音波
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人間は声を通してコミュニケーションを行います。声を伝えるものが音波です。空気が弾性を持つので、発音体が起こした振動が空気の疎密となって周辺に伝わります。
単に空気の振動があるかどうか、だけでは意思の疎通を充分に行えないでしょう。音波は波動の一種なので、波動としての性質を持っています。そこで、人間は音波に込められた色々な情報を利用できるように進化してきました。
まず、人間の耳は音程を認識します。つまり、音波の振動数の違いを認識します。人間が聞くことのできる振動数は20～20000[Hz]と言われています。音波の振動数に応じて耳の中の蝸牛管の反応する部位が変化することにより、人間は振動数の高低を認識します。人間以外の動物では、より高い振動数を聞く能力をもつ肉食獣や、より低い振動数を認識する象のような動物もいるそうです。
また、人間は音波の強弱を認識します。音波の強弱は空気の振動の振幅の大小によります。大きな声で叫べば危機感がより伝わり、周囲に漏れないようにヒソヒソと話す場合には、小さな声で話します。
さらに人間は、音楽を聴く、という文化的な耳も持っています。波動現象は多くの振動数の重ね合わせ、
(
は音波の振動数、音程を決める振動数
の音に対して、
，
，･･･の音を倍音と言います。
は、その振動数の音波の振幅)という側面も持っています。
，
，
，･･･の状況は、音色、と言う形で人間に認識され、これを音楽として感受するように人間はできています。
高校物理では、以上の音波の性質のうち、音波の振動数f ，波長λ，音波の伝播速度
などについて扱います。
音速v[m/s]については、気温をt ℃として、
･･･①
音波を伝える媒質は、空気だけでなく、金属のような固体、水のような液体、ということもあります。音源としては、主に、弦の振動、管(気柱)の振動を扱います。
音波も波動現象なので、反射、屈折、干渉、回折、などの現象を起こします。
また、音波に特有の現象として、うなり、ドップラー効果があります(もちろん、光波にも、うなり、ドップラー効果はあります)。
それぞれのリンク先を参照してください。
音波の屈折については、以下の現象が知られています。
よく晴れた冬の夜に放射冷却現象によって地表の温度が下がると、温度は地表から上空に行くに従って高くなります。音速は、①式のように、気温が高くなると大きくなります。右図のように大気を幾つかの層に分けて考えると、地表のA点から出た音波は、層と層の境界面で屈折の法則により、入射角よりも屈折角の方が大きくなるように屈折し、やがて最高点Hに到達したところで全反射し、地表に向かって進んできます。すると地表の点Bで、地点Aで発射された音を聞くことになります。こうして、はるかに離れた遠い街の雑踏の音や列車の音が聞こえるようになります。
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