音の大きさと高さ
カワウソ先生振幅=波の高さ=音の大きさ、振動数=波の数の多さ=音の高さ。オシロスコープの波形を見るときはこの2つを分けて見るよ。
30秒でつかむ
- 音を出している物体(発音体)が1秒間に振動する回数を振動数といい、単位はHz(ヘルツ)。振動数が多いほど音は高くなる。
- 発音体が振動する振れ幅を振幅という。振幅が大きいほど音は大きくなる。振幅と振動数は、音の大きさと高さをそれぞれ別に決める。
- オシロスコープで音を波形に表すと、波の高さが振幅(音の大きさ)、波の間隔のつまり方が振動数(音の高さ)に対応する。
詳しく
公式
発音体が1秒間に振動する回数を振動数といい、単位はHz(ヘルツ)。振動数が多いほど音は高くなる。
発音体の振動の振れ幅を振幅といい、振幅が大きいほど音は大きい。音の大きさと高さは、振幅と振動数のそれぞれ別の性質で決まる。
1回振動するのにかかる時間を周期といい、周期と振動数は逆数の関係にある(周期=1/振動数、振動数=1/周期)。
例題
例題1:振動数500Hzの音が1回振動するのにかかる時間(周期)は何秒か。周期=1/振動数=1/500=0.002秒。
例題2:周期0.01秒の音の振動数は何Hzか。振動数=1/周期=1/0.01=100Hz。
例題3:モノコードの弦を今より短く張りかえると、出る音の高さはどう変わるか。弦を短くすると振動数が増えるので、音は高くなる。
なぜそうなるか
弦や空気の振動は、1秒間に何回往復するかで振動数が決まる。弦を短くしたり強く張ったりすると、1往復にかかる時間が短くなるため振動数が増え、音が高くなる。弦を太くするほど振動数が減るため、音は低い。
強くはじくほど弦の振れ幅(振幅)が大きくなり、空気を押す力が強くなるため、耳に届く音も大きくなる。振幅は音の高さには関係しない。
オシロスコープの波形では、振幅は波の高さとして、振動数は同じ時間に入る波の数(波の間隔のつまり方)として現れる。波が高いほど大きい音、波の間隔が狭いほど高い音を表す。
確認問題
確認問題(解答用紙)
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/loudness-and-pitch/?from=print#quiz
振動数500Hzの音が1回振動するのにかかる時間(周期)は何秒か。
- ◯ 0.2秒
- ◯ 0.02秒
- ◯ 0.002秒
- ◯ 500秒
正解:0.002秒
周期=1/振動数=1/500=0.002秒。周期0.01秒の音の振動数は何Hzか。
- ◯ 0.01Hz
- ◯ 10Hz
- ◯ 100Hz
- ◯ 1000Hz
正解:100Hz
振動数=1/周期=1/0.01=100Hz。モノコードの弦を今より短く張りかえると、出る音の高さはどう変わるか。
- ◯ 聞こえなくなる
- ◯ 変わらない
- ◯ 低くなる
- ◯ 高くなる
正解:高くなる
弦を短くすると振動数が増えるので、音は高くなる。モノコードの弦を今より強くはじくと、音の大きさと高さはどうなるか。
- ◯ 音は大きく、高くもなる
- ◯ 音は大きくなるが、高さは変わらない
- ◯ 音は高くなるが、大きさは変わらない
- ◯ 音の大きさも高さも変わらない
正解:音は大きくなるが、高さは変わらない
強くはじくと振幅が大きくなり、音は大きくなるが、振動数は変わらないので音の高さは変わらない。
単元のポイント
- 振動数 1秒間に振動する回数。単位Hz。多いほど音が高い
- 振幅 振動の振れ幅。大きいほど音が大きい
- 周期 1回振動するのにかかる時間。振動数の逆数(周期=1/振動数)
- モノコード 弦を短く・強く張るほど振動数が増え、音が高くなる