり、反射して戻ってきて受音器で受信されました。 発信と受信の時間間隔を測定すれば、障害物までの距離を簡単に知ることができます。 測定時間 t の間に、音は 2 秒の距離を移動しました。s は障害物までの距離、2 秒は音源から障害物までの距離、および障害物から受音器までの距離です。

この公式を使用すると、信号反射板までの距離を求めることができます。 ただし、信号がどこにあるか、信号が発信元からどの方向に到達したかを知る必要もあります。 一方、音はあらゆる方向に伝わり、反射信号はさまざまな方向から来る可能性があります。 この問題を回避するために、通常の音ではなく超音波を使用します。

超音波の主な特徴は、超音波に指向性を持たせ、発生源から特定の方向に伝播できることです。 このおかげで、超音波の反射によって、距離を知るだけでなく、超音波を反射した物体がどこにあるかを知ることができます。 これにより、たとえば船の下の海の深さを測定できます。

サウンドロケーターにより検出と位置特定が可能 さまざまな損害医療では、超音波は、腫瘍、臓器やその一部の形状の歪みなど、患者の体のさまざまな異常を検出するために使用されます。 超音波の波長が短ければ短いほど、 小さいサイズ検出可能な詳細。 超音波は特定の病気の治療にも使用されます。

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前述の波は弾性力によって引き起こされますが、重力によって形成される波もあります。 液体の表面を伝播する波は縦方向ではありません...

身体の基礎音

音は聴覚の対象であるため、人間の主観的にも評価されます。 人はトーンを知覚するとき、高さによってトーンを区別します。 高さは主観的な特性であり、主に基音の周波数によって決まります。

体の動きの特徴

2.1 振動運動の運動学 テスト問題 1. 振動は、時間の経過とともにある程度の再現性を持つプロセスです。 調和振動は、サインとコサインの法則に従って発生する振動です。

電磁波とその性質

電磁波は、空間と時間における電磁場の伝播です。 上で述べたように、電磁波の存在は、偉大な英国の物理学者 J. によって理論的に予測されました。

音は媒体（多くの場合空気​​）中の弾性波であり、目には見えませんが知覚できます。 人間の耳(波動が影響する 鼓膜耳）。 音波は圧縮と希薄化の縦波です。

真空を作れば音を聞き分けられるようになるのでしょうか？ ロバート・ボイルは 1660 年にガラス瓶の中に時計を入れました。 空気を抜くと音は聞こえなくなりました。 経験がそれを証明しています 音が伝わるには媒体が必要です.

音は液体や固体の媒体を介して伝わります。 水中では石の衝撃音がはっきりと聞こえます。 時計を木の板の一端に置きます。 反対側に耳を当てると、時計のカチカチという音がはっきりと聞こえます。

音波は木の中を伝わります

音の発生源は必ず振動体です。 たとえば、ギターの弦はそのままでは音は鳴りませんが、振動させると音波が現れます。

しかし、経験によれば、すべての振動体が音源であるわけではありません。 たとえば、糸に重りを吊るしても音は鳴りません。 実際のところ、人間の耳はすべての波を知覚するのではなく、16 Hz から 20,000 Hz の周波数で振動する物体を作成する波だけを知覚します。 このような波はこう呼ばれます 音。 16Hz未満の周波数の振動を「振動」といいます。 超低周波音。 20,000 Hz を超える周波数の振動は、 超音波.

音速

音波は瞬時に伝播するのではなく、一定の有限の速度（等速運動の速度と同様）で伝播します。

そのため、雷雨の際には、最初に稲妻、つまり光が見え（光の速度は音の速度よりもはるかに速い）、次に音が聞こえます。

音速は媒体、つまり固体と液体によって異なります。 音速空気中よりもずっと。 これらは表形式の測定定数です。 媒質の温度が上昇すると音速は増加し、媒質の温度が低下すると音速も減少します。

音が違います。 音を特徴付けるために、音の音量、ピッチ、音色などの特別な量が導入されます。

音の音量は振動の振幅に依存します。振動の振幅が大きいほど、音は大きくなります。 さらに、私たちの耳による音量の知覚は、音波の振動の周波数に依存します。 より高い周波数の波はより大きく感じられます。

