夜に遠くの音が聞こえること

家庭教師のアルバイトをしているのですが、生徒がやった問題のなかに、
晴れた日の夜に遠くの音が聞こえるという現象について答える問題がありました。
教科書には、波の屈折によって起こると書かれていました。
私もそう記憶していたのですが、その教科書には、空気の温度の層が、音が出ている点を中心とした半円で描かれていて、変に思いました。
空気の温度の層は、地上に平行になっていると仮定したくなるのですが、どうでしょうか。
その場合屈折だけではなく反射も関係してきますよね？？
個人的な疑問なのですが、実際の現象では、どうなっているのか知りたいです。

No.5 回答者： kaoria 回答日時： 2005/11/22 00:54

No2です。

言葉が足りなかったようなので補足しておきますね。
No４さんの説明にもありますが、音は空気の温度が高いほうが早く伝わります。
つまり、実際の音の伝わる早さは、地上付近の低温空気中よりも、その上空の比較的高温の空気中のほうで早く伝わっています。上空の音は下層の音を追いぬくわけです。つまり連続的に屈折・・（もっと上手な言い方があろうとは思いますが(^_^;)、このように伝われば、反射することなしに伝わりそうだと考えられませんか？　音が進むところを横からみると、山形にカーブしているイメージです。秋から春先にかけて、移動性高気圧にどっぷりと覆われた日の朝などに、この現象が顕著に現れますよね。具体的には、普段は聞こえない列車が鉄橋を渡る音とかです。ですので、音源よりある程度はなれた場所の方が、より聞こえるといったことがあるようです。

No.4 回答者： walkingdic 回答日時： 2005/11/21 17:50

音の伝播速度が空間によって異なる場合、音が屈折しますがその現象は次のようにして説明されます。

まずＡ点から音が出たとします。音の進行方向は必ず波面に対して垂直方向になります。
つまり波面の法線方向が音の進む方向です。

いまＡ点を中心として同じ時間で到達する点を描くと半円が描けます。速度の速いところはＡ点より遠いところ速度の遅いところはＡ点に近いところにかけます。

この円をＡ点から少しずつ順番に書いていき、そのたびにある点の音がどのような方向に進むのかを作図してみると、音が曲がっていく様子がわかります。

つまりＡてんからある角度で出た音がまず初めの円にぶつかり、その点での法線方向に音は進み、また次の円にぶつかります。そこでその点からまた法線方向にという繰り返しをすれば作図できます。

もちろん実際の現象は連続的なものですが、概念を理解するにはそれで十分でしょう。

ちなみにこれは既にご存知と思いますが、音波は密度が高いほど一般には遅くなるので気温が低い－＞速度が遅いという関係にあります。

No.3 回答者： miniture_min 回答日時： 2005/11/21 03:36

No.1の者です。

>しかしそうなると、その円の境目で、音の伝わり方を表している直線が屈折しているということがよくわからなくなりました。

私が言った事が正しいのならという条件付ですが、模試正しいのなら、その線は最短コースでは？

分かりにくいですね・・・・。
要は、一定の時間に到達可能な線があるのですから、その円に対して垂直なほう呼応に進むのが最短の時間なのは分かるでしょう。
その円が微妙に正しい円の軌道を逸れれば最短コースも違ってくる。これを表しているのではないでしょうか？

No.2の方も言っておられますが、冷たい空気の方が音を伝えやすいと考えれば楽でしょう。

晴れた日の夜は地面の方が寒いので、音は伝わりやすい
地面に近づいていく線が私がNo.1で言った円に垂直になるように描かれているのでは？
全ての物は基本的に伝わりやすい方に向かって移動していくのです。(電気とかでも抵抗の少ない方に流れる)
同じ時間内でもなるべく長い距離を進んだ方が速い。
つまり、その空間は他の空間より音が伝わりやすい。

分かってもらえれば光栄です。

No.2 回答者： kaoria 回答日時： 2005/11/20 00:50

晴れた日の夜に遠くの音が聞こえやすい現象。

この実際の現象について。

晴れた日の夜は放射冷却現象が強まります。通常の大気の成層状態では上空ほど温度が低い場合が多いのですが、放射冷却が強まったときには地表付近のほうが上空より温度が下がります。大気の極めて下層に逆転層が形成されるわけです。このため、地表のある地点から発射された音のうち、上空に向けて進んだものも、この温度の逆転のために地表方向に曲げられ、結果、遠くの音が聞こえるという現象が起きている・・このように理解していますが。

因みに低気圧が接近して上空に暖気が流れ込んできたとき、（雨の前触れとして）遠くの音が聞こえるというような現象もあります。

＞空気の温度の層が、音が出ている点を中心とした半円で描かれていて、→上空から地上を見た図なのか、同一地面から（水平方向から見た図なのか・・ちょっとイメージできませんでした。

この回答への補足

地平線をｘ軸、鉛直方向をｙ軸として、音源を中心に半径の違った円が、書かれているような図です。
地平線に平行に上空になるにつれて、温度がだんだんあがったとすれば、
音波が屈折して、水平方向に曲がるということはわかるのですが、
それが、また地上に戻ってくるにはどこかで反射しないと遠くの地点に伝わらない気がするのですが、どうでしょうか。

補足日時：2005/11/20 23:23

No.1 回答者： miniture_min 回答日時： 2005/11/19 23:56

恐らく勘違いでは？

空気の層ではなく、空気の層による音の伝播速度の違いでは？
要は、その円は、同じ時間にどこまで音が行けるかの限度を表しているのではないでしょうか？(見たことないのではっきりは言えませんが・・・・)

もし、そうならば、地面に近い場所で円の起動が微妙に長く描かれているはずです。

この回答へのお礼

教科書は、生徒のものなので確認できませんが、
確かに音の速度を表していると考えると合点がいきます。
ありがとうございました。
しかしそうなると、その円の境目で、音の伝わり方を表している直線が屈折しているということがよくわからなくなりました。
屈折する条件が、その円になにかあらわれているのでしょうか？

お礼日時：2005/11/20 23:22