音圧と柱中共鳴のイメージを教えて下さい

物理現象のイメージを教えて下さい！

・圧力が伝わるって何がおきてるんですか？
圧力はエネルギーなので、そのエネルギーが
移動するわけではないですよね？
圧力だと空気中の粒子の振動が時間的に
変化している→圧力が伝わっている
という理解であってますか？

・柱中の共鳴のイメージがもてません！
なにが起きていますか？？
閉管を考えた時、開管から圧力が伝わってきて
閉管で反射し、戻ってくる。これは1次の振動モード（基本振動 ）と思いますが、
それ以外の高次の振動モード、2や3倍振動のとき、空気粒子はどういう動きをしているのですか？

・開管をもちいて、片方の開管にスピーカー、
もう片方にマイクロフォンのような圧力を計測するシステムを設け、
スピーカーの周波数を変えながら共振する周波数を調べる実験があったとします。

けれど両端にスピーカー、マイクロフォンがあるから閉管になり、
マイクロフォンの位置は節になると思います。

節でも音圧は計測できるのでしょうか？



ご回答よろしくお願いします。

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2016/03/14 20:07

No.1&2です。

No.1の「お礼」に書かれたことについて。

＞質問ですが、
＞柱中共鳴のときの
＞・一次の振動モード
＞・二次の振動モード
＞等々n次の振動に関しては、
＞扱っている圧力波って周波数が違ってますか？

　はい。音声は空気の「圧力波」ですが、圧力の大きさの変化を三角関数で書けば普通の「正弦波」になります。

　気柱共鳴では、No.1に書いたように、

「共鳴」は、「進む波」と「管の両端で反射して戻る波」が足し合わされて「定在波」ができる現象です。波の波長が管の長さの整数倍のときに「定在波」が大きくなるので、その波長で「共鳴」するわけです。

この「整数倍」の「１倍」が基本振動（一次モード）で、「２倍」「３倍」･･･「ｎ倍」･･･が「２次」「３次」「ｎ次」の「高調波」です（＝「２次の振動モード」「３次の振動モード」「ｎ次の振動モード」）。
　周波数（振動数）が「整数倍」ですから、周波数が異なります。
　例えば、１次振動の周波数が100Hzなら、２次は200Hz、３次は300Hzになります。

↓　下記の図に、気柱に振動モードがいくつか載っていますので、参考にしてください。
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/koyuu/kit …

No.3 回答者： uen_sap 回答日時： 2016/03/13 07:27

1)どちらも波です。

圧力波は音速のスピードで進みます。
2)共鳴であろうがなかろうが、音波の進み方は同じです。
往波と還波とが合成されて、強め合う場合が共鳴ですね。
3)節であろうが、腹であろうが、波です。音圧とは何のことかわかりませんが、振動は測定できます。
波を学びましょう。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます！

一点質問です。
節は振動しないと思いますが、振動しないのに
節で圧力を計測できるのでしょうか？

お礼日時：2016/03/14 15:20

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2016/03/13 01:34

No.1です。

「共鳴」の「開管」と「閉管」については、「自由端」と「固定端」という考え方が分かりやすいかもしれません。
「共鳴」は、「進む波」と「管の両端で反射して戻る波」が足し合わされて「定在波」ができる現象です。波の波長が管の長さの整数倍のときに「定在波」が大きくなるので、その波長で「共鳴」するわけです。この「反射」に、「自由端反射」（開管）と、「固定端反射」（閉管や弦の振動）があるのです。反射のしかたが違うだけで、どちらも「反射」なので、定在波ができます。
　波のエネルギーが100%反射する必要はなく、「開管」では、例えば80％は外に放出されて、残り20%が反射して「定在波」を作ることでも立派な「共鳴」です。トランペットなどの金管楽器や、リコーダー、フルートやクラリネトなどの木管楽器では、共鳴で「音の高さ」を決めるとともに「外に音を出す」ことが重要ですから。

　「自由端」「固定端」は、こんなところを参考に。
http://www.ravco.jp/cat/view.php?cat_id=4808

↓　このサイトでは、「自由端」と「固定端」を切替えて実際の波の反射が見られます。紫色が「定在波」です。
http://irobutsu.a.la9.jp/movingtext/HanshaTouka/ …

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2016/03/13 00:22

＞圧力だと空気中の粒子の振動が時間的に

変化している→圧力が伝わっている
という理解であってますか？

合っています。
長～い「ばね」（直径10cm、長さ10mぐらい）を床に置いたとします。
片端で指でつまんでばねを縮め、パッと手を放します。縮んだ部分が、ばねをどんどん伝わって行き、反対側まで到達します。この端を壁などに固定しておけば、ばねの「縮み」は反射して逆方向に伝わるでしょう。

この「ばねの縮み」が、「音圧」だと思えばよいです。
これは、「音波」と同じ「縦波」です。これを「横波」の「正弦波」で表わしますが、その関係はこんな感じです。
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/hadou/yok …


＞・柱中の共鳴のイメージ

こんなことが起きています。上の「床に置いたばね」が理解できれば、分かると思います。気柱のうち閉管となっているのが「壁に固定された端」ですが、実は「開管」側も、「別な、固さの違うばねにつながれている」という感じで、ほぼ「壁」と同じ状態なのです。
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/koyuu/kit …


＞節でも音圧は計測できるのでしょうか？

　横波と縦波の違いがあるのですが、縦波は下記のサイトの一番下のような振動です。揺れていないように見えても、圧力は上がったり下がったりしています。
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/housoku/t …

この回答へのお礼

回答ありがとうございます！

質問ですが、
柱中共鳴のときの
・一次の振動モード
・二次の振動モード

等々n次の振動に関しては、
扱っている圧力波って周波数が違ってますか？

お礼日時：2016/03/14 15:25