音の音色は何によって変わるのですか？

ピアノやベース、ギターは同じ音階を引いても人間の耳には異なった音色で聞こえます。
この音色の違いは物理的には何が原因で生じるのでしょうか？

No.11 回答者： amerikaumare 回答日時： 2018/04/29 01:57

同じ音階でもピアノやベース、ギター、．．．は波形の細かい部分が違うので、その違いが”音色”として感じられます。

低周波発振機で４４０Hzの正弦波を出せば　ポー　という音ですが　これに　８８０Hzの（440Hzより小さい）音を重ねるとプォー　になり　音色が変わります。これにもっといろいろな音を重ねると温情が、豊な音になります。
私はマイコンで音の波形をプログラムで作ったことがありますが、正弦波に乱数で変化する別の周波数の音を重ねると、とても”なまめかしい音”になり、驚いたことがあります。　楽器の音はいろいろなものが重なってこのような”なまめかしい音”になっているのです。

No.10 回答者： まとまる 回答日時： 2018/04/29 01:18

波形の違いは、発音体の物理的構造の違いに由来します。

例えば、エアリードの管楽器や人間の声などは「気柱」のモデルで理解できますし、弦楽器は弦の振動(およびそれを増幅する共振系)として理解できます。

No.9 回答者： chiha2525-- 回答日時： 2018/04/28 23:59

音色は波形、と言われています。

それは正しいですが、それで分かったような気になってはいけません。
音を１本の波線で表現できる（＝波形）と気が付いたのはすごいことですが、音源が１つの音とは限りません。実際の楽器では、楽器のさまざまなところからさまざまな音が出ていて、それが複合して１つのその楽器の音になっています。同じバイオリンでも個体によって音が良いとか悪いとか、そういうのがあるのはそのためです、たぶん。

No.8 回答者： まとまる 回答日時： 2018/04/28 21:09

重要なのは、大きく分けて2つある。

1つは波形。これは倍音の分布(=周波数分布・スペクトル分布)と同義。なぜなら波形をフーリエ変換したものが倍音の分布であって、波形には倍音の情報が全て含まれているから。

もう1つ重要なのは音量の時間的な変化。「エンベロープ(包絡線)」とも呼ばれたりする。
実際、同じ波形でも、鳴らした瞬間の音量のピークの有無なんかによって聞こえ方は全く違ったりする。
例えば、ピアノみたいな鍵盤打楽器が「鍵盤らしく」聞こえるのは、鍵盤を叩いた瞬間に出る音量のピークがあるから。それが無ければピアノの音として聞こえないでしょう。
分かりやすい例としては、バイオリンやチェロみたいな弦楽器とギター・ウクレレみたいな楽器の音の違いを思い浮かべればいいでしょう。これらは楽器の構造としてはとても似ているのに全然違う音に聞こえますよね？
理由は簡単で、ギターなんかは弦を「弾いて」音を出すのが普通だから音量のピークが発音のタイミングにあるのに対し、バイオリンなんかは弓で「擦って」音を鳴らすのが普通なために発音のタイミングでピークが出ないから。
コントラバス(ウッドベース)なんかは「弾く」ことと「擦る」ことのどちらもよく使われる奏法だから、試しに聞いてみるといいですよ。全然違う音に聞こえますから。

No.7 回答者： tknakamuri 回答日時： 2018/04/28 20:58

ちょっと気になったので・・・

>そしてその２つの組み合わせにより多彩な楽器の音色や音程が作られます

「波形」と「倍音の混じり方」というのは本質的に同じことです。

「倍音の混じり方(倍音の大きさと位相)」が波形を決めます。波形が
決まれば倍音の大きさと位相が決まります。

No.6 回答者： fxq11011 回答日時： 2018/04/28 18:29

音叉の音聞いたことありますか、きれいな正弦波です、一方サイレンの音、あれは高調波をたくさん含んでいます、よって正弦波ではなく矩形波に近い形になります。

No.5 回答者： doc_somday 回答日時： 2018/04/28 18:14

波形ですが、高校で習いますよ。

No.4 回答者： head1192 回答日時： 2018/04/28 18:00

一つは音波の波形の違いです。

音波が正弦波の場合、音は柔らかく聞こえます。
矩形波（「コ」を横にしたのが連続したような波）では硬い音になります。

もう一つは他の方が述べられているとおり倍音です。

そしてその２つの組み合わせにより多彩な楽器の音色や音程が作られます。
・「鋸歯状波」ヴァイオリンや金管楽器など。すべての倍音含む。
・「矩形波」クラリネット。奇数倍音のみ含む
・他に「三角波」「正弦波」など
　※正弦波には倍音はない

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2018/04/28 16:02

高調波（振動数が整数倍の波）が、どれだけの比率で、どれだけの位相差で重畳されているかによります。

あとは、実は「音の出だし」の雑音・衝撃音・歪み音が、何の楽器の音かを決める決め手になります。「出だし」部分をカットして、伸ばしている部分の音だけを聞いても何の音か分からないことが多いです。
ためしに、音の波形を「逆回し」（後ろから前へ）で再生してみると、何の音か全く分からなくなりますよ。

No.2 回答者： Yonakikko 回答日時： 2018/04/28 14:55

音は空気の波で聞こえます。

　音色は波の形が違うと違う音色になります。
　楽器によって同じ音階でも波形が異なるのです。