音の伝わり方について教えてください

質問

音が遠くに行くほど小さく聞こえるのはなぜですか？音の大小を決めるのは振幅の大きさだと調べたのですが、ある問題集でこんな問題がのっていました。　
　　音が遠方に行くにしたがって弱くなるのは（　）が減少するからである　　　　　　　　　　解答　振動数
これはどういうことなんでしょう..私の理解の仕方がおかしいのですか？

回答No.8

sanori

＃１で回答したものです。
自分の説明不足に気づいたので補足します。

音（およびそれと類似のもの）について、発生源の計所、および発生源の距離によって、振幅が「０次関数、－１関数、－２次関数」になると説明しましたが、

これは、あくまでも
「摩擦等・散乱等々による減衰」が無い場合の話です！
減衰があると、例え前回回答で言うところの「０次関数」であっても、遠くでは音量が小さくなります。

例えば、音の場合は、
伝わる途中に障害物がなくても、音というものは空気を「伸び縮み」させながら伝わるものですので、その過程で少しずつエネルギーをロスします。ロスした分は熱に変わります。

前回の回答で説明を簡単にしたこと自体は間違いではないですが、減衰は重要事項なので・・・。

回答No.7

noname#65504

既に正しい解答が出ていますが、ちょっと視点を変えての回答をします。

その問題集はあまり良くないようですね。
解答が間違っています。
設問にも問題があります。
だから先の回答について、「エネルギー」とか「振幅」などいろいろな用語が解答として述べられて質問者を悩ませているのだと思います。

既に先の回答にあるように、設問に対する解答としては、「振幅」も当てはまりますし、「エネルギー」も当てはまりますし、また「音圧」でも答えとして成立すると思います。
すなわち解答がいくつも出てしまうような問題です。だから設問にも問題があると思います。

ここで用語の整理をしておきます。

音は狭義の意味で耳で感じ取る物理量を意味しています。物理的な現象としては空気の振動による圧力変化です。同じ空気の圧力変化でも台風などで使う場合の気圧の変化は耳で感じ取れないような変化ですので、音に含めて考えません。

音の大きさはエネルギーや音圧で示します。
集音マイクなどは音圧を測定しています。
音のエネルギーは音圧の２乗に比例する量です。

一方振幅というのは、振動の大きさを示す用語で、よく使われる例としては地震の振動波形です。
大地震があるとよく新聞などに地震の振動波形図が載っていますが、あれは横軸に時間縦軸に地震の大きさを書いたものです。地震の場合一般に加速度、速度、変位などが大きさを表す物理量として用いられます。

同じように音の大きさを表示する場合縦軸はエネルギーや音圧をとります。
この縦軸のことを振幅と総称しています。

以上用語整理でした。

ところで、以下の書き込みが気になりました。
＞通り過ぎる救急車の音を想像すれば、高いピーポーから、低いピーポーになるんですよね。ありがとうございます。

この記述はドップラー現象というものを意味しています。
http://www.oitda.or.jp/yh/other/answer/a_other5.htm

なぜ気になったかというと、ドップラー現象では振動数の変化が問題になるからです。模範解答となっている「振動数」がです。

そこで、質問者が問題文を読み違えているか、問題集の誤植ではないかと推定しました。

「音が遠方に」ではなく、「'音源'が遠方に」の、「弱く」は「低く」の間違いと考えました。

こう考えると答えは振動数となります。

一般に音速ｖと振動数（ケースによっては周波数ともいう）ｆと音の波長λの間には次の関係があります。
ｖ＝ｆ＊λ

ここで音源が遠ざかると、遠ざかる量をΔとすると、実際の音の長さはλなのですが、音源が遠くなると見かけ上の長さがΔ分だけ増えて感じ取られます。
そのため、見かけ上の波長がλ＋Δとなります。

