音の雑学。音速のはなし

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音速の話。

音の速さは340メートル/1秒

音を鳴らしたとき、どれくらいの速さで伝わっていくかと言うと、1秒間に340メートル進む速さとなります。

人の歩く速さは1.5メートル/秒です。走ったとしても5メートル/秒くらい。世界最速のウサインボルトだって11メートル/秒程度の速さです。人の走る速さと音速を比べても何ですが、空気を媒体とした音の伝達と言うのはすごく速い速度で行われています。

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ただ、光と比べた場合は、光の速度は30万キロメートル/秒と桁違いに速くなり、よくカミナリが鳴ったときにピカッと光ってその後から音が聞こえてくるのはこのためです。何秒後に音が聞こえたかでどの辺りに落ちたのか大体わかるのですよね。1秒後だったら結構近いなとか。

音速は温度によって速度は異なり、通常の生活範囲内の0度から30度くらいまでなら330〜350メートル/秒程度の速度となります。温度が高くなるほどに音が伝わるのは速くなります。

ちなみに一般に使われる音速340メートル/秒っていうのは気温15度の時のものとなってます。

温度が一定であれば、野外でも屋内でも基本的には同じ速度で伝わり、例えば一般的な部屋(マンションの一室など)で鳴らされた音は部屋の壁で反射され、さらに反対側の壁で反射されと言うように1秒間に340メートル進むだけの反射を繰り返します。反射の回数でいうと部屋の大きさにもよりますが、1秒間に数十回も行われているほどであり、これらが所謂「残響」となるのですよね。

マッハは音速との比

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戦闘機などで使われる「マッハ」と言うのは音速との比です。マッハ1だと音速と同じ速さ。マッハ2だと音速の2倍の速さというように、マッハは音の速さとの比です。マッハの単位は通常は時速なので、時速に換算すると1225km/1時間となります。

マッハ(音速)を超える速さのものは超音速と言い、この音速を超えたときは高エネルギーの衝撃波であるソニックブームが発生し、このソニックブームは戦闘機が飛行するような高い高度で発生しても地上に影響を与えるほどの威力を持ってます。近年ではこの衝撃波を低減させる研究が続けられているとか。

音速の測定

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音速の測定はずっとずっと以前から行われており、科学が発達する前から冒頭に書いたカミナリのように「遠くで発生した現象と音が聞こえるまでのタイムラグ」を通して、感覚的に音の速さを認識していました。

本格的に研究され始めたのは17世紀から。 数々の科学者たちによって音の速さについての研究が行われ、ニュートンによって理論的に音速が求められ、最終的に340メートル/秒(@15度)が導かれるまで100年以上要しました。

音速を測る簡易的な実験は、現在のテレビでもたまに見る事があり、発砲音などを鳴らして音の聞こえるタイミングを調べるような実験。音源から10メートル離れた人と100メートル離れた人で、音が聞こえるまでどれくらいの時間差があるか?などの実験を行い、音速を調べることができます。あくまで簡易的ですが、このような実験でもちゃんと340メートル近辺の値がでるのですよね。

距離によるディレイ音

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リスナー、ギタリストA、ギタリストB(以下、GuAとGuB)の3人の人がいて、その距離関係が上の図のような位置だとします。GuAとGuBが寸分狂わず同じ演奏をしたとすると(ありえないですが。。)、リスナーはどのような音を聞く事になるのか?

リスナーからみてGuAまでは10メートル。GuBまでは20メートルなので、その差10メートルです。

このため10メートル分の天然のディレイ(なんて言わない?)がかかります。音速340メートル/秒から計算すると10メートルで30msです。となると、GuAの音に対して30ms分遅れたショートディレイ音(GuB)という関係になるのですよね。

しかも、音は距離によって減衰していくのでそれを含めて考えると、距離が倍(GuAまでの距離10メートルとGuBまでの距離20メートルは倍の関係)になっているので音の減衰は4分の1になります。GuAの音量を100とすると、GuBの音は25。ちょうどいいディレイバランスですね。

実際には、音の吸収や回折などがあるため上記の通りにはいかないですが、これらが何もないと仮定すると、リスナーからはショートディレイが掛かった厚みある演奏を聞く事ができるのです。

最後に

以上、簡単ですが音速の話をまとめてみたました。こういうのはあまりに専門的になりすぎると難解な数式ばかりで理解し難いものになりますが、いつも何気なく思っている現象をこうやって調べていくのも面白いのじゃないかなと。例え概要だけだったとしても、色々な発見があったりで結構面楽しかったりもするのですよね。

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