理科の自由研究 バックナンバー目次へ戻る
音には速さがあるの／「山びこ」はどうしておこるの／「音波」とは何？
音の三要素って何？／ドップラー効果って何？
魚群探知機は音を出しているの？
私たちは「音」のある世界にいます。音はどのように私たちに聞こえるのでしょう。また，音って何なのでしょう。
● なぜ音は聞こえるの
Ｑ：「音」はどうして聞こえるのでしょうか。
→『スーパー理科事典』 p.490参照
音を出す物体が振るえる（振動：しんどうする）と，その振動が空気に伝わり，空気中を伝わっていきます。
空気中を伝わってきた音は，私たちの耳（耳殻：じかく）で受け止められ，鼓膜（こまく）を振動させます。その振動が耳の器官を通って，脳（のう）に伝えられ，私たちは音として感じとることが出来るのです。
|
物の振動→空気中などを伝わる→耳の鼓膜を振動させる →脳で「音」として感じる |
|
● どんな音でも聞こえるの
Ｑ：私たちには，どんな音でも聞こえているのでしょうか。
→『スーパー理科事典』 p.490参照
残念ながら，人の聞き取れる音は，高い方にも低い方にも限界があります。
一般に，人が感じる音は，約２０〜２万Ｈz（ヘルツ）*1といわれています。
・人の声……80〜1000Ｈzぐらい
・超音波……２万Ｈz以上になると，人の感じ取れない音となります。このように，振動数（しんどうすう）が非常に多い音を超音波といいます。→下の「魚群探知機」を参照。
|
|
|
● 物による音の伝わり方
Ｑ：音はどんな所でも伝わるのでしょうか。宇宙ではどうなんですか。
→『スーパー理科事典』 p.491参照
音は空気中や水中，金属や木・石など「もの」があるところはどこでも伝わります。（しかし，ゴムやスポンジなどのように，やわらかいものは，音はあまりよく伝わりません。）
では，「宇宙」ではどうなんでしょうか。
「宇宙」というのは，「空気」の無いところですね。空気のない「真空」で実験をすると，音は伝わらないことが分かります。宇宙は音のない世界なのです。
| 物体の振動を伝える物がなければ音は伝わらない。 |
● 音には速さがあるの
Ｑ：雷（かみなり）が光ってしばらくしてから音が聞こえますが，音は光よりも遅いのですか。
→『スーパー理科事典』 p.490-p.491参照
音の速さは光の速さ*2に比べてかなり遅いのです。音が空気中を伝わる速さはおよそ１秒間に３４０ｍ程度です。もう少しくわしくいうと，
音の速さ＝331.5＋0.6×（その時の温度）〔ｍ／秒〕
のように表されます。
また，伝える物質によって，伝わる速さも違います。
下の表は，物質中を伝わる音の速さの違いを表しています。
| 物 質 | 速 さ |
| 水(25度) | １５００ ｍ／秒 |
| 氷 | ３２３０ ｍ／秒 |
| 鉄 | ５９５０ ｍ／秒 |
| ガラス | ５４４０ ｍ／秒 |
○ためしてみよう／雷（かみなり）までの距離（きょり）を求める
雷の稲光（いなびかり）が光ったときから，音が聞こえるまでの時間を計ってみる。
計った時間に音の速さ約３４０ｍ／秒をかけると，雷までのおよその距離がわかるよ。
● 「山びこ」はどうしておこるの
Ｑ：ハイキングに出かけ，山に向かって大きな声を出すと，ちょっと間をおいて「山びこ」が返ってくる。なぜ？
→『スーパー理科事典』 p.493参照
|
音は物に当たると反射するのです。反射のしかたは「光の反射」と同じように 入射角＝反射角 です。
音の反射は，物によってよく反射する物とあまり反射をしない物があります。
・音をよく反射させる物……鏡，ガラス，下じき，金属板など
・音をあまり反射しない物（音を吸収する物）……スポンジ，布，綿など
上の例からもわかるように，表面がなめらかでかたい物が音をよく反射させます。また，表面がざらざらした物や穴の多い物などが音をよく吸収します。
● 「音波」とは何？
Ｑ：「音波」という言葉を聞くことがあります。音は波なのですか。
