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:::: 第4回放送　 かわいい物理学／音 vol.3::::

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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3回　「気柱共鳴」

　パイプの中で何が起こっているかというのは、これを見てもらうとわかりやすいのでまたスリンキーで考えます。これをパイプの中の空気だと思ってください。適当にこちら側から息を吹き込んでやるわけね。そうすると、適当に吹き込むと適当に動くんですけど、うまくやってやるとこのように真ん中あたりだけが、やたら濃くなったり薄くなったりするのが見えると思います。これ、はっきり見えてますよね。これを絵で描くと、たとえば(こんな感じになります)。圧力の濃い薄い(高い低い)の違いですから、圧力の変化がこの真ん中、(これがパイプですね)、このへんが大きくてこのへんが小さいですよ、という絵を描いています。まぁなんかこんな状態になってるわけです。パイプの中ではこんな状態が実現します。で、音はこのへんから漏れてくるという感じになります。それで、今はうまく調整したわけですけれど、本当のパイプに空気を吹き込むときには、実は何もしなくても、(調整しなくても)自動的にこういう状態が実現します。それは、こういうふうに振動するのが一番効率良くエネルギーを吸うことができるということなんですけど、そういうのを共鳴といいます。とにかくパイプの中では適当に吹いてれば、もう勝手に最後はこういう状態になるんだと思ってください。実は細かいことを言えば、ほんとはパイプが閉じていると閉じてないとで変わるんですけど、それは置いておきます。

　そうすると、この絵でいえば、真ん中付近が大きく振動しますから大きく気圧が変わり、それが漏れてくる。すると、その漏れてくるときの気圧の振動の周期っていうのは、要するにこのパイプの(端と端の)距離がどのくらい離れているかで決まり、遠くまで離れていればゆっくり来るでしょうし、これが短ければ速くどんどん振動が来るでしょうから、パイプの長さが短ければ短いほど速い振動がやってくるだろうと。パイプが短ければ高い音がして、パイプが長ければ低い音がするだろうと。で、このサンポーニャはそうなってますね。サンポーニャは閉じてますからちょっと違うんですけども、基本的にはそういうことです。で、それはどんなパイプでもそうで、例えばこのリコーダーはそういう原理を使っています。これ、穴を押さえるので一見パイプの長さを変えてるように見えないと思いますが、実はこれ、効果としてはパイプの長さを変えているのと同じことになります。で、ほんとにパイプの長さを変えてみてもいいわけです。だからリコーダーの吹き口、吹き口っていうのは(別にここが笛になってるわけではないんですけど)、単に空気を乱してるだけで、これだと音でますけど、ちょっと(だけ)パイプがついてるからで、純粋に吹き口だけを持ってきても音はしません。で、そこにパイプがついてることによって特定の音程が出るわけです。ですから、どんなパイプでもよくて、吹き口の先に適当な長さのパイプをつけてやればよろしいと。これ、例えば紙を詰め込むと音が出るわけです。で、この長さを変えてやると音程が変わるわけです………切りそこないましたけれども、このように、パイプの長さを変えていくと音程は変えることができます。で、たとえばこれは、うなり棒ですけれども、これも要するに、グルグル回してやるとこのへんから空気が入っていって、風が起きて空気が入っていってこのパイプの長さで決まる適当な音を出してくれるということになります。

　それで実はですね、こういう状態だけじゃなくて頑張ればこういうのも作ることができます。この場合にはふたつあるわけね、ふたつあって、そうすると、ここまでの距離が短くなりますからそのぶんだけ高い音が出ますけれども、今のこれとこれ比べるとちょうど長さ半分になってますから、この場合には半分の時間で振動します。つまり周波数が倍になりますから、音程はちょうど１オクターブ上がるはずです。で、ほんとに１オクターブ上がるかどうかはパイプが閉じてるかどうかにもよるんですが、とにかくひとつのパイプで実は何通りかの音を出せる。ただしそれは、連続に変えられるんじゃなくて、決まったある間隔で変わった音しか出せない。例えばオクターブ違うとか、あるいは場合によっては5度違うとかなんですけど、いわゆる倍音というものしか出せないということになります。ですから、例えばこれでもその音を出すことができて、（試しに音をだす）速く振っていくとだんだん高い音が出ますけれども、決してこれ連続して高くなっていくんじゃなくて、不連続に突然高い音に変わっていきます。いわゆる倍音というやつ。で、倍音はこの弦楽器でもあって、いわゆるハーモニックス。フラジオレットというのかな、バイオリンとかでは。こういう音ですけれども、この辺を軽くさわってこうやると高い音が出ます。これも、弦の振動が、全体に振動する代わりに半分だけが振動することによって、ちょうど１オクターブ上がるということになるわけです。ま、だいたい音の話はこんな感じなんですけれども、よろしいでしょうか？　＜終＞
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