- megaphone -

メガホンを使うと遠く離れていても会話が出来る。
本当に遠くまで声が届くのか、その真意と原理を調べた。


パラボラアンテナのような曲線を放物面(パラボラ)という。
放物面は、平行に進んできた光や音、電波などを焦点に集め、 また焦点からでた光や音、電波などを平行に送りだす性質がある。
放物面に近い形状であるメガホンにも、同じような原理が働く。
そのため、遠くても小さな声で話すことができる。

メガホン

<実験1>
直線上で声を発し、メガホンを使った時と使わなかった時と で、音の聞こえなくなった地点を測定する。

<結果>
何も使わずに測定した時、8.4mまでが声の届く限界だった。(下・左図)
メガホンを使った場合、26.7mまで声が届いた。このことから、メガホンの集音効果が見て取れる。(下・右図)
しかし、この実験では人の声を使っている事から測定値の曖昧さが不安である。

図1 図2



<実験2>
【@】携帯電話を使い、一定音量の音をだす。メガホンを通して音が聞こえなくなる地点を測定する。
【A】携帯電話の音量を二倍(振幅を二倍)にし、最初に図った時との差を計算する。また、三倍でも測る。

<結果>
最初に測った音量を仮に K とする。
音量がKのとき、32mまで音は聞こえた。音量を2Kにした時、62mまで音が聞こえた。
2Kの結果はKのときの大体2倍と考えられる。
次に測った時、音量がKのとき音は26mまで聞こえた。音量を3Kにすると音は79mまで聞こえた。
このことから、振幅を大きくすると、聞こえる距離も大きくなる事が考えられる。

<考察>
振幅が二倍になるとエネルギーは2の二乗倍になるため、本来は4倍先まで聞こえるはずだが、 音は空気抵抗や平面的分散によるエネルギーの拡散を受け、4の二乗根である2倍の距離までしか聞き取れないと考えた。
実際に耳が感じるのは「エネルギー」だから、単位時間に耳が感じる「エネルギー」L は単一周波数成分のみでは

L∝V(二乗)/R(二乗)

V:音源の出力電圧
R:負荷抵抗

従って音の周波数成分が同じの時、近似的に

L∝(振幅)二乗

対数をとると

logL∝2log(振幅)

空間で発せられるスピーカーの音が耳に到達した時の音量は、スピーカーからの距離の二乗分の1で減少する。



制作:49期B2班