音波の周波数によって音の高さが決まります。 音源の振動周波数が高いほど、生成される音は高くなります。 人間の声は、ピッチがいくつかの範囲に分かれています。

さまざまな音源からの音は、さまざまな周波数の調和振動の組み合わせです。 最も長い周期（最も低い周波数）の成分を基音と呼びます。 音の残りの成分は倍音です。 これらの要素の集合によって音の色や音色が生まれます。 声の倍音のセット さまざまな人わずかに異なりますが、これは特定の声の音色を決定します。

エコー。 エコーは、山、森、壁、大きな建物など、さまざまな障害物からの音の反射の結果として形成されます。 エコーは、反射音が元の話された音とは別に知覚される場合にのみ発生します。 多くの反射面があり、それらの反射面が人から異なる距離にある場合、反射された音波は異なる時間に人に到達します。 この場合、エコーは複数になります。 エコーが聞こえるためには、障害物が人から 11 メートル離れている必要があります。

音の反射。音は滑らかな表面で反射します。 したがって、ホーンを使用すると、音波は全方向に散乱されるのではなく、狭い指向性のビームを形成するため、音響パワーが増加し、より遠くまで広がります。

一部の動物 (コウモリ、イルカなど) は超音波振動を発し、障害物からの反射波を認識します。 これは、周囲の物体までの位置と距離を決定する方法です。

エコーロケーション。 これは、物体から反射された超音波信号によって物体の位置を特定する方法です。 運送業で広く使われています。 船舶に設置されている ソナー- 水中の物体を認識し、底の深さと地形を決定するためのデバイス。 音の発信器と受信器は容器の底に配置されます。 エミッタは短い信号を発します。 コンピュータは、戻ってくる信号の遅延時間と方向を分析することで、音が反射した物体の位置と大きさを特定します。

超音波は、機械部品のさまざまな損傷 (ボイド、亀裂など) を検出および判断するために使用されます。 この目的に使用されるデバイスはと呼ばれます 超音波探傷器。 一連の短い超音波信号が調査対象の部品に送信され、内部の不均一性から反射されて受信機に戻ります。 欠陥がない場所では、信号は重大な反射なしに部品を通過し、受信機によって記録されません。

超音波は、特定の病気の診断と治療のために医学で広く使用されています。 X線とは異なり、その波は 悪影響布地に。 診断 超音波検査(超音波)なしで許可する 外科的介入認識する 病理学的変化臓器と組織。 特別な装置が0.5〜15 MHzの周波数の超音波を身体の特定の部分に向けると、超音波は研究対象の器官から反射され、コンピューターはその画像を画面に表示します。

超低周波音波はさまざまな媒体での吸収が低いという特徴があり、その結果、空気、水、地殻中の超低周波音波は非常に長距離に渡って伝播する可能性があります。 この現象で分かるのは、 実用で 場所を決定する強い爆発や発砲位置。 超低周波が海中を長距離に伝播することで、 自然災害の予測- 津波。 クラゲや甲殻類などは超低周波音を知覚することができ、嵐が始まるずっと前にその接近を感知します。

音（または 音響）波

16 ～ 20000 Hz の範囲の周波数で媒体中を伝播する弾性波と呼ばれます。 これらの周波数の波は人間の聴覚系に影響を与え、音の感覚を引き起こします。 v の波< 16 Гц (超低周波) と v> >20 kHz (超音波)人間の聴覚器官では認識されません。

気体や液体中の音波は長手方向にしか存在しません。これは、これらの媒体が圧縮 (引張) 変形に関してのみ弾性を示すためです。 固体では、圧縮 (引張) およびせん断変形に対して弾性があるため、音波は縦方向と横方向の両方になります。

音の強さ（または 音の力）数量は決まっていますか

音波の伝播方向に垂直な単位面積を通して単位時間当たりに音波によって伝達される時間平均エネルギー：

I=W/(St)。

音の強さのSI単位 - ワット/平方メートル(W/m2)。

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、痛みを伴う感覚だけが生じます。 したがって、各発振周波数には最小値があります。 (聴力閾値)そして最大の (痛みの閾値)聴覚を引き起こすことができる音の強さ。 図では、 図２２３は、可聴性および痛みの閾値の音の周波数への依存性を示す。 これら 2 つの曲線の間に位置する領域は、 可聴領域。

