音波

音は、ギターの弦や、声帯、スピーカーコーンなどによって作られるような、空気中の振動で始まります。これらの振動により、空気分子の密度が高くなり、空気圧が少し高くなります(これを密と言います)。この密の部分の圧力が周囲の空気分子に伝わり、続いてさらにその周囲に伝わります。密が空気中を伝わっていく際に、低圧力の領域が後に残ります(これを疎と言います)。この圧力の高低(疎密波と言います)が人に到達すると、耳の中にある感覚器官が振動し、その振動が音として認識されるのです。

オーディオを視覚的な波形として表すと、この波形は圧力の波である疎密波を反映します。波形のゼロクロスラインが、静止している空気の圧力です。このゼロクロスラインがピーク方向に振動すると密を表し、谷方向に振動すると疎を表します。

視覚的な波形として表した音波

A. ゼロクロスライン B. 低圧力の領域 C. 高圧力の領域 

波形の測定

波形を表す測定値として、次のようなものがあります。

振幅

波形のピークから谷までの圧力の変化を表します。振幅の大きい波形では大音量になり、振幅の小さい波形では小音量になります。

サイクル

圧力ゼロから高圧力、低圧力を経てゼロに戻る圧力の変化の繰り返しを表します。

周波数

1 秒あたりのサイクル数をヘルツ(Hz)で表します(例えば、1000 Hz の波形は 1 秒あたり 1000 サイクルになります)。周波数が高くなると、音程も高くなります。

フェーズ

サイクル内の波形の位置を 360 度で示します。0 度は開始点、90 度は高圧力、180 度は中間点、270 度は低圧力、360 度は終了点になります。

波長

フェーズの角度が同じ 2 つの点の間を、インチやセンチメートルなどの単位で計測した距離を表します。周波数が高くなると、波長は短くなります。

1 つのサイクル(左)と 20 Hz の完全な波形(右)

A. 波長 B. フェーズ角度 C. 振幅 D. 1 秒 

音波の相互作用

複数の音波が混ざると、相互の振幅が加減されます。ピークと谷で完全にフェーズが一致している(正相)場合、相互に増幅されて、新しい波形の振幅は個々の波形より大きくなります。

2 つの波形のピークと谷で完全にフェーズがずれている(逆相)場合、相互に打ち消し合って、振幅がなくなります。

ただし、ほとんどの場合、波形はフェーズがずれており、そのずれの量も様々であるため、結合した波形は個々の波形より複雑になります。例えば、音楽、声、ノイズなどのサウンドを同時に表す波形は、各サウンドの波形を 1 つに結合した複雑なものです。

注意:

楽器の構造は独特なので、1 つの楽器から生まれる波形は非常に複雑です。このため、バイオリンとトランペットの音色は、同じ音符を演奏している場合でもまったく異なります。

正相波による波の増幅

逆相による波の打ち消し合い

2 つの単純な波形から作られる複雑な波形

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