開管共鳴で入力音と反射音で2倍以上になるのはなぜでしょうか？

物理の管共鳴では開管の入り口から連続音が入力されて進行して、出口で反射して2倍の音になると説明されていると思いますが、
実際に測定してみると図のように中央で10倍ほど大きくなっています。
平面波で伝搬する気柱開管だから音が減衰しないで出口に反射した音が入り口に戻ると、
音圧が2倍になるのでそれがまた入力音と重なって3倍音になって進行して、
出口でまた反射して入り口に戻って入力波と重なって4倍音になる反復作用で、
開管の固有振動まで大きくなると思うのはおかしいですか？

No.4 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2022/01/09 10:05

No.3 です。

＞どこまで振れるのかどうしてそうなるのか、物理の管共鳴は音がだんだん大きくなる説明が無いので理解出来ないです。

共鳴とは、外部から入力したエネルギーが、共鳴現象のエネルギーとしてどんどん追加されていくものです。従って「漏れ」や「摩擦」などの「エネルギー損失」がなければエネルギーは無限に大きくなっていきます。

電気的な共振回路の Q 値は、RLC 回路のうち「R （抵抗）」はジュール熱によってエネルギーを消費しますから、どこかで「入力エネルギー」と「放出エネルギー」がバランスすることによって決まります。

管での気柱振動も、さまざまな「漏れ」や「ロス」があるのでどこかでバランスして「上限」があると思いますが、管のサイズや構造によって自動的に決まるものではないと思います。
楽器（直接的には「管楽器」ですが、弦楽器なども「定常波」「共鳴」という点では同じ）は、まさにこの原理で「鳴って」いるわけですが、「よい楽器、悪い楽器」「鳴りやすい楽器、鳴りの悪い楽器」「ストラディヴァリウスやベニヤディヴァリウス」などが存在し、値段もピンキリなのは、そういったところに要因があるのでしょう。現代に技術をもってしても、300年前に作られたヴァイオリン「ストラディヴァリウス」を再現できないのは、そういった「奥の深さ」「現象の複雑さ」によるものなのだろうと思います。

この回答へのお礼

機械振動にも管共鳴にも共鳴し易さの電気回路同様のQ値があると理解すると
良く分かります。
ありがとうございます。

お礼日時：2022/01/10 10:24

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2022/01/07 17:56

No.2 です。

「お礼」に書かれたことについて。

＞開管の固有振動まで大きくなると言う書いたのは開管の空気抵抗などで制限される固有の共鳴音圧があると思うからです。

質問に添付された図を見て、老婆心ながら申し上げると、「音波」は「横波」ではなく「縦波」です。つまり進行方向に向かう「疎密波」です。
念のため。

この回答へのお礼

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%B1%E9%B3%B4
固有振動数がある物体に振動が与えられるとき物体の振幅が急激に増大する。この現象を「共鳴」または「共振」という。遊具のブランコの、動きの調子に合わせて力を加えると次第に揺れが大きくなる様子が参考になる。
・・・このことを皆さんに回答頂いたと思います。
共振の度合いで力と振れが管の共鳴Qに比例すると思います。

https://splab.net/apd/ja/a526/　ここに段々振れが大きくなる動画が在りますがどこまで振れるのかどうしてそうなるのか、物理の管共鳴は音がだんだん大きくなる説明が無いので理解出来ないです。
電気回路の共振は特定の周波数に対して交流抵抗が0または無限大となる。
・・・これも同じ原理から生まれるのかな？と思いますが、共鳴度合いを示すＱ値があってラジオ同調回路では数倍のＱ値になるように、管共鳴でも10倍位になっているとＱ値は10だろうと勝手に理解します。
回答ありがとうございました。

お礼日時：2022/01/08 14:34

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2022/01/07 17:31

振幅が何倍になるのか条件によります。

「共鳴現象」ですから、何倍にしかならない、という制限はありません。
理論的には「無限大」まで増幅し得ます。現実には「もれ」とか「空気分子間の摩擦」などのロスがあるのでそうはなりませんが。

なお、大きくなるのは「振幅」であって、振動数や音速は変化しません。

＞開管の固有振動まで大きくなる

この意味が不明です。

この回答へのお礼

「共鳴現象」の音圧は空気分子間の摩擦などのロスで制限される大きさまで正帰還同様に増大すると言うことですね？
開管の固有振動まで大きくなると言う書いたのは開管の空気抵抗などで制限される固有の共鳴音圧があると思うからです。

お礼日時：2022/01/07 17:50

No.1 回答者： Georgia.Rain 回答日時： 2022/01/07 14:11

空気や反射による減衰と遅延によるお互いの打ち消しを考えれば宜しいかと。

この回答へのお礼

開管共鳴は左右から来る音の重ね合わせで2倍になる干渉とは別で、
空気抵抗で制限される音圧まで正帰還やハウリング同様に増幅作用で大きくなると言う考えはどうでしょうか？

お礼日時：2022/01/07 17:44