音は定常波ですか？

Question

高校物理＜波動＞について

＊定常波・・・筒の長さと波長の位相の整数倍になるところで音が出る実験のようなことで確認できると学びました。

ということは必然として音が定常波だと思えるですが
どこにも言及がなく不安です。
教科書にもネットにも「音は縦波」としかありません。

　

質問の異議がない場合。
　定常波は波の「性質」であるから「音が定常波か」という疑問は意味をなさない
　という回答も考えました。しかし例えば他の波の性質である
　ex.音は「屈折」か
　　 音は「干渉」か
　という疑問が意味をなさないのはわかります。
　が本件のことに関しては明確なイメージもつきません。
　この場合明確な説明を与えてくれると助かります。
＜参考＞
教科書
ウィキペディア波動、音波、
教えてgooスレッド

htms42 · Accepted Answer

教科書で「定常波（定在波）」を確めてください。
「定常波」と対を作る言葉は「進行波」です。
波には振動の腹や節の位置が移動していくものと移動しないものとがあります。ギターの弦の振動などは定常波です。

「音＝波」であるということは「音＝定常波」ということではありません。
音は空気の振動が伝わってくる現象です。
離れた所で発せられた音があなたの耳に届くということ自体振動が位置を変えながら伝わってきているということをあらわしています。それが鼓膜を振動させることで人は音が伝わってきたことを感じます。伝わるということにウエイトを置けば「音＝進行波」です。
鼓膜の振動は端の固定された膜の振動ですから定常波ができている事になります。鼓膜の振動が定常波だから音は定常波であるということではありません。
音叉を叩いたとします。音叉が振動します。音叉は同じ場所で振動していますから波としては定常波です。これは音ではありません。音叉が振動すれば音叉に接触している空気が振動します。これが伝わってきて初めて音として観測されます。

学校の実験でやる気柱の共鳴では伝わってきた空気の振動（音波の振動）が長さの決まった管の中の空気の振動に置き換わります。管の長さと伝わってきた音の波長との間に一定の関係が成り立つ時にうまく振動が伝わります。その空気の振動が管を振動させます。管が振動すると接触している空気が振動しますから耳に伝わってきます。試験管でやるとよく分かります。

波とはどういう現象かを考えると
波＝ある場所で起こった振動（状態の周期的な変化）が別の場所に伝わる現象
だという事になります。この意味では「波＝進行波」です。
水面の波でも移動します。ところが水槽の中などで起こる波には振動だけが起こっていて位置の変わらない波があります。これはどうしてだろうということで端で反射した波が重なってできるという仕組みが見出されたのです。
教科書には「定常波＝進行波と反射波が重なってできる移動しない波」と書かれていると思います。

sanori · Answer

私の手元にある「物理小事典」（三省堂）によれば、
定常波　＝　定在波
となっています。

仕事で透明薄膜を扱ったときは、仕事仲間の間では「定在波」と言っていました。

以下、著作権に問題が無い程度に抜粋・編集。
互いに逆方向へ進む同一周期の進行波同士の干渉によって起こる。
たとえば、逆に進む２つの波を
y1 = A・sin(ωt + kx)
y2 = A・sin(ωt - kx)
と置けば、重ね合わせると
y1 + y2 = 2A・cos(kx)・sin(ωt)
となって、x と t が分離される形になるので、定常波となる。


さて、
楽器は、定常波を利用しているものが多いです。

バイオリンなどの弦楽器は、弓で弦をこする振動が弦に定常波を発生させます。
指が押さえる場所を変えることにより、異なる周波数の定常波が発生（共鳴）します。
弦の振動は横波ですが、空気に伝われば縦波になります。
（本体の共鳴についての説明は省きました。）

