筒から聞こえる不思議な音について教えて下さい

質問

円筒形のものを耳にあてると、中から、「ゥワ～ン」という音が聞こえてきますが、なぜそんな現象が起こるのでしょうか？
行ってみたのは、長さ1m、直径5cmほどの紙筒です。
円筒形の長さや、直径の違うものを、いくつか試してみましたが、長くなると音が低くなりました。
人間の耳では聞き取れない周波数の音か、何らかの作用で聞き取れるようになったのでしょうか？
それとも、小さな音が、何らかの作用で、増幅されて、聞き取れるようになったのでしょうか？
小学生に説明しようと考えています。
よろしくお願いします。

回答No.8

foomufoomu

体内からの音が、無響室でしか聞こえないことを知らない人がいたとは驚きです。いったいどこで体内の音の知識を得たのでしょうね。

筒をふさいだくらいでは外からの音を消すことはできません。めいっぱい耳せんを詰めてもまだだめです。
徹底的に外からの振動エネルギーをなくさないと体内の音は聞こえません。

体内の音が聞こえるときは、まず「キーン」という耳鳴りが大きく聞こえます。これが聞こえてないときは、体内の音を聞いているのではありません。そこからさらに周囲が静かになって、はじめて血流などの低い音も聞こえます。

もちろん、これらのときの周囲の音は、普通のマイクで録音できるレベルより、はるかに小さいです。録音機を持ち出したところで、何もわかりません。

お礼

ご回答、ありがとうございます。

無響室ですか。そこまでの環境が必要ということは、体内の音は、そう簡単には聞けないと言うことですね。

回答No.7

rabbit_cat

音源が体内にあることは、解剖学では常識なんですが意外に知られていないようですね。
簡単に確かめるなら、筒の反対側を閉じて完全に密閉しても音は聞こえますよ。もちろん、聞こえる高さは変わります。
あるいは、筒に耳をつける代わりに、マイクを差し込んで録音してみれば何も音が鳴っていない（音源は外部の音ではない）ことがわかります。小学校の実験とかなら、なかなか面白い題材になると思います。

共鳴管をつけることで、骨を音が伝わりやすくなります。（正確に言えば、骨の主に表面を音つまり振動が伝わる時の音響インピーダンスが変化します。）

お礼

ご回答、ありがとうございます。

筒の反対側を閉じて、実験してみようと思います。

回答No.6

noname#212313

共鳴（共振）という現象ですね。筒の長さの整数倍、または(整数+0.5)倍の音だけが強められます。

　紙筒であると、紙筒自体が周囲の僅かな音、空気の流れを拾って音源となります。体内の音も音源となり得ます。おそらく、耳に当てたのと反対側は開けていたでしょうから、そこからも音が入ってきます。

　しかし、反対側が開いているかどうかは、音の高さに影響します。添付図は正弦波が上手く描けなかったので楕円で代用していますが、筒の中に(整数+0.5)個の波か、整数個の波が安定して存在できるかの模式図です。上が耳に当てたのと反対側が開いている（片側）開放端と呼ばれるもので、下が反対側が閉まっている固定端と呼ばれるものです。なお、耳の側は閉まっていると考えています。

　紙筒の耳に当てた反対側を塞ぐと音の高さは変わるはずです。また、長くなると高さが最低の音の高さ、つまり筒内に安定して存在できる最長の波長が長くなります（開放端で筒の長さ1.5倍、固定端で1倍→※）。

　筒の長さで音が変わるのはもうお試しになって確認されたわけですが、例えば、筒の材質を変える、筒を防音材で包む、等々で音の状態は変わるでしょう。どう変わって、それがなぜかを考察すると、結構面白い実験になるかもしれません。

P.S.

※両方が開放端だとどちらの端も波の山（最も振幅が大きい所）が来る。そのため、安定して存在できる最も長い波長は、両端が波の山、中央が波の谷（振幅が0になる所）という状態、つまり筒の長さの1倍になる。

お礼

ご回答、ありがとうございます。お返事が遅くなって申し訳ありません。

空気の流れも関係するのですか。扇風機で風を送るとか、モーターの音も影響しそうですが、私を含めて、子ども達には、いい刺激になりそうな気がします。

また、筒の材質や、防音材で包むなど、試してみたくなりました。

音源としては、体内、体外のいろいろなモノが、入り交じっていると言うことなのですね。

回答No.5

foomufoomu

普通の環境では、体内の音は小さいので、周りの音にかき消されて聞こえません。
うんと静かな環境でのみ。体内の音はきこえます。

普通の環境では、外の音のほうがずっと大きいのですから、筒があっても、なくても、外の音が音源と考える方が自然でしょう。

筒がある場合、外の音が筒で増幅される音より、耳の骨の振動が筒に伝わる（ほんとに？）音のほうが大きくなるというのは、どういう理屈なのでしょうね。
ちょっと試してみればすぐにわかることですが、耳からわずかに筒を離した状態でも、「わーん」という音は聞こえますし。

お礼

foomufoomuさん、お返事が遅くなって、申し訳ありません。

音量の差は、ありますね。

筒の、耳につけた方ではない、もう一方は開いているのだから、周囲の音は当然入ってくるはずで、少し離れたところでの話し声などの音は、トンネルの中のような響き方をして、聞こえてきたりしました。