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、その強度に関連する音の主観的な特性は次のようになります。 音量、周波数に依存します。 ウェーバー - フェヒナーの生理学的法則によれば、音の強度が増加すると、対数の法則に従って音量も増加します。 これに基づいて、音量の強度の測定値に基づいて音量の客観的な評価が導入されます。

L=lg( 私/私 0 ),

どこ 私 0 - 可聴閾値の音の強さ。すべての音に受け入れられます。

kov は 10 -1 2 W/m 2 に等しい。 マグニチュード L呼ばれた 音の強さのレベル

そして、で表現されます ベラ（ベル電話の発明者に敬意を表して）。 通常、彼らは 10 倍小さい単位を使用します - デシベル(dB)。

音の生理学的特性は、 音量レベル、で表現されるのは 背景（背景）。 1000 Hz (標準的な純音の周波数) の音の音量は、その強度レベルが 1 dB の場合、1 フォンに等しくなります。 たとえば、高速走行中の地下鉄車内の騒音は 90 フォンに相当し、1 m の距離でのささやき声は 20 フォンに相当します。

実際の音は、多数の周波数セットによる調和振動の重ね合わせです。 音響スペクトル、それは可能性があります 固体(特定の間隔ですべての周波数の振動が発生します) 支配(互いに分離された特定の周波数があります)。

音量に加えて、音の感覚は音程と音色によっても特徴付けられます。 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。 周波数が増加すると、音のピッチが増加します。つまり、音が「高く」なります。 音響スペクトルの性質と特定の周波数間のエネルギーの分布が、「音響」と呼ばれる音の感覚の独自性を決定します。 音の音色。したがって、同じ音を演奏する歌手が異なれば、音響スペクトルも異なります。つまり、音色も異なります。

音源は、ある音の周波数で弾性媒体内で振動する任意の物体です (たとえば、弦楽器の場合、音源は楽器の本体に接続された弦です)。

物体が振動することにより、媒体の隣接する粒子が同じ周波数で振動します。 振動運動の状態は、物体から徐々に遠ざかる媒質の粒子に連続的に伝達されます。つまり、波は、その源の周波数に等しい振動周波数と、密度に応じた一定の速度で媒質中を伝播します。媒体の弾性特性。 気体中の音波の伝播速度は次の式で計算されます。

v= ( RT/M)、(158.1)

どこ R- モルガス定数、 M -モル質量、= C p /C v - 一定の圧力と体積におけるガスのモル熱容量の比、 た -熱力学的温度。 式 (158.1) から、気体中の音速は圧力に依存しないことがわかります。 rガス、しかし、温度が上昇すると増加します。 気体のモル質量が大きくなるほど、音速は遅くなります。 たとえば、T=273 K では、空気中での音速 (M=29 10 -3 kg/mol) v=331 m/s、水素中では (M=2 10 -3 kg/mol) v=1260 m/s。 式（１５８．１）は実験データに対応する。

大気中を音を伝播させる場合、風速と風向、空気の湿度、気体媒体の分子構造、2 つの媒体の境界における音の屈折と反射現象など、多くの要因を考慮する必要があります。 さらに、実際の媒体には粘性があるため、音の減衰、つまり振幅の減少が観察され、その結果、伝播する音波の強度も減少します。 音の減衰は主に、音のエネルギーが他の形態のエネルギー（主に熱）に不可逆的に変化する媒体での吸収によるものです。

室内音響にとって、それは非常に重要です 音の反響- 音の段階的な減衰のプロセス 屋内でソースをオフにした後。 部屋に誰もいない場合、音はゆっくりと消えていき、部屋に「ざわめき」が生じます。 音がすぐに消えてしまうと（吸音材を使用している場合）、こもった音として認識されます。 残響時間- これは、室内の音の強度が100万倍、レベルが60 dB弱くなる時間です。 残響時間が 0.5 ～ 1.5 秒であれば、部屋の音響は良好です。

