音波について

音波について

先日ここで、媒質中で見る光がなぜ空気中で見る光の色と同じであるのかについて
質問させてもらい、結局どこを通ろうとも波の振動数は不変であるからという理由で
納得しました。

しかし、そこで一つ疑問なんですが

なぜ、ヘリウムを吸うと声が高くなるのでしょうか？
音波の場合でも光波と同じように振動数は不変なのではないのでしょうか？

No.4 ベストアンサー 回答者： sanori 回答日時： 2010/09/11 18:12

Ｎｏ．２の回答者です。

＞＞＞ようするに
「要するに」というのは、「あんた、話が長いけど、さっぱりわからん」という気持ちを表す言葉です。
そんなに説明がまずかったですか？

＞＞＞音源の振動数が増えるということでいいのでしょうか？
・人間の声の高さは、喉の容積に対して、喉に充満している気体が共鳴する振動数で決定。したがって、喉の中の気体の音速によって変わる。
・トランペットの音の高さは、管の長さに対して、管に充満している気体が共鳴する振動する振動するで決定。したがって、管の中の気体の音速によって変わる。

＞＞＞例えば、３００Hzのおんさをヘリウム中で鳴らした場合、振動数が３００Hｚ以上となり、大気中で聞くより高く聞こえるってことですか？
・おんさ・木琴・鉄琴の音の高さは、おんさ・木琴・鉄琴の長さ・体積に対して、おんさ・木琴・鉄琴を構成する金属・木材が共鳴する振動数で決定。したがって、おんさ・木琴・鉄琴を構成する金属・木材の中での音速によって変わる。

違いは、わかりましたか？
音は気体中だけでなく固体や液体の中でも発生するし、固体や液体の中でも伝わります。

No.3 回答者： BookerL 回答日時： 2010/09/11 15:47

　まず、ヘリウム中では音速が速いということがあります。

ヘリウムの分子量は、空気（酸素と窒素の混合物）の平均の分子量より小さいので、同じ温度では分子運動が激しいので、音が速く伝わります。

　ただ、これだけで、音の振動数が変わるわけではありません。

＞例えば、３００Hzのおんさをヘリウム中で鳴らした場合、
＞振動数が３００Hｚ以上となり、大気中で聞くより高く
＞聞こえるってことですか？

　そうはなりません。おんさが１秒間に３００回振動すると、ヘリウムにも１秒間に３００回の振動が伝えられます。その振動が空気中より速く伝わるので、波長は大きくなりますが、振動数が変わることはありません。光を伝える媒質で波長が違っても振動数が変わらないことと同じです。

　ポイントは、人が声を出すときの声帯からのど・口のあたりでの共鳴です。ここでは一括して「のど」で話をします。
　のどで共鳴が起こるとき、どのような音が共鳴するかは、音の波長できまります。単純化すると、のどの長さの２倍の波長の音が共鳴する、という感じになります。のどの中が空気だと、この波長の音がある高さの音になるとします。同じのどで、中の気体がヘリウムのときは音速が速いため、共鳴する音の波長は同じでも振動数が大きくなります。
　ということで、同じのどの形で発声しても、振動数の高い音で共鳴し、高い声になります。

　部屋中をヘリウム（＋酸素）で満たしてその中で楽器を演奏すると、例えばバイオリンの音の高さは変わりませんが、フルートの音の高さは高くなります。バイオリンでは弦の振動によって音が出ており、弦の振動は弦の太さや弦の張り方で決まるので、まわりの気体が何であっても振動数は同じですが、フルートでは管の中の気体の振動で音が出るので、気体の種類が違うと音の高さが違ってくるのです。

No.2 回答者： sanori 回答日時： 2010/09/10 14:32

こんにちは。

３日前に光の色の件でお会いしました。

１．（共鳴）
浴室で歌を歌うなどして声を出したとき、特定の高さの声のところで、浴室に声がボーっと共鳴するのを体験したことはありませんか？
ドレミファソラシドというふうに段階的に声に出してみるとわかりやすいですよ。

そして、トランペットなどの金管楽器です。
唇を接触させる部分はマウスピースといって、着脱が可能です。
マウスピースだけを吹くと、唇の調節具合で様々な音程を自由自在に出すことができます。
ところが、マウスピースをトランペットに装着すると自由自在ではなくなり、１倍音（低いド）、２倍音（ド）、３倍音（ソ）、４倍音（高いド）・・・という限られた音程しか出せなくなります。
その代わり、マウスピースだけのときよりも大きくて迫力のある音が鳴ります。

以上のことは、「音が容器の中で共鳴する」ことを表します。

人間は歌を歌うことができます。
これは、口の奥側の「容積」を調節できるからです。
のどやあごを半分無意識で調節しています。
もっと言えば、いろんな特定の音程に共鳴する容積を作れるということです。

２．（音速）
一定の温度ももとでは、気体の分子量とその気体が伝える音の音速との間には、次のような関係があります。
音速　×　√平均分子量　＝　定数
つまり、音速は分子量の平方根に反比例します。
ヘリウムと酸素の混合気体では√記号の中身が大気より小さいので、その分、音速が速くなります。
つまり、一端（トランペットの口元）から他端（音の出口ま）での距離が変わらず、その距離を音が行き来する速さが変わったということです。
それはつまり、（トランペットという管の中で）共鳴する音程が高くなったことに相当します。

以上のことから、
ヘリウム　⇒　音速が速い　⇒　共鳴する音程が変わる
　⇒　いつもと同じ感覚で喉とあごを調節したのに、自分が思ったより高い声が出てしまう。
というメカニズムがわかると思いますが、いかがでしょうか。

この回答への補足

またも回答していただきありがとうございます。

ようするに音源の振動数が増えるということ
でいいのでしょうか？

例えば、３００Hzのおんさをヘリウム中で鳴らした場合、
振動数が３００Hｚ以上となり、大気中で聞くより高く
聞こえるってことですか？

補足日時：2010/09/10 21:06

No.1 回答者： tpg0 回答日時： 2010/09/10 13:43

音波は、真空中では伝わりません。

空気が振動を伝えるのです。
ヘリウムは空気より密度が少ないので、ヘリウムを吸って声を発すると声帯が振動しやすくなるので振動数が増える(周波数が高くなる)のでカン高い声になるのです。