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Sound

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音の三属性

音には三つの属性があり、それぞれ音の強さ・高さ・音色といいます。「強さ」は振動の振幅の大きさ、「高さ」は振動の基本周波数、そして「音色」は主に波形(あるいはスペクトル分布)としてとらえることができるものです。

音の強さ

音の強さの単位にはdB SPL(Sound Pressure Level:音圧レベル)が用いられますが、これは基準の音圧 P0 と 比較する音圧 P との比の対数の 20 倍・・
20 log 10 ( P / P0 ) dB という式で定義されています。

さて、db(デシベル)という単位ですが、波動エネルギーまたは振幅の大きさのレベルを表わす単位で、ベルの 1/10 (デシというのは 1/10 )。
測定値P と基準値P0 に対して 10 log 10(P/P0) と定義されます。
で、なんで20倍なの? という点ですが、圧(フォース)を2乗すると、パワーになる事から、2乗すると計算上便利になることが多いということで dB SPL では
10 log 10 (P2/P02) = 20 log 10(P/P0)
すなわち20倍という係数が採用されているようです。

最小可聴音圧 P0 は、最も感度の高い3〜4kHz付近での値で、
2x10-5 pa = 20×10−6 Pa = 20 µPa(マイクロパスカル)
とされています。 参考:最小可聴値(MAP)

最小可聴域が 20 μPa に対して、耳が痛くなって耐えられなくなる音圧、すなわち最大可聴域(痛覚域)は、20 Pa 程度。この差は 100万倍(120dBに相当)になります。音圧の単位 dB に対数が用いられるのは、人の聴覚のダイナミックレンジが百万倍もあること、また一般に感覚が物理量の対数に比例することが主な理由で、音の大きさを示すメータ類はこのdB表示を採用することで感覚的に理解しやすくなっています。 参考:GoogleImage:dbメータ


音の高さ

音高(おんこう)、あるいはピッチと言われるもので、振動の基本周波数を指していいます。音楽の世界では、基準となるピッチが 440Hz(ピアノ鍵盤のラの音)と決まっていて、 "A = 440 Hz"、"A440" などと記されます。

ちなみに周波数とは、光・電波・音波などの「波」が一秒間に何回変位するか、つまり振動数のことです。単位には Hz(ヘルツ)を用います。

人の音波に対する可聴周波数範囲は、ほぼ20Hzから20,000Hzで、音域にすると約10オクターブ(1000倍≒2の10乗倍であるから)に相当します。


音色

音色は時間軸上にグラフ化すれば「波形」として、周波数を軸としてグラフ化すれば、スペクトルパターンとして物理的に捉えることができるものです。

我々の耳が聴き分ける楽器の音色というものは、基本周波数とその倍音列(Overtone Series)の強度分布によって特徴づけられているのです。電子楽器がピアノに似た音やギターに似た音を生成する場合も、この倍音の分布パターンを様々な方法 でコントロールすることによってそれが実現されます。

補足:倍音について
音程のある「楽音」は、通常基本周波数の振動と、その2倍の周波数、4倍の周波数など、整数倍の周波数の振動が重なっています。つまり、同じラ(a3)の音といっても、具体的な楽器の音では、440Hz, 880Hz, 1760Hz・・と複数の振動の組み合わせになっていて、我々の耳は、その各成分の強さの分布の違いを聞き分けることで、それがピアノの音かバイオリンの音かを識別しているのです。


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Last-modified: 2019-07-05 (金) 20:51:21