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こと。 刺激的でエキサイティングな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という目標が何であれ、そして彼らがどのような極端な行動をとろうとも、これらすべてのつながりは、「音」というシンプルでわかりやすい 1 つの言葉によってしっかりと結びついています。 実際、上記のすべての場合において、私たちは音によって手を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 コンポーネントやハイエンド 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)、十分な知識があれば十分です。 物理理論、これにより、高品質の声優を取得しようとするすべての人に生じる問題のほとんどが解消されます。

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、私は、おそらく物理法則や公式の知識にはほど遠いが、それでも完璧な音響システムを作成するという夢の実現を情熱的に夢見ている人に、この内容をできるだけ理解できるように努めます。 達成するためにそんなことを言うつもりはない 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、最大の音響効果を達成することもできます。あらゆるレベルのシステムから。

音の一般理論と音楽用語

それは何ですか 音? これは聴覚器官が知覚する感覚です "耳"（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。
音波それは本質的に、さまざまな周波数の媒体（通常の状態では空気媒体）の一連の圧縮と放出の連続です。 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、気団粒子の移動など、媒体自体に何らかの変化が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。 頻度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示します。 音の周波数にもよるけど 主観的な概念その高さ。 1 秒あたりに発生する音の振動が多いほど、音は「高く」聞こえます。 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、もう少し多く聞こえる人もいれば、より少なく聞こえる人もいます)。 。 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、この範囲を宇宙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ていない媒体を通過する場合、そのような音は聞こえないか、その後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「音間の周波数比が 1 対 2 である音程」を意味します。通常、オクターブは耳で非常に区別しやすいですが、この音程内の音は互いに非常に似ています。 オクターブは、同じ時間内に他の音の 2 倍振動する音とも言えます。 たとえば、800 Hz の周波数は 400 Hz のより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です。 オクターブは音と倍音で構成されます。 同じ周波数の高調波音波のさまざまな振動は、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として解釈でき、低周波の振動は低音として解釈できます。 人間の耳は、1 音の差 (最大 4000 Hz の範囲) の音を明確に区別することができます。 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、1 つの特定の周波数に「調整」されます。 この弦が 1 つの特定の力で何かにさらされて振動すると、特定の 1 つの音が一貫して観察され、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。 最初のオクターブの音「A」の周波数は、440 Hz に相当し、音楽分野の基音として正式に認められています。 ただし、ほとんどの 楽器純粋な基音だけを再現することは決してなく、必然的に倍音と呼ばれる倍音が伴います。 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間の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、それによって私たちは特定の楽器を簡単に識別して認識できるだけでなく、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。 非調和的。 音楽では、複数の倍音で動作すること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。 ピアノなどの一部の楽器では、基音は短時間で形成される時間がなく、倍音の音のエネルギーが増加し、その後急速に減少します。 多くの楽器は、いわゆる「トランジショントーン」エフェクトを作成します。このエフェクトでは、特定の倍音のエネルギーが特定の時点、通常は最初に最高になりますが、その後突然変化し、他の倍音に移ります。 各楽器の周波数範囲は個別に考慮することができ、通常はその特定の楽器が生成できる基本周波数に限定されます。

音響理論にはノイズという概念もあります。 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。 木の葉が風に揺れる音などは誰もがよく知っています。

音の大きさは何で決まるのでしょうか？明らかに、そのような現象は音波によって伝達されるエネルギーの量に直接依存します。 ラウドネスの定量的な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感度範囲にわたって音を知覚できますが、周波数の感度は音のスペクトル内で不均一です。 これは、人間の音声を最も広くカバーする周波数範囲 1000 Hz ～ 4000 Hz が最もよく知覚される方法です。

音の強さは非常に大きく変化するため、音を対数量として考え、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 0 dB、上限は 120 dB であり、「痛みの閾値」とも呼ばれます。 感度の上限は、人間の耳でも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。 痛みの閾値を引き起こすには、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 の周波数では痛みの感覚は 112 dB で現れます。 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として、弾性媒体内に生じる変動する過剰圧力です。

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、空気で満たされたパイプ内に配置された古典的なスピーカーを想像してください。 スピーカーが前方に急激に移動すると、ディフューザーのすぐ近くの空気が瞬間的に圧縮されます。 空気は膨張し、パイプに沿って圧縮空気領域を押します。
この波動は聴覚器官に到達し、鼓膜を「興奮」させると音になります。 気体中で音波が発生すると、過剰な圧力と過剰な密度が生じ、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、一時的な気団の乱れ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。

