振動と波動
音の物理的・生理的特徴
振幅・基本周波数・倍音が音の波形をどう形作るかを観察します。音の高さを周波数に、大きさを振幅・音の強さレベル dB に、音色を倍音スペクトルに対応させます。
⚠ 表示のみのシミュレーションです。実際の音では、長時間85 dBを超える音量を避けて聴覚を守ってください。
器具
- キャンバス上に変位曲線として描かれる音波モデル
- 波の振幅スライダー
- 基本周波数と第2倍音比率のスライダー
- 量の表示と一時停止ボタン
手順
振幅を変える：音の大きさ
振幅スライダーを動かします。形は変わらず波の山が高くなります。振幅が大きいほど音圧変動が強く大きな音に聞こえます。強度は振幅の二乗に比例するので、振幅を2倍にすると は約6 dB上がります。
基本周波数を変える：音の高さ
周波数スライダーを動かします。波は時間軸方向に縮み・伸びます。周波数が高いほど高い音になり、2倍で1オクターブ上がります。f の表示を記録し、図上の周期 T = 1/f と対応させます。
倍音を加える：音色
第2倍音スライダーを上げます。波形は純粋な正弦波から外れて鋭くなります。高さも大きさも同じですが音色が変わります。異なる楽器の違いのようなものです。0に戻して基本の正弦波と比べましょう。
シミュレーション
実験の歴史
マラン・メルセンヌは1630年代に音の周波数を初めて測定し、音の高さを毎秒の振動数に結びつけました。成果は『万有調和論』（1636）に収められています。ガリレオも弦の音高が周波数に対応することを観察していました。
1863年ヘルマン・フォン・ヘルムホルツは共鳴器を使って倍音を分析し（『音感覚論』）、音色＝倍音スペクトルの概念を確立しました。1933年フレッチャーとマンソンが等ラウドネス曲線を測定し、知覚される音の大きさが周波数に依存することを示しました。現代の心理音響学の基盤です。