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:::: 第3回放送　かわいい物理学／音 vol.2::::

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　"かわいい物理学／音"

ロックとSFを愛する物理学者・菊池誠先生によるとっても楽しい物理学講座。「物理」と聞いただけで拒否反応を示してしまう文系の皆さんにもわかりやすいように解説します。今回は“音”をテーマに3回シリーズでお届けします。

音は空気の波です。そうですね。では、ギターがなぜ鳴るか説明できますか。弦が振動するから？それでは答の半分にしかなりません。身近な音もよく考えてみるとなかなか深いものなのです。

PROFILE

:: 菊池誠（きくちまこと）

1958年、京都生まれの弘前育ち。大阪大学サイバーメディアセンター教授。物理学者。しかし、その実態は単なるロック親父。最近プログレ系テルミニストとして神戸チキン・ジョージにミュージシャン・デビューを果たす。ＳＦ評論家と呼ばれることもあるが、その実態は単なるＳＦオタク。訳書に「ニックとグリマング」「メアリと巨人」（ともにＰ・Ｋ・ディック。後者は共訳）。と学会会員。妻はボーイズラブ愛好家。息子はオタク見習い。

ホームページ
http://www.asahi-net.or.jp/~dm6k-kkc/MCT
http://www.cp.cmc.osaka-u.ac.jp/~kikuchi/

第２回「音程と音色と楽器」

　そういうわけで、（気圧の高いところと低いところがしましまになって）濃いところと薄いところが順にやってくると、音が聞こえるんですが、（その波が）440回くれば「ラ」の音に聞こえるというわけですね。で、濃い薄いの来方にもいろいろあるんですけれど、よく「波形」という言葉を聞くと思いますが、例えばこういう絵を見ることがあります。一応見方を説明しておきます。横が時間で縦が圧力・気圧ですね。例えば、耳のところで感じる圧力を、時間が経つとどう変わるかを描いたのがこの絵です。まあ最初、こう、ゼロぐらいから来て、少し圧力が高くなって低くなってと。これが一周期ですね。こいつが440回繰り返されると「ラ」の音が聞こえるわけですが、来方がいろいろありますね。もっと無茶な来方もあります。たとえば、こんなんだっていいわけですね。急に圧力がボーンと上がってボーンと下がるっていう、こんなんだってよくて、これを440回繰り返すことができます。それから、あるいは、だんだん上がってってストンと落ちるというのも、440回繰り返すことができます。

じゃあいったい、その違いはどういうふうに聞こえるかというのをちょっと聞いてみたいと思います。まずですね、まずこの一番あたりまえそうな絵の音ですが、こういう音が、こういう波が、こういう圧力が来ると、こんなふうに聞こえます。これ、「ラ」の音です。それでは、こういうやつですね、けっこう無茶な圧力が来るとどうなるか。耳のそばで圧力がどんと上がってどんと下がるんですが、まぁ、きたない音ですけど、よく聞いてみるとさっきの音程と同じなんですね。今度はこれですけども、これも聞いてみるとなんとなく濁った音ですけども、やっぱり音程としては「ラ」に聞こえます。で、違いは何かっていうと、音色が違って聞こえるわけですね。だから音にはこういういろんな波形というものがありますけれど、それの違いをわれわれは音色として、音色の違いとして感じるんだと。そういうことです。

次は楽器の話をします。決まった音程の音を作りたいわけです。決まった音程の音を作るためにはどうすればいいかというと、なんか振動するものを用意してきて、その振動を空気の疎密波に変えてやればよろしいということになります。なんでもいいわけですね。決まった振動をするものというと例えば普通はこう振り子のようなものを思い浮かべます。こう、ちゃんと規則正しく振動してくれますが、これちょっと遅すぎます。この速度では音にならないので何か別のものを考えます。

で、これは音叉です。音叉っていうのは硬い棒でできてますけども、ふりこみたいなもんです。たとえばこう叩くと一秒間に440回規則正しく振動するようになっています。ですから、こう規則正しく振動してその振動が空気に伝わって音になる。というふうに説明しますけれども、半分ウソです。これは半分ウソで、この音はたぶん聞こえないと思います。で、これを（叩いた音叉を机にあてる　と、プーと音叉が鳴る）こうすると聞こえます。これ、音が増幅されてるように思いますけれども、よーく考えてみると、アンプとマイクでやってるわけじゃないですね。ただ単に木の板にあててるだけですが、木の板に当ててるだけで音が大きくなるんです。で、アンプって増幅するときには電気の力を使ってますからエネルギーを加えてるんですけど、今の場合はこう、叩いたときに与えたエネルギーしかないので、増幅という言い方はあんまり正しくないと思います。で、何が起きてるかといえば、空気をよく振動させたいわけですよね。でも、これ細いんで、振動しても空気をすかすか切っちゃうだけであまり効率よく空気の波になりません。ところが、その振動を板に伝えてやると板は面ですから効率よく振動する。効率よく空気を押したり引いたりできるわけです。だから、振動するものがあったら、それを今度は面で受けてやって、空気の振動に変えてやるというのがまぁ、一番いいやり方ということになります。

で、これとよく似たものとしては弦がありますね。弦、ウクレレの弦です。弦も強く張った弦は割りと速く振動してくれます。で、決まった回数だけ振動してくれて、それを。実はここに板がついてるのが重要です。今、サイレントギターとかありますけど、ああいうのがちいさい音しかしないのは板がついてないからです。だから、箱になってることよりも、実は板があることが重要で、この振動がここを伝わってこの板を上下させることによって、空気を押したり引いたりして、決まった音程が出てくる、という仕掛けになっています。で、一応こういうものは初めから決まった振動をするように用意されたものであって、その振動を板で伝えて空気の疎密波に変えていくという仕掛けのものです。同じように決まった振動をするものに、鉄の板があります。これ、ハーモニカなんですけども、ハーモニカの中には鉄の板が入っていて、吹くとその中の板が決まった回数だけ振動して、ばたばたっと震えて、それが空気の密の波になって伝わっていくんですけれども、ただ吹いてやるだけなのに決まった回数だけ振動してくれるようになります。ただ吹いてやるだけなのに決まった回数振動してくれるものには他に気柱、パイプがあります。パイプというのは例えばこのサンポーニャ。サンポーニャはただのパイプです。こちらがふさがってますけどただのパイプです。これは吹くと（フォフォフォフォーと吹く）特定の音がします。長さの違うやつは違う音程がして決まった長さのものは決まった音程で鳴ります。で、これは何が起きてるかというと、これ、気柱共鳴とよばれる現象が起きています。次回は、気柱共鳴についてちょっと説明したいと思います。