ピストンがばね上の自由空間に吊り下げられ、「前後」の動きを繰り返すことを想像すると、そのような振動は調和振動または正弦波と呼ばれます（波をグラフとして想像すると、この場合は純粋な振動が得られます）減少と上昇を繰り返す正弦波)。 (上記の例のように) パイプ内のスピーカーを想像すると、 調和振動、その後、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、真空の反対の効果が得られます。 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、気体や液体中の音波は縦波ですが、固体では両方のタイプの音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。 固体内の音速は、材料の種類とその特性に直接依存します。 気体媒体内の速度は、媒体の 1 つのタイプの変形 (圧縮-希薄化) にのみ依存します。 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。温度が上昇すると音速は増加し、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、それに応じて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、これらの環境では、同じ温度依存性に加えて、 重要媒体の密度とその組成/構造があります。 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より複雑で、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、境界からの反射波の影響が必然的に発生します。 その結果、これが最も頻繁に発生します 干渉効果- 2 つ以上の音波が互いに重なり合うとき。 干渉現象の特殊なケースは、1) ビート波または 2) 定在波の形成です。 波の鼓動- これは、同様の周波数と振幅を持つ波の追加が発生する場合に当てはまります。 ビートの発生のイメージ: 類似した周波数の 2 つの波が互いに重なり合うとき。 このような重複がある時点で、振幅のピークが「同位相」で一致し、減衰も「逆位相」で一致することがあります。 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。 耳には、このビートのパターンは非常に明確に区別され、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、山が一致すると体積が増加し、谷が一致すると体積が減少します。

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。このような波が「出会う」とき、一方は順方向に動き、他方は逆方向に動きます。 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となります。 進行波とは異なり、定在波ではエネルギーの伝達がありません。これは、この波を形成する前方波と後方波がエネルギーを伝達するためです。 等しい量直接方向と反対方向の両方で。 定在波の発生を明確に理解するために、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システムがあるとします。 低音の多い曲を演奏してもらい、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）ゾーンにいるリスナーは、低音がほとんどないという効果を感じますが、リスナーが周波数の最大（加算）ゾーンにいる場合は、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

ほとんどの固体には固有の共振周波数があります。 この効果は、一端のみが開いた通常のパイプを例にすると非常に簡単に理解できます。 パイプのもう一方の端にスピーカーが接続されており、1 つの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、パイプには固有の共振周波数があり、次のようになります。 簡単な言葉でパイプが「共鳴」する、つまりパイプ自体の音を生成する周波数です。 スピーカーの周波数（調整の結果）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生じます。 これは、同じ「共振周波数」が見つかり追加効果が発生するまで、スピーカーがパイプ内の気柱の振動を大きな振幅で励起するために起こります。 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話者を「助け」、その努力が積み重なって、聞こえる大きな効果が「結果として」生じます。 楽器の例を使用すると、ほとんどの楽器の設計には共鳴器と呼ばれる要素が含まれているため、この現象は簡単にわかります。 特定の周波数や楽音を強化する目的に何が役立つかを推測するのは難しくありません。 例: ボリュームと嵌合する穴の形をした共鳴器を備えたギターボディ。 フルート管 (およびすべてのパイプ全般) の設計。 ドラム本体の円筒形で、それ自体が特定の周波数の共鳴体です。

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、空白で区切られた個々の周波数が表示されます。 連続スペクトルには、すべての音声周波数が一度に含まれます。
音楽や音響の場合、通常のグラフがよく使われます。 振幅周波数特性（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、たとえば強いか、 弱い面特定のスピーカーまたは音響システム全体、エネルギー出力の最も強い領域、周波数の低下と上昇、減衰、および低下の急峻さも追跡します。

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、小石を水に投げ込む必要があります。
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適用した場合) スピーカーが「前方」に急速に動き、次に同じ急速に「後方」に移動することに気づきやすいです。 まだ理解されていないことは、スピーカーが前方に移動すると音波を発し、それが後で聞こえるということです。 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? そして逆説的ですが、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、限界を超えることなく、箱の体積内で完全に伝播します (箱は閉じています)。 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。

