音響共鳴
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同じ周波数で振動する2つの音叉を使った実験。音叉の1つはゴム被覆を持つマレットで叩かれる。1つ目の音叉は叩かれていないが、もう一方の音叉が叩かれることによる空気の圧力と密度の周期的変化によって引き起こされる振動のため明らかに励振されている。これによって音叉間の音響共鳴が作り出される。しかしながら、片方の枝に金属の部品を付けると、この効果は減衰し、共鳴が効果的に達成されなくなるほど励振は次第に少なくなる。

音響共鳴(おんきょうきょうめい、: Acoustic resonance)は、音響システムが自らの固有振動周波数(その「共鳴周波数」)と一致する周波数の音波を増幅する現象である。

機械的共振(英語版)を人間の聴覚の周波数範囲に狭めるために「音響共鳴」(音響共振)という用語が使われることがあるが、音響学は物質の振動波に関する一般的な用語で定義されているため[1]、人間の聴覚の範囲外の周波数でも音響共鳴は起こり得る。

音響的に共振する物体は通常、特に最も強い共鳴の高調波(倍音)において、2つ以上の共鳴周波数を持つ。物体はこれらの周波数で簡単に振動し、他の周波数ではあまり強く振動しない。それは、インパルスあるいは広帯域ノイズといった複雑な励振から共振周波数を「拾い出す」ことになる。実際には、その共鳴以外のすべての周波数をフィルタリングしている。

ヴァイオリンや胴体、フルートの管の長さ、ドラムの膜の形状など、ほとんどのアコースティック楽器共鳴装置を使用しているため、音響共鳴は楽器製作者にとって重要な考慮事項である。音響共鳴は、聴覚にとっても重要である。例えば、内耳蝸牛の中にある基底膜と呼ばれる硬い構造物が共鳴することで、基底膜上の有毛細胞(英語版)が音を感知することができる(ほ乳類では、基底膜はその長さにわたって先細の共鳴を持っているため、一方の端に高周波数が集中し、もう一方の端に低周波数が集中する)。

機械的共振と同様に、音響共鳴は振動体の壊滅的な破壊を引き起こしうる。この古典的な例は、ワイングラスがその正確な共鳴周波数の音で割れる事例である。
振動弦詳細は「弦の振動」を参照110 Hzの基本周波数を持つベースギターのA音の弦共鳴。

リュートハープギターピアノヴァイオリンなどで見られるような張力のかかった弦は、質量、長さ、および弦の張力と直接的に関連する共鳴周波数を持つ。弦の第一共鳴を作り出す波長は弦の長さの2倍に等しい。より高い共鳴は基本波長の整数分の1の波長に相当する。対応する周波数は以下の式によって弦を伝わる波の速度vと関連付けられる。 f = n v 2 L {\displaystyle f={nv \over 2L}}

ここで、Lは弦の長さ(両端が固定された弦)、n = 1, 2, 3...[開口管(すなわち、管の両端が開いている)における高調波]である。弦あるいはワイヤを伝わる波の速度はその張力Tおよび単位長当たりの質量ρと関連付けられる。 v = T ρ {\displaystyle v={\sqrt {T \over \rho }}}

そのため、周波数は以下の式によって弦の特性を関連付けられる。 f = n T ρ 2 L = n T m / L 2 L {\displaystyle f={n{\sqrt {T \over \rho }} \over 2L}={n{\sqrt {T \over m/L}} \over 2L}}

ここで、Tは張力、ρは単位長当たりの質量、mは総質量である。

より高い張力とより短い長さは共鳴周波数を上昇させる。弦が衝撃関数(指によるつま弾きまたはハンマーによる叩き)を使って励起される時、弦はインパルスに存在する全ての周波数で振動する(衝撃関数は理論的には「全ての」周波数を含む)。共鳴周波数ではないそれらの周波数はすみやかに除去され(減衰し)、音として聞くことができる調和振動のみが残る。
楽器における弦共鳴詳細は「弦共鳴」を参照

弦共鳴は弦楽器で起こる。弦あるいは弦の一部は他の弦が弾かれた時にそれらの基本周波数あるいは上音周波数で振動するかもしれない。例えば、440 HzのA弦は330 HzのE弦の共鳴を引き起こすだろう。これは、これらの弦が1320 Hzの上音(Aの第3上音かつEの第4上音)を共有しているためである。
空気の管の共鳴

空気の管の共鳴は、管の長さ、その形状、端が閉じているか開いているかと関連する。多くの楽器は「円錐形」または「円筒形」の管と似ている(ボア (管楽器)を参照されたい)。一方の端が閉じ、もう一方の端が開いたパイプは「閉管」と呼ばれ、両端が開いたパイプは「開管」と呼ばれる。現代のオーケストラ・フルートは開いた円筒管として振る舞う。クラリネットは閉じた円筒管、サクソフォーンオーボエファゴットは閉じた円錐管[2]として振る舞う。対して、ほとんどの現代のリープリード楽器(金管楽器)はわずかにずれのある閉じた円錐管と音響学的に似ている(ペダルトーンも参照)。


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出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)
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