2021.08.19
コラム

音の正体と音の三要素(大きさ・高さ・音色)とは?

私たちの生活の中で「音」とはとても身近な存在のイメージがあります。一概に音といっても、人の声、車の走行音、動物の鳴き声、楽器演奏、ラジオなど幅広く種類があります。また、同じ音でも音楽は人の心を豊かにしますが、騒音は人の心を不快な思いにしてしまいます。

目次
1.音の正体について
2.音の三要素について
2-1.音の大きさ
2-2.音の高さ
2-3.音色
3.音が聞こえる仕組み
4.最後に

音の正体について

音の正体は、物体の振動によるものになります。では、なぜ振動すると音となって私たちの耳に届くのでしょうか。
私たちの生活上では、物体が振動すると、その振動は空気に伝わります。その空気は振動によって押し出され、圧縮されます。その後、圧縮された空気はその隣の空気を押し出し、隣の空気もまた圧縮されます。押し出した側の空気は圧縮から解放され、もとの空気に戻ります。そして次の振動がまた押し出されて・・・と、繰り返されます。
その現象で空気には圧縮された圧力の高いところと、解放された圧力の低いところが存在するようになります。つまり、波に変わります。
音は音を出す物体の振動によって空気の疎密が生じて、これが周りに広がります。音の進行方向でバネの伸縮状態を模擬して考えることが多いです。
ちなみに、水中でも音は届きます。さらに空気よりも密度や弾性が高いことから、空気よりも音の伝わる速度が速く、遠くまで伝わる性質を持っています。

音の三要素について

人はさまざまな音を分けて感じることができます。大きく分けると「音の大きさ」「音の高さ」「音色」の3つに分かれますが、これを「音の三要素」といいます。この中で、音の大きさと音の高さについては、測定機器で数値化できますが、音色は音の波形のため、同じ音の大きさと音の高さであっても異なる音の聞こえ方をする特性があります。バイオリンなどの楽器は楽器職人がさまざまな工夫を凝らすことと演奏者の技量で心地よい音色に仕上げています。

音の大きさ

音の正体は物体から発生した振動が変化した音圧です。音の大きさはこの音圧の大きさともいえます。音圧の単位はパスカル(Pa)です。人が聞くことのできる音圧の範囲は0.00002Pa~200Paといわれており、その幅は1000万倍にもなります。普段よく使われるデシベル(dB)という単位は、この桁の大きい数値の幅を0~140の範囲に変換したものになります。

音の高さ

音が高いとは、どのようなイメージがあるでしょうか。高い音はキンキン、キーンといった耳鳴りに近い音や高すぎて聞こえない超音波を、低い音はバンド演奏のベース音やクラブのウーファー音を想像する人もいると思います。これらの音の違いは音の大きさではなく、音の性質による周波数の違いによるものになります。

音色

これまで、音の大きさで音圧、音の高さで周波数を紹介しました。では、同じ音の大きさ、同じ周波数の音を再現できれば、どんな楽器でも同じ音に聞こえるでしょうか。答えは違いますね。たとえ演奏者が同じ周波数の音を同じ大きさで演奏しても、音には個性があります。この特性が音色です。これは、演奏する楽器が一つの周波数の音(純音)だけを出すことができないことにあります。500Hzの音を出した場合、その倍にあたる1000Hzやその倍の2000Hzの音も出て、適度に混ざり合った波になります。この波形が音色であり、どの程度混ざり合っているかの違いこそが、楽器ごとの音色の違いを生み出すのです。管楽器を演奏するとき、演奏者は管楽器についているピストンを指で押さえて管の長さを任意に変えます。この長さが音階を決定しているため、数種類の音しか出すことはできません。
一般的に小さい楽器は高音を出すのが得意で、大きい楽器は低音を得意とします。振動できる数が限定され、波同士で共鳴が起こり増幅され、音として発生させます。
音色の研究は古くからおこなわれていますが、未だに十分な解明ができておらず、今後の動向に注目が集まることでしょう。

音が聞こえる仕組み

人間の耳は、おおきく3つの部位に分かれます。耳外と外耳道からなる部分で外耳道の最も奥に鼓膜が張られる「外耳」、鼓膜から先が「中耳」、内耳の更に奥の三半規管がある「内耳」で構成されます。
まず、物体の振動によって発生した音圧は、外耳道を通ります。その微少な音圧の違いが外耳道奥の鼓膜に伝わり、鼓膜が振動します。振動した鼓膜は、中耳にある耳小骨を伝え、伝搬中に増強させ、内耳へ伝わります。内耳ではリンパ液や有毛細胞が振動することにより、神経伝達物質が放出されて電気エネルギーに変換されて、聴神経から脳へ伝わります。

最後に

音は物体の振動から生まれ、その振動の大きさや波の間隔で、音の大きさの強弱や音の高さが決まります。これらの音が相まって心地の良い音色や時には不快な騒音にもなります。音の世界は物理学なので一見すると抵抗があるかもしれませんが、少しでも音の仕組みに興味を持っていただけると幸いです。

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