ボリューム内にあるスピーカーが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？ 信号位相の音圧レベルです この瞬間空間のある時点での時間。 位相を理解する最も簡単な方法は、従来の床置きステレオ ペアの家庭用スピーカー システムによる音楽素材の再生を例に挙げることです。 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、両方の音響システムが可変音圧の同期信号を再生し、一方のスピーカーの音圧がもう一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からの信号再生の同期性、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する (変化を受けていない) が、今だけ互いに反対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 システムのうち 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 システムの「+」端子に「-」ケーブルを接続)スピーカーシステム）。 この場合、反対側の信号により圧力差が生じます。これを数値で表すと、左側のスピーカーは「1 Pa」、右側のスピーカーは「マイナス 1 Pa」の圧力になります。 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。 理解するためにこの例をさらに詳細に見てみると、「同相」で再生している 2 つのスピーカーが空気の圧縮と希薄化の同じ領域を作成し、それによって実際に互いに助け合っていることがわかります。 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圧縮された空気空間の領域には、2 番目のスピーカーによって作成される希薄な空気空間の領域が伴います。 これは、波の相互同期キャンセルの現象にほぼ似ています。 確かに、実際には音量がゼロになることはなく、非常に歪んで弱まった音が聞こえます。

この現象を説明する最もわかりやすい方法は、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、というものです。 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想像する方が分かりやすいでしょう。 同じ丸い時計がいくつか壁に掛けられていると想像してみましょう。 この時計の秒針が同期して、一方の時計では 30 秒、もう一方の時計では 30 秒動く場合、これは同相信号の一例です。 秒針がシフトして動くが、速度が同じである場合 (たとえば、ある時計では 30 秒、別の時計では 24 秒)、これは位相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 (半周期) シフトすると、古典的な逆位相が得られます。 実際には、小さな位相シフトが発生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。

波は平面と球形です。 平面波面は一方向にのみ伝播し、実際にはめったに遭遇しません。 球状の波面は波を表します シンプルタイプ、それは一点から始まり、あらゆる方向に広がります。 音波には性質があります 回折、つまり 障害物や物体を回避する能力。 曲がりの程度は音の波長と障害物や穴のサイズの比率によって決まります。 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) 障害物のサイズ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応じて異なります)。 )、障害物の背後に「音響影」ゾーンが形成されます。 2) 障害物のサイズ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。 音波が、ある媒質中を移動中に別の媒質との界面（たとえば、空気媒質と固体媒質）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。

態度 過圧振動体積速度に対する音波の抵抗は波の抵抗と呼ばれます。 話し中 簡単な言葉で言うと, 媒質の波動インピーダンス音波を吸収する、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当たると、音は表面で反射されるか、または大幅に吸収されます。 これは、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」しますが、逆も同様で、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「入射角は反射角に等しい」というよく知られた物理法則に従って発生します。 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」後の音波の曲がり（屈折）で構成され、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、波は減衰し、音が弱くなると言えます。 実際には、同様の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 メートル以上) の野原に立って、お互いに何かを言い始めた場合です。 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、聞こえにくくなります。 この例は、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 さまざまなプロセス熱伝達、分子相互作用、音波の内部摩擦。 実際には、ほとんどの場合、音エネルギーは熱エネルギーに変換されます。 同様のプロセス 3 つの音伝播媒体のいずれかで必然的に発生し、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。 吸収は特定の音の周波数にも依存します。 音波が液体または気体中を伝播すると、異なる粒子間に粘性と呼ばれる摩擦効果が発生します。 分子レベルでのこの摩擦の結果、波を音から熱に変換するプロセスが発生します。 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）。 音の周波数に対する吸収度の依存性は、前述の粘度や熱伝導率の依存性を考慮すると、音の周波数が高くなるほど吸音性が高くなります。 たとえば、次のようなとき 常温空気中では、周波数 5000 Hz の波の吸収は 3 dB/km、周波数 50,000 Hz の波の吸収は 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。 音が通過するとき 固体、波は多くの変形と歪みを受け、ほとんどの場合、音エネルギーの分散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、原子面が元の位置に戻るときに転位効果が発生することがあります。 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、転位の阻害が生じ、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、元の音波が歪むことになります。 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。