ということは、周囲の音ということかなぁ。

回答No.4

rabbit_cat

耳に筒を当てて聞こえるゥワーンという音は、外がどんなに無音な環境でも聞こえますよ。

体の中から発した音が筒の中を共鳴して外に聞こえるほどのパワーがないのは、当たり前の話です。
（筒の耳を当てている反対側の先から音が聞こえるか、と言えば聞こえないに決まっています。）

ゥワーンという音は、耳の奥で鳴っている小さな血流の音が、骨を通して直接鼓膜を震わせて聞こえています。（したがって、例えば、耳の孔に小さなマイクを突っ込んでもほぼ録音できないのに対して、耳の中の骨にマイクを当てれば録音できる）

そのときに、耳の孔と筒とをあわせた共鳴菅をつけることで、特定の周波数について『骨を通して直接伝わる』振動が大きくなります。（音響インピーダンスが特定の周波数で急激に低下する）

お礼

rabbit_catさん、ご回答、ありがとうございます。

筒の穴の一つは耳にあてるのですが、もう一つが開いているので、そこから何らかのモノが入ってきているのではという気は、しないではないですが・・・

管が開いているのに、音が戻ってくるのは不思議です。

回答No.3

foomufoomu

おそらく、「共鳴管」という現象でしょう。

私たちの身の回りには、普段から多くの音が流れているのですが、それが管の中に入ると、特定の波長の音だけが増幅されて聞こえます。

http://www.aitech-j.ed.jp/fswiki/wiki.cgi?page=%B6%B5%B2%CA%2F%CD%FD%B2%CA%2F%CA%AA%CD%FDI%2F%B2%BB2

特定の高さの音だけが強調されるので、普段聞く音と違って聞こえる。という事だと思います。
（なお、体の中から出ている音は、管内で共鳴するほどのパワーはありません）

お礼

ご回答、ありがとうございます。

体の中が音源ではないのですか？

確かに、結構な音量で聞こえますからね。

ご意見が分かれてしまいましたね。

回答No.2

rabbit_cat

まず、その音の発生源は、耳の中の血管に血流が流れている音です。耳を手で塞いで外の音を聞こえなくするとザーとかゴーとかいう音が聞こえますよね。アレです。
人間の耳（というか脳）は良く出来ていて、ずっと鳴っていて変化がない音、あるいは、自分が注目している音以外の音は、は聞こえない（認識しない）ようにできています。つまり、人間の耳では聞こえない周波数の音が何らかの作用で聞きとれるようになったわけではなくて、音自体は普段もずっと鳴り続けている音ですが、脳がその音を消し去っているわけです。

次に、手で耳を塞ぐとザーと聞こえるのに、筒をつけるとゥワーンと聞こえるのは、共鳴現象です。
ザーという音（多くの周波数を含む音）から、筒の長さで決まる周波数の音だけが取り出されて増幅されて聴こえます。

お礼

明快なご回答、ありがとうございます。お返事が遅くなって、申し訳ありません。

まさか、自分自身が音源だとは思いもよりませんでした。驚きと同時に、納得しました。

図工の授業で「宇宙ラジオ」という名前をつけて、聞こえる音から発想して、子ども達に表現させています。私が「宇宙」と名づけたので、宇宙を描く子がいたり、渦巻き模様を描く子がいたりと、なかなか楽しい活動になりました。

教えていただいたことを生かして、活動の幅を広げることを考えてみます。

ありがとうございました。

回答No.1

ORUKA1951

面白いことを発見しましたね。それをたたえることが大人の責務です。
そして、ここからは理科を学んだのですから、
【引用】＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ここから
第1　目標
　自然に親しみ，見通しをもって観察，実験などを行い，問題解決の能力と自然を愛する心情を育てるとともに，自然の事物・現象についての実感を伴った理解を図り，科学的な見方や考え方を養う。
￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ここまで［第2章　各教科　第4節　理科：文部科学省( http://www.mext.go.jp/a_menu/shotou/new-cs/youryou/syo/ri.htm )］より

・他の色々な物で同じ現象が起きないかを試してみましょう。
　長さや太さを変えた筒
・有名な事象に海辺で拾った巻貝の殻を耳に当てると潮騒の音が聞こえる。というのがありましたね。
　ここまでを試すと、共通項が発見できるはずです。
　￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣
・似た形状のものを身近な物から探してみる。ここからは子ども自身で発見させること。
　シロフォン(木琴)、パイプオルガン、ホルンやトロンボーン・・・色々な楽器、ギターやバイオリンの胴、巻貝とか・・

　観察を繰り返して、その原理を予測して、実験や観察によりその予測を証明していく。それが科学（理科）です。
＞小学生に説明しようと考えています。
　科学は知識ではありません。大事な事はこの科学的な見方や考え方を身につけること。このような発見や探求は決して学校や教科書では得られない体験です。活用しましょう。

お礼

すばやいご回答、ありがとうございます。お返事が遅くなって、申し訳ありません。

興味を持ってくれると思い、子ども達に紹介しました。しかし、私自身が専門知識がなく
「なぜ？」という問いかけに答えることが出来ず、こちらに投稿しました。

円筒形に限らず、視野を広げていただき、ありがとうございました。