アコースティックギターの場合は、指ではじかれた弦が縦波。あとはバイオリンと同じです。

エレキギターは、基本的にアコースティックと同じですが、ハーモニクスという奏法で、２倍音、３倍音などを出すこともできます。

グロッケン、シロフォンのような、打楽器の中でも音がシンプルなものでは、弦楽器と同じことが起こっています。
叩くと定常波が発生するわけです。

金管楽器は、マウスピースに当てる唇の振動が、管に共鳴して定常波が発生することにより、鳴らしたい音程を出すことができます。
金管楽器にはバルブ（トロンボーンの場合はスライド）が付いていますが、
それらを使わなくても、唇の加減で１倍音（低いド）、２倍音（ド）、３倍音（ほぼソ）、４倍音（高いド）、５倍音（ほぼ、高いミ）、６倍音（ほぼ、高いソ）・・・
のように、色々な音を出すことができます。
なぜならば、それらの音も管の中で定常波として存在できるからです。
（ですから、進軍ラッパはバルブが無くても、どっど↓そっ↓そどっどどっどみっどみっど↓そっ↓そどー　というメロディーを鳴らすことができます。）
すなわち、金管楽器には、倍音を自由自在に出せる、つまり、腹と節の数を変えることができるという特徴があります。
バルブを押さえると、押さえ方のバリエーションで、半音刻みで音程を変えることができます。それは、バルブを押さえることによって、「迂回経路」を作ることにより、菅の長さを「長く」できるからです。
こちらの写真を見れば、バルブと"迂回経路"の構造が何となくわかると思います。
http://www.philharmonia.co.uk/thesoundexchange/semicustom_sections/images/tuba_lge.jpg

木管楽器やリコーダーは、指で穴を閉じたり開けたりすることによって、管の「長さ」を変えています。

金管楽器も木管楽器も、定常波は縦波です。
管の中で、縦波が音速で往来しています。
それが周囲の空気に伝わり、音速で進行して、聴衆の耳に届きます。


色々書きましたが、質問者様が音の定常波・伝播のイメージをする助力になりましたら幸いです。

nature345 · Answer

＜参考＞
　教科書、ウィキペディア波動、音波、教えてgooスレッドを
　出しています。これらは紙の上での議論ですね。
　
　質問者さまは音を見たことはありますか。
　！KHZの音、ピアノの音、バイオリンの音それぞれ違いますね。

　　定常波　は　定在波　と理解すべきです。

outerlimit · Answer

異なる定義の概念を　無理やり結び付けようとしているだけです

音は　縦波　です

定常波　は　定在波　と理解すべきです　
進行方向の異なる　波の干渉による状態の表現です

質問のことは　音源から進行する波と　どこかで反射されて逆方向に進行する波の干渉で振幅の大きくなる部分とほとんどゼロになる部分が発生することです
それには　波長と反射端との距離が関係します
反射が全く無ければ　定在波（定常波）は発生しません

doc_sunday · Answer

>筒の長さと波長の位相の整数倍になるところで音が出る実験…
これは「共鳴」もしくは「固有値問題(量子力学みたいな<整数倍になる>奴)」ですよね。
＃１のお答えのように定常波は「互いに異なる方向に進行する2つの波」として存在するので、定常波と「普通の音」を結びつけるのにはテクニックが必要。(私にはそれがない)
共鳴を解決できれば、話は先へ進みます。
なお、音は縦波(粗密波)ですが、弦や管の共鳴のように横波と相互作用することも忘れてはなりません。
かえって、混乱させちゃって、済みません。(汗)

takepon256 · Answer

定常波になり得るには「互いに異なる方向に進行する2つの波」が必要になります。
単に「音声」とした場合には一方向でしか定義していませんよね？

音は定常波ですか？

教科書で「定常波（定在波）」を確めてください。

私の手元にある「物理小事典」（三省堂）によれば、

＜参考＞

異なる定義の概念を 無理やり結び付けようとしているだけです

>筒の長さと波長の位相の整数倍になるところで音が出る実験…

定常波になり得るには「互いに異なる方向に進行する2つの波」が必要になります。

似たような質問が見つかりました

関連するカテゴリからQ&Aを探す

デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング

マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング

　＜参考＞

異なる定義の概念を　無理やり結び付けようとしているだけです