【周波数】周波数によって音のスピードが異なるって本

質問

【周波数】周波数によって音のスピードが異なるって本当ですか？

本当だとしたら周波数帯でどのくらいの音のスピードの差があるのか教えてください。

回答No.5

HAL2（@HALTWO） · ベストアンサー

空気中を伝搬する音波は周波数によって伝搬速度が変化するという事はありません。

他の回答者さん達も仰るように音響 Energy の伝搬速度は音波を伝える媒質によって異なります。

地表の空気中では気温 15℃ の室内で約 340m/sec ですが、水中や地中、高空では大分異なります。

Speaker Unit は Woofer と Tweeter とで振動板の材質が異なりますし、低域と高域とでは音波の波長が異なりますから、高域を受け持つ Tweeter の方が低域を受け持つ Woofer よりも立ち上がりが速く、その分、先に発音します……但し、空中を伝わってくる音波は同じ速度です。

Titanium や Boron、Diamond 皮膜といった振動板を採用した Tweeter は Voice Coil から振動板全体に伝搬する振動波の速度が 4km/sec 以上もあり、単位容積当たりの質量が軽いので瞬時に音が立ち上がりますが、Paper Cone Woofer の振動伝搬速度は 1km/sec 程度でしかなく、しかも単位容積当たりの質量が重いので大振幅に達するまでに何度も行ったり来たりしなければならず、立ち上がりが鈍いものになります。
更に Bass Reflex や Backload Horn といった Enclosure 型式で低域を共鳴させているものは共鳴するまでに 1/4 波長を要しますので 40Hz ならば立ち上がりが 1/160 sec 遅れる事になります。

つまり、同質の媒体を伝搬する音波は周波数に関係なく低速なのですが、発音体 (振動板) の媒質が異なれば、当然の事ながら発音時刻がずれる事になるわけです。
また、低周波数と高周波数とでは波長が異なりますので、波長の長い低周波は周波数を認識するまでの時間 (一波長が鳴りきるまでの時間) が波長の短い高周波数よりも遅れる事となり、その分、速度が異なるように感じてしまうわけです。

あと、実際の音楽は部屋 (或いは Concert Hall) の残響音を利用しますので、残響 (反射) 音との合成音が最も心地よく聴こえる音色になるまでの時間は、どの周波数帯を吸収反射して混ぜ合わされるのかが異なってくるという事も周波数によって音が到達するまでの時間が異なる原因の一つとなります。

音楽 Media は 20 世紀半ばに Studio Monitor Speaker System と呼ばれた歪みだらけの(^^;) Speaker System で音色調整された Data が音色感の主流となっている事から、当時の System が持っていた音色に近い音色を再現する Speaker しかまともな音は出せず、最新の無歪み再生機で音波に変換しても変な音になってしまいがちです。

50 年ほど前に Speaker まで NFB (Negative Feed Back) Loop に入れて完全無歪再生を狙った製品が生まれた事がありますが、変な音である事から一瞬で市場から消え去りました(^^;)。
Carbon Fiber 振動板や平面振動板といった低歪み振動板 Speaker も一時的に一世を風靡したものですが、やはり主流には至らず、流行りは廃れましたね(^^;)。
理由は音楽 Media (CD 等) が無歪再生機で再生する事を前提に作られているものではなく、昔ながらの歪みを生じる再生機環境で再生する事を前提に音作りされているからなんです。

Audio で「音の Speed」と言うと、大抵は振動板内での振動伝搬速度の事を指すもので、空気中を伝わる音波の速度を意味するものではありません。

素敵な Audio Life を(^_^)/

お礼

みんなありがとうございます

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回答No.6

iBook 2001（@iBook-2001）

はじめまして♪

微視的には、音の伝わる速度に「違い」を観測できる場合があります。
しかし、実油範囲において、人が違いを案じてれるケースがボボほぼ無いので、周波数の違いによる速度差は、ない。と考えて良いでしょう。

オーディオにおいては、発音駆動部。スピーカーユニットを動かす「ボイスコイル」一の違いにより、耳に到達する時差、周波数ごとで位相変化が複雑に絡む、という部分を気にしたり、バスレフ方式などは、低域共振発生に遅延があるとか、長い音道のバックロードホーンなどでも、中域と低域に距離差があるので、と言う部分は、時々話題になります。

そもそも、大規模オーケストラなどは、各楽器演奏者が結構離れているんですが、音楽的に問題になったりしませんよねぇ。

左右幅で３０mとか奥行き方向で１５mとかでも。。。

こういうのは、ステージバックや天井などに音が反射した上で、ホール全体による反響音、こういうのも含めて聞いている。という事なんです。

スピーカー再生音が主体となる野外ライブなどでは、各スピーカーから出た音と聴衆者位置による音ズレ感は問題になります。たまに、ライブ映像などで音楽に合わせながら観客がジャンプ、、などが順に変化する「ウエーブ」みたいに見えちゃう事があったりしますね。３４m遠いと0.1秒、、という時差になってきます。（音のスピード、音速は同じなんだよね。）

