レポート 超熟読『ＣＤ読本』〜第２回〜
１．音を記録／再生する
１−１．音について
１−１−２．縦波と音の関係−周波数・振幅編−（２００３／２／１５ 作成）
前回は音が空気の縦波であるということから、縦波について勉強してみました。
今回は音と縦波の関係について調べていこうと思います。
さて、音とは
『普通には空気中の縦波で，その周波数がおよそ２０〜２００００Ｈｚの範囲にあって，
人間がその耳で知覚できるものを音ということが多いが，
人間の耳に聞こえるのは一般的な意味での音のごく一部である．…（後略）』
ということでした。
”一般的な意味での音”には、固体の中を伝わる縦波なども含まれるようですが、
今はＣＤについて考えているので、ここでは人間の耳に聞こえる音だけについて考えることにします。
周波数がおよそ２０〜２００００Ｈｚの範囲にある場合、
すなわち、前回の動画で横に揺れていた空気の分子が１秒間に２０〜２万回くらい振動しているような場合、
その縦波は音として人間の耳に聞こえることになります。
ちなみにそれより遅い周波数で振動しているものを”超低周波音波”
早い周波数で振動しているものを”超音波”とよびます。
この縦波の”周波数”は音の高さに関連します。
周波数が低いと音は低く聞こえ、周波数が高いと音も高く聞こえます。
車のエンジンの音が回転数の増加とともに高くなったり、テープ等を倍速で再生すると音が高くなりますが、
これは音源の振動が速くなり、周波数が高くなるためです。
周波数が２倍になるといわゆる１オクターブ高い音になります。
例えばＡ（ラ）の音は…２２０Ｈｚ、４４０Ｈｚ、８８０Ｈｚ…ｅｔｃです。
４４０Hzはギター等の楽器の音程を合わせる時に基準として使ったりします。
これらの周波数の波形を見ながら、実際の音を聞いてみましょう。
（画像をクリックすると音声が聞こえます。）
なお上記のグラフは横軸に時間をとっています。
前回は縦波の様子を知るために横軸を位置としていましたが、
このように、ある１箇所の位置での波の時間的な変位を見てやるほうが、音の高さ等については直感的に知ることができそうです。
同じ時間（横の長さ）に何度も上下しているものほど周波数が高く、高音であるということになります。
縦波の”振幅”は音の強さに対応します。
まずは、下の３通りの波形の音を聞き比べてみましょう。
振幅が大きいと大きい音に、振幅が小さいと小さい音に聞こえます。
音の”大きさ”とは人間の感覚的なもので、音の”強さ”とは厳密には違います。
例えば同じ強さの音でも周波数が高くなるほど大きい音に聞こえたりします。
先に挙げた２２０Ｈｚ、４４０Ｈｚ、８８０Ｈｚの音は実は全て同じ強さなんですが、
８８０Hzの音は２２０Hzの音に比べて大きく聞こえるハズです。
とは言っても音の強さを直接体感することはできないので、（音の強さ）≠（音の大きさ）ということは覚えておきつつ、
「ざっくり」同じ意味だと考えておくことにしましょう。
（実は、これと同じように、音の”高さ”も厳密には空気の縦波の周波数と同じものではありません。）
下図は参考まで。縦軸が音の強さ、横軸が周波数、ｐｈｏｎは音の大きさを表す単位です。
さて、周波数はＨｚという単位で表せましたが、音の強さはどのような単位で表せばよいのでしょうか？
一定の距離だけはなれた場所にある２つの分子が、それらを結ぶ線上で互いに逆方向に振動する場合を考えましょう。
振幅が大きいほど２つの分子は近づきます。
多数の分子が振動する縦波でも、これと同じように振幅が大きいほど分子はより密集します。
空気の分子がより密集するということは、つまり気圧（空気の圧力）が高くなるということになります。
この圧力の変化分を”音圧”と呼びます。単位は気圧などの単位と同じ［Ｐａ］（パスカル）です。
この”音圧”によって音の強さを表すことができます。
人が聞きとることのできる音の強さの最低ラインは２０μ［Ｐａ］くらいです。
一般に音の強さを表すときには、この２０μ［Ｐａ］を基準にとって０［ｄＢ］とし、音が１０倍になる毎に＋２０［ｄＢ］する
”音圧レベル”という表記を用いることが多いようです。
普通の会話の音圧レベルは６０ｄＢくらい、ロックバンドの演奏が１２０ｄＢくらいです。
音の高さや大きさが、縦波の周波数と振幅で表されることがわかりました。
（第２回 縦波と音の関係−周波数・振幅編− おわり）