ここで、音速は空気温度などが変化しなければ一定と見なせますので、見かけ上波長が長く（λ＋Δ）なりますので、反比例して振動数ｆが小さく感じられます。

振動数の高低が音色の高低を示しますので、遠ざかる音は低く、近づく音は高く感じられます。これが音のドップラー現象です

＞これはどういうことなんでしょう..私の理解の仕方がおかしいのですか？

冒頭に述べたように質問文に書かれているままの設問では答えとなる用語がいくつも存在します。だから、設問としては良くないものです。
設問が悪く、解答も間違っていると考えるより、むしろ、模範解答は正しく、設問文に誤植（あるいは質問者の読み違い）があったと考える方が可能性が高いと思います。

質問者の音の大きさの認識は正しいですが、内容に対する認識か問題文自体が間違っていたと思います。

回答No.6

space-alien

難しく考えないでください。

　皆さんの回答のとおり、「解答　振動数」は間違えです。

　音は、ある箇所から発生した場合、球面が大きくなるように伝わっていきます。

　もちろん、地上の場合は、半球面（地中もわずかに伝わりますが）で伝わります。

　皆さんの回答のとおり、周波数は固定です。
　音のエネルギーは、振幅です。

　したがって、音のエネルギーも、遠くに行くほど、球面の面積に反比例して、エネルギー（振幅）が減衰します。

回答No.5

fjnobu

N02です。
　振幅ではないとは言っていません。良く読んで下さい。

回答No.4

fjnobu

NO2です。
私から回答をするのは、マナー違反になるようですので、この様に考えた。どうですか？であれば答えられます。
エネルギーの減少は、全ての自然現象に該当する回答ですので漠然としすぎです。主題者の意図する回答では無いでしょう。

お礼

勉強不足ですいません。物理は得意ではありませんので（むしろ苦手です）エネルギーと言われて抽象的で私にはよくわからないのです。とにかく振幅ではないというのは解るのですが・・たびたびの回答ありがとうございました。

回答No.3

sanori

訂正します。

模範誤回答が「（遠くでは）振動数が減少する」なので

誤
男の声が遠くでは女性の声に
↓
正
女性の声が遠くでは男の声に

しょーもないことですが、一応・・・

お礼

わたしもはじめのお礼間違えました。通り過ぎる救急車の音を想像すれば、高いピーポーから、低いピーポーになるんですよね。ありがとうございます。

回答No.2

fjnobu

振動数は明らかに間違いです。
音のエネルギーは、距離により３次元に広がってゆきます。
広がりにより何が減少して行くかと、音のエネルギーは何を振動させているかを考えれば答えは出ると思います。

お礼

ご回答いただきありがとうございました。エネルギーのお話は難しいですが、振幅という答えに自信を持っていいということでしょうか？それとも解答はエネルギーということでしょうか？　もしよろしければfjnobuさんの思う解答をのせていただければ助かります。ちなみに、音のエネルギーが振動させているものとは空気でしょうか？

回答No.1

sanori

「解答　振動数」は、明らかに誤りですね。
振動数が変わったら、音程が変わってしまい、男の声が遠くでは女性の声に聞こえてしまいます。

あなたの「振幅」で大正解です。
そうでないとエネルギー保存が成り立たないというか、エネルギー補填してないのに、距離が遠くになるにつれてエネルギー（の合計）が増加しちゃいますから。

なお、遠くに行くほど小さくならない「方法」もあります。
無限に面積の広い平面が音源（スピーカー）ですと、距離の０次関数、すなわち一定になります。

音源が無限に長い棒や糸であれば、－１次関数

音源が点であれば、－２次関数

コンサートホールとかで、スピーカーの配置によっては、上記の組み合わせみたいな感じになりますし、上記の「無限」という言葉を取り去った状態も、組み合わせになります。

電場、磁場、電磁波、重力場、これらは全て同様ですね。

ご存知だったら失礼！

お礼

朝早くにありがとうございました。音の高低は振動数の違いによって変わると思っていましたので、ご指摘の「遠くにいる男性の声が女性の声に聞こえる」という不思議な現象が世の中では起こっているのかと悩みました。エネルギー保存の法則のご説明以降は私には少し難しいですが、とにかく詳しい方から返答がいただけたので、自分の答えに自信をもちます。ありがとうございました。