なお、音の速度が340m/秒というのは、気温や湿度や風などと、各種の影響を除外した時の指標にすぎません。

逆に言いますと、微視的な「周波数によって音速が違うのか？」という測定の方が、非常に限られた条件下で、ごくごく僅かではあるが、観測できる。という条件結果もある。という範囲の話です。

『周波数によって音のスピードが異なるって本当ですか？』
嘘ではありません。しかし、一般的な音楽鑑賞とか、リスニングオーディオや業務音響、聴く側も演奏者側も、気にする部分では無い。という話になるので、「嘘」と判定する事も可能です。

他にも、周波数フィルターによる位相変化とか、、、こっちの話題まで踏み込むと、もっとモットややこしく難しい話になってきます。

回答No.4

sirasak

空中の音の速度は約340m/秒で、音源から340mの位置で聴くと１秒で音が聴こえることになり周波数に影響在りませんとされています。

本当かは知りませんでしたが、検索するとAI回答では共鳴管での波長実験で20Hzと20kHzの音速の差は0.1m/sあるとのことで、1000倍違うと20Hzが340ｍ/sで20kHzが340.1m/sになるらしいです。

湿度で音速が僅かに変化する記事がありました。
https://www.engineeringtoolbox.com/air-speed-sound-attenuation-humidity-frequency-d_2161.html

それらの記事は共鳴管と波長関係で測定されたようですが、開口端補正部が関係するようです。
https://accel-kitchen.com/project/pbl/material/marvelous-report-wave-physicsB2017-7.pdf

野球のボール速度を測るように実際に音速を測定した結果はどうなんだろうと興味がありますが、
いずれにしても音速の変化は微小なので普段問題にならないとされているようです。

オーディオの音速で特に問題になるのはウーハーとツイーターの2wayスピーカーの場合などのことで、
ウーハーの振動板と、ツイーターの振動板と聴取位置での距離が違うと音が届く時間が変わるので音波の位相が違ってきます。
実際はネットワークで急峻に分担するので影響は少ないですが、5kHzでは波長が6.8cmになるので、もしもウーハーとツイーターも同時に5kHzを出していて、距離が3.4cm違うと逆相になって減衰することになるのでウーハーの振動板とツイーターの振動板も視聴位置と同じ距離になるように配置するリニアフェイズスピーカーがあります。

https://www.weblio.jp/content/%E3%83%AA%E3%83%8B%E3%82%A2%E3%83%95%E3%82%A7%E3%82%A4%E3%82%BA
タイムアラインメントを正確にとった状態のことを指す。「フェイズ」とは「位相」の意味だが、ここでは時間のことを指し、スピーカーの音が高音・中音・低音のすべてがほぼ同時に耳に届く状態を指している。
カー用では距離の違いを電気的に遅らせて合わせる設置もあるようです。

回答No.3

nijjin

変わるのスピードではなく高さですね。
もし周波数で音の速度が変わるとなると
TVを見たりスピーカーで音楽を聴くとき距離が開くほど低音・中音・高音がズレて聞こえるようになります。
周波数の高い音（高音）が早く周波数の低い音（低音）が遅いとした場合
コンサートなんかだと一番遠い席になるとドラムのシンバルなんかが聞こえて1秒後にボーカルが・・・
更に1秒遅れてバスドラムやベースが聞こえる・・・
みたいなことになります。

回答No.2

tetsumyi

これスピーカの話でしょう。
スピーカの音はスピーカはスピーカ自体の響きと部屋の反響を利用して良い音として聞こえるようにしています。
それで箱や部屋の響きが大きくなる為には同じ音が続けて出て音が重なる必要がありこの為に聞いた感じで音が遅れて大きくなるのです。
実際には部屋の反響は0.4秒が良いと言うことですから0,１秒程度遅れるでしょう。
それでスピーカや部屋の響きですから実際には本来の音と違った音質に必ずなります。
こんな音を出す装置がハイファイとか波形再現とか言う事がまかり通るとはおかしな専門家たちです。

回答No.1

Higurashi777

音速は
音速＝√（（音波を伝える物質の弾性率）／（その物質の密度））
で決まります。すなわち、音波を伝える媒質によって音速は変化しますが、音速に周波数依存性はありません。

空気中であれば、音速は気温によって変化します。
音速をCとすると、
C = 331.5 + 0.6T [m/s]　（Tは摂氏温度）
で計算が可能です。これは気温によって空気の密度が変わることが要因となります。

以上、ご参考まで。