特徴を整理してみます 聴覚人間と音の伝播の微妙な点や特徴について説明します。

鳥のさえずり、雨や風の音、雷、音楽など、私たちが聞くものはすべて音とみなされます。

科学的な観点から見ると、音は次のことを表す物理現象です。 固体、液体、気体媒体内を伝播する機械的振動。 それらは聴覚を引き起こします。

音波はどのようにして現れるのでしょうか？

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すべての音は弾性波の形で伝わります。 そして波は、物体が変形するときに現れる弾性力の作用によって発生します。 これらの力は体を元の状態に戻そうとします。 たとえば、伸びた弦は静止しているときは鳴りません。 しかし、横に動かすとすぐに、弾力性の影響で元の位置を取ろうとします。 振動すると音の発生源になります。

音源は、片側に固定された薄い鋼板、管楽器の空気、 声帯人、ベルなど。

振動が起きると空気中では何が起こるのでしょうか？

他の気体と同様に、空気にも弾性があります。 圧縮に抵抗し、圧力が解放されるとすぐに膨張し始めます。 あらゆる圧力をさまざまな方向に均等に伝達します。

ピストンを使って空気を急激に圧縮すると、この場所の圧力はすぐに上昇します。 それはすぐに隣接する空気層に伝わります。 それらは収縮し、その中の圧力が増加し、前の層では圧力が減少します。 したがって、チェーンに沿って、増加したゾーンと 低血圧引き継がれます。

交互に側面に偏向し、音を鳴らす弦は空気を最初に一方向に圧縮し、次に反対方向に圧縮します。 弦がずれる方向には、大気圧よりもある程度圧力が高くなります。 と 反対側そこの空気が希薄になるため、圧力は同じだけ減少します。 圧縮と希薄化が交互に起こり、さまざまな方向に広がり、空気振動を引き起こします。 これらの振動はと呼ばれます 音波 。 そして、大気圧と空気の圧縮または希薄化の層の圧力との差は、と呼ばれます。 音響、 または 音圧。

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音波は空気中だけでなく、液体や固体の媒体中も伝播します。 たとえば、水は音を完全に伝導します。 水中で石の衝撃音が聞こえます。 水上艦のプロペラの騒音が潜水艦の音響に拾われます。 機械式腕時計を木の板の一方の端に置いた場合、板の反対側の端に耳を当てると、カチカチという音が聞こえます。

真空では音は違うのでしょうか？ 17 世紀に生きた英国の物理学者、化学者、神学者ロバート ボイルは、空気が送り出されるガラス容器の中に時計を置きました。 彼には時計のチクタクという音が聞こえなかった。 これは、空気のない空間では音波が伝播しないことを意味します。

音波の特徴

音の振動の形状は音源によって異なります。 ほとんど シンプルな形均一または調和振動します。 それらは正弦波として表すことができます。 このような振動は、振動の振幅、波長、および伝播周波数によって特徴付けられます。

振幅

振幅 V 一般的な場合物体の平衡位置からの最大偏差と呼ばれます。

音波は高圧と低圧の交互の領域で構成されているため、多くの場合、圧力変動の伝播プロセスと見なされます。 だからこそ彼らはこう話すのです 気圧振幅 波の中で。

音の大きさは振幅によって決まります。 大きいほど音も大きくなります。

人間の音声のそれぞれの音には、その音に固有の振動形式があります。 このように、音「ａ」の振動形状と音「ｂ」の振動形状は異なる。

波の周波数と周期

1秒あたりの振動数をいいます。 波の周波数 .

f = 1/T

どこ T – 振動の周期。 これは、1 回の完全な振動が発生する期間です。

期間が長ければ長いほど周波数は低くなり、その逆も同様です。

国際測定システム SI における周波数の測定単位は、 ヘルツ (Hz)。 1 Hz は 1 秒あたり 1 回の振動です。

1 Hz = 1 秒 -1 。

たとえば、周波数 10 Hz は 1 秒あたり 10 回の振動を意味します。

1,000Hz = 1kHz

音の高さは振動周波数によって決まります。 周波数が高くなるほど、音のピッチも高くなります。

人間の耳はすべての音波を知覚できるわけではなく、16 ～ 20,000 Hz の周波数を持つ音波のみを知覚できます。 音とみなされるのはこれらの波です。 周波数が 16 Hz 未満の波は超低周波と呼ばれ、20,000 Hz を超える波は超音波と呼ばれます。