→『スーパー理科事典』 p.494参照
音は，物体が振動し，この振動が空気中に伝わって聞こえるのですね。
ちょっと難しいかもしれませんが，物体の振動が空気中を伝わっていくとき，空気の濃い層とうすい層になって，交互に伝わっていくのです。*3
このように，音は，空気のような伝える物質が，濃くなったりうすくなったりしながら伝わっていくので，疎密波（そみつは）と呼ばれています。
この「疎密波」は，振動する方向と進む方向が同じであることから，「縦波（たてなみ）」とも呼ばれています。
この「疎密波」を「音波」といいます。音波は，下のような波形（はけい）で表されます。
|
|
|
● 音の三要素って何？
Ｑ：音は，「音の大きさ」「音の高さ」「音色（ねいろ）」で表せるといわれる。よくわからないなー。
→『スーパー理科事典』 p.494-p.495参照
音は，上の図のように，「音波の振幅（しんぷく：ふれはば）」「音の波長（振動のしかた）」「音の波形（波の形）」で決まります。
・音の大きさ……ギターの１本の弦（げん）を大きくはじくと大きな音が出ますね。音の大きさ（音の強弱）は，「音波の振幅」によるのです。
→音の大きさは，デシベル（ｄＢ）やホンという単位を用います。
・音の高さ……ギターの１本の弦で，長いままではじいたときと，短くしてはじいたときでは音の高さが違いますね。このとき，弦のようすをよく見ると，弦の短いときの方が振動が速く感じられます。
音の高さ（音の高低）は物体の振動する速さ（振動のしかた：振動数）によるのです。
→振動数は「音の波長」と関係し高い音は波長が短く，振動数が多いのです。
・音色……音色は，「音の波形」の形の違いによります。
下の図を見て分かるように，「おんさ」はもっとも単純な音色です。
|
|
|
● ドップラー効果って何？
Ｑ：サイレンを鳴らしながらやってくる救急車が目の前を通り過ぎると，急に音が低くなる。なぜだろうか？
→『スーパー理科事典』 p.495参照
音を出している物体（救急車）が速く運動すると，静止してこの音を聞いている人には，見かけ上，音波の波長が短くなったり，長くなったりします。このため，実際の音よりも高く聞こえたり，低く聞こえたりするのです。これをドップラー効果というのです。
● 魚群探知機は音を出しているの？
Ｑ：潜水艦（せんすいかん）は，超音波を出して自分の位置や周囲の物体の様子をうかがっているというが，これは，魚群探知機と同じなのですか。
→『スーパー理科事典』 p.496参照
音波は，水中では空気中より速く，１秒間に約１５００ｍの速さで進みます。また，振動数が人の耳では聞こえない２万Ｈz以上の超音波は，比較的まっすぐに進みます。このことを利用・応用して，水中の物体の探知・水深測定などを行うのです。（この方式をソナー：ＳＯＮＡＲ*4といいます。）
船や潜水艦などでは，超音波を発信し，他の船や魚群などから反射されてもどって来るまでの時間から距離をはかったり，反射されてくる音の方向か船や魚群などの方向を知ることができます。
＊１ Ｈz（ヘルツ）……物体が振動するとき，１秒間に振動する回数を振動数といい，「Ｈz：ヘルツ」という単位で表します。
例えば，物体が１秒間に10回振動したときの振動数を10Ｈzといいます。
また，振動数が多いとき「高い音」，振動数が少ないとき「低い音」として聞こえます。
＊２ 光はおよそ１秒間に３０万ｋｍの速さ（地球を１秒間に７周半もする）で進んでいます。
＊３ 振動が，空気のこい層とうすい層の交互に伝わっていくようすは，ちょうど，水面に小石を投げると，水の波が広がっていくようすに似ています。
＊４ ソナー：ＳＯＮＡＲ……sound navigation ranging の略。
■詳しい解説は→『スーパー理科事典』 p.490-497参照
→クリック！ 「もくじ」で自分の知りたい項目があるか探してみよう。
（第18回 2001.6.24）