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| 2007年12月07日(金) | モノが持つ固有の音 |
物体を打つと音が出る。その物体に固有の音がでるので、その音を聞けば、それが何かおおよそわかる。ガラスは甲高い音を出すし、木片はにぶい低い音を出す。あたりまえのことのようだが、これを科学的に説明してみよう。
音が出るのは、物体が振動するからだ。その振動の様子がその物体の材質や形によって決まってくる。たとえば弦を爪弾くと、そこから出てくる音の振動数はその弦の長さで決まってくる。
それは弦を伝わる波の形が、その寸法できまってくるからだ。たとえば、長さ２０センチメートルの弦を振動させると、波長が４０センチメートの定常波ができる。これは両方の端が固定さているので、そこで波の振幅が０にならざるを得ないからだ。つまり両端が波の節になり、中央部で振幅が最大の腹になる。
しかし、この弦の中にできる定常波はこれだけではない。両端が節になればよいのだから、波長が２０センチの波や、１０センチの波も可能だ。一般的にLを弦の長さ、λを定常波の波長とすると、ｎをの正の整数として、次の式が成り立つ。
λ＝２L、L、２L/３、L/２,２L/５、…
＝２L、２L/２、２L/３、２L/４、２L/５、…
＝２L/ｎ （ｎ＝１，２，３、…）
媒質が１秒間に何回振動するかを示す振動数νは、音の伝わる速さｖをこの波長で割ったものである。したがって、長さLの弦に生まれる定常波の振動数は（ｖ/２L）の整数倍になる。
ν＝ｖ/λ＝（ｖ/２L）ｎ （ｎ＝１，２，３、…）
弦の張り具合によって弦を伝わる音の速さはかわってくるが、ひとつの弦のなかに（ｖ/２L）の整数倍の振動数をもつ無数の波が同時にひしめきあい、これらが重なり合って鳴り響くことで、固有の音色ができてくるわけだ。
同じようなことは他の個体や液体、空気の満たされた容器でも成り立つ。物体はその材質や形状に応じて、固有の振動数を持つ波が生み出される。こうして物体もつ固有振動を利用することで、打楽器や管楽器など、私たちの耳を楽しませてくれる楽器が次々と生み出されてきた。
（今日の一首）
木曽川を歩けばかわる風景に
変らぬものは白き御岳
散歩で堤を歩いていて、大きな鉄橋や樹木も、遠ざかるとみんな小さくなる。そんな中で、振り返ってみて、かわらず堂々と見えるのが雪で白くなった御嶽山である。忙しく変貌する無常の世に、常に変らぬものがあると、なんだか安心する。