人は超低周波も超音波も知覚しません。 しかし、動物や鳥は超音波を聞くことができます。 たとえば、チョウは 8,000 ～ 160,000 Hz の周波数の音を聞き分けます。 イルカが知覚できる範囲はさらに広く、4万から20万ヘルツの範囲です。

波長

波長 は、同じ位相にある高調波の 2 つの最も近い点の間の距離です。たとえば、2 つの山の間の距離です。 として示されます ƛ .

1周期に等しい時間内に、波はその長さに等しい距離を進みます。

波の伝播速度

v = ƛ /T

なぜなら T = 1/f、

それ v = ƛ f

音速

実験によって音の速度を測定する試みは 17 世紀前半に行われました。 英国の哲学者フランシス・ベーコンは、著書「ニュー・オルガノン」の中で、光と音の速度の違いに基づいて、この問題を解決する独自の方法を提案しました。

光の速度は音の速度よりもはるかに速いことが知られています。 したがって、雷雨のとき、私たちは最初に稲妻が見え、その後初めて雷鳴が聞こえます。 光と音源と観察者との間の距離、および光のフラッシュと音の間の時間を知ることで、音速を計算することができます。

フランスの科学者マリン・マルセンヌはベーコンのアイデアを利用しました。 マスケット銃を発砲した人物から少し離れたところにいた観察者が、閃光から発砲音までの経過時間を記録した。 次に、距離を時間で割って音速を求めます。 実験の結果、速度は448m/sであることが判明した。 これは大まかな見積もりでした。

で 19 世紀初頭世紀に、パリ科学アカデミーの科学者グループがこの実験を繰り返しました。 彼らの計算によると、光の速度は350〜390 m/sでした。 しかし、この数字も正確ではありませんでした。

理論的には、ニュートンは光の速度を計算しようとしました。 彼は、ガスの挙動を説明するボイル・マリオットの法則に基づいて計算を行いました。 等温 （一定温度で）プロセス。 そしてこれは、ガスの体積の変化が非常にゆっくりで、なんとか諦めたときに起こります。 環境その中で生じる熱。

ニュートンは、圧縮領域と希薄化領域の間では温度がすぐに等しくなるのではないかと考えました。 しかし、このような状態は音波には存在しません。 空気は熱の伝導が悪く、圧縮層と希薄層の間の距離が大きくなります。 圧縮層からの熱は希薄化層に移動する時間がありません。 そして両者の間に温度差が生じます。 したがって、ニュートンの計算は間違っていることが判明しました。 彼らは 280 m/s という数字を与えました。

フランスの科学者ラプラスは、音波が空気中を伝播するというニュートンの間違いを説明することができました。 断熱的 気温の変化に伴う状況。 ラプラスの計算によると、温度 0 ℃の空気中の音速は 331.5 m/s です。 さらに、温度が上昇すると増加します。 そして、温度が 20℃に上昇すると、すでに 344 m/s に等しくなります。

媒体が異なれば、音波は異なる速度で伝わります。

気体と液体の場合、音速は次の式を使用して計算されます。

どこ と -音速、

β - 媒体の断熱圧縮率、

ρ - 密度。

式からわかるように、速度は媒体の密度と圧縮率に依存します。 空気中では液体よりも少なくなります。 たとえば、温度 20 ℃の水中では 1484 m/s に相当します。 さらに、水の塩分濃度が高いほど、音は水中をより速く伝わります。

水中の音速は 1827 年に初めて測定されました。この実験は、マリン マルセンヌによる光速の測定をいくらか思い出させます。 あるボートの側面から鐘が水中に降ろされました。 最初のボートから13キロ以上離れたところに2番目のボートがありました。 最初の船では鐘が打ち鳴らされ、同時に火薬に火が点火されました。 2 番目のボートでは、フラッシュの時刻が記録され、次にベルの音の到達時刻が記録されました。 距離を時間で割ると、水中の音波の速度が求められます。

サウンドはソリッドメディアで最も高速です。 たとえば、鋼では 5000 m/s 以上に達します。