この投稿は、今週平日毎日新しいミニ投稿を投稿するミニウィークの一部です。 そこで、「火曜日」の「ミニ」投稿では、それについて何かすることにしました。
私たちは、音というものを、私たちが聞くもの、つまり、音を立てる何かだと考えています。
振動が物質を「通り抜ける」方法は、音波の形をしています。 音波というと、おそらく次のようなものを思い浮かべるでしょう：1
しかしそれは音波のしくみではありません。 そのような波は横波と呼ばれ、個々の粒子が上下に動いて蛇の状況を作ります。
音波はもっとミミズの状況に似ています：2
ミミズと同様に、音は圧縮と圧縮解除によって動きます。 これを縦波といいます。 スリンキーは両方の波ができる：13
音は、ある種の振動が物質を通して縦波を作るところから始まる。 4
これは音がどのように見えるかですが、球の波紋が広がっている様子を想像してみてください。 このアニメーションでは、音波は左側の振動する灰色の棒によって生成されています。 この棒は、あなたの声帯かもしれませんし、ギターの弦かもしれませんし、下の川に流れ続ける滝かもしれません。 赤い点を見ると、波が一方向に動いていても、個々の粒子は前後にしか動かず、灰色の棒の振動を真似ていることがわかります。
つまり、曲線状の蛇行波の代わりに、音は圧力波で、空気の各部分が通常より高い圧力または低い圧力になるのです。 ですから、音波の蛇のようなイラストを見たとき、それは圧力の尺度を指しているのであって、粒子の文字通りの移動経路を指しているわけではありません。 地震で起こる揺れの多くは、巨大な音波が地球を通過した結果です (この場合、断層の動きは、上記のアニメーションの灰色と赤のバーとして機能しています)。 それは、圧力波がある媒体の中をどれだけ速く移動できるかによります。 空気のような流動性の高い媒体は圧縮性が高いので、波が動くのに時間がかかりますが、水は圧縮性がはるかに低いので、波を減速させる「ゆとり」が少なくなります。 例えば、2人の人がスリンキーを挟んで、片方の端をもう片方の人に向けて押すと、もう片方の人がそれを感じるまでに、波はスリンキーを伝って少し時間がかかるとします。 しかし、2 人がホウキを持っている場合、片方が押すと、もう片方はすぐにそれを感じます。ホウキは圧縮性がはるかに低いからです。
ですから、空気中の音速（通常の状態で時速 1,234 km）が水中の音速の約 4 倍遅いというのは理にかなっています。 耳がなければ、ほとんどの音波は人間には感知できず、大きな音だけが皮膚に感じる振動として認識される。 耳は、わずかな音波も微妙に感じ取ることができる不思議な能力を備えており、通常はその音がどこから来て、どのような意味を持っているのかを正確に伝えることができるのです。 そして、そのおかげで私たちは話すことができるのです。 人間の最も重要なコミュニケーションは、私たちの脳が複雑なパターンの気圧の波を通して、他の脳に情報を送るときに起こります。 それがどれほどすごいことなのか、立ち止まって考えたことはありますか？
次に進もうとしたのですが、すみません、これには乗り切れません。 次に誰かと話しているとき、立ち止まって何が起こっているのか考えてみてほしいんだ。 あなたの脳は、ある考えをもっている。 その思考を圧力波のパターンに変換する。 そして肺から空気を体外に送り出しますが、その際、声帯を適度に振動させ、口と舌を適度な形に動かして、空気が体外に出るまでに、高気圧と低気圧のパターンを埋め込んでしまうのです。 その空気中のコードは、周辺の空気全体に広がり、その一部が友人の耳の中に入り、鼓膜を通過していきます。 そのとき、鼓膜を振動させることで、コードだけでなく、それが部屋のどこから来たのか、どのような声のトーンだったのかが正確に伝わります。 鼓膜の振動は、3つの小さな骨を通って液体の入った小さな袋に伝わり、その袋が情報を電気的インパルスに変換して聴覚神経に送り、脳でその情報が解読されるのです。 そして、そのすべてが8分の1秒の間に、二人とも何の努力もせずに行われるのです。 話すことは奇跡なのです。
とにかく-
耳は聞いた音のさまざまな性質を識別できますが、最も基本的なものは音程と音の大きさの2つです。
ピッチ
ピッチは波長、つまり圧力波の間隔がどのくらいあるかで決まります。 人間は、20Hz（長さ17mの波のこと）という低い周波数から、20,000Hz（長さ1.7cmの波のこと）という高い周波数まで聞き取ることができます。 年齢を重ねるにつれて、高い音を聞き分ける能力は衰えていくので、20,000Hzに近い周波数を聞いても、おそらくほとんどの人は何も聞こえないでしょう（愛犬はそう思わないでしょう）。 8 音楽の低音のような低い音を感じることができるのは、波長が非常に長く、実際には波全体が体を通過するのに20分の1秒かかるからです（したがって20Hz）34
ラウドネス
我々が聞く音の大きさ5 は、圧力波の振幅で決まります。 上のアニメーションでは、描かれている高い音と低い音は同じ大きさですが、これはアニメーションの下部にある圧力曲線が垂直方向に同じ大きさであるためです。 つまり、大きな音は静かな音よりも高圧で低圧の部分があります。
地表の空気を通過する音については、波の高圧部分と低圧部分の平均が通常の大気圧、つまり私たちが「1気圧」と呼ぶ圧力に相当します。 つまり、音波の高圧成分は 1.0001 気圧、低圧成分は 0.9999 気圧で、より大きな音は 1.01/.99 かもしれませんが、どちらの場合も 2 つの平均は 1 気圧です。
私たちはしばしばデシベル (Alexander Graham Bell から名付けられた) という単位を使って大きさを測定しています。 混乱したければ、デシベルに関するウィキペディアのページを読んでください。 超イケてる単位です。 それを説明して私たち二人を退屈させるよりも、私たちがデシベルを使って音を測定する方法について話しましょう。
ラウドネスのスケールには、非常に小さな最小値があります。 最もかすかな音は、人間が聞き取れる音よりもはるかに小さく、私たちの最も優れた科学機器のどれもが検出できる音よりもさらに小さいのです。 しかし、あなたがいる場所によっては、音は最大値を持ちます。 なぜなら、音はそれ自体ではなく、媒質の中を動く圧力波だからです。 音波の圧力の高いところと低いところの平均は、媒質の常圧でなければならないので、最終的に圧力の低いところはゼロ圧、つまり真空になるという事実が、音の大きさを制限しているのです。
デシベル(dB)について便利なことは、人間の耳に感知できる最も微弱な音は、定義上、0dBであり、それを「聴力の閾値」と呼んでいることです。 科学者は負のデシベルスケールの音まで研究しようと最善を尽くし、地球上には-9.4dBまで記録する人工的な部屋も存在します。 これは音波の振幅が非常に大きく、低気圧の部分が完全な真空になった状態である（音波は通常の2倍の気圧と全く空気のない状態を交互に繰り返すので、その場にいたくはない）。
注意しなければならないのは、デシベルでは、10 dB 増加するごとに音量が 2 倍になることです。 つまり、20 dB は 10 dB の 2 倍、30 dB は 10 dB の 4 倍、80 dB は 10 dB の 128 倍の大きさです。
1）衝撃波
194dBのマークを通過するのに十分なエネルギーが放出されると、低気圧が底をついたので、持続的な圧力波を作るには多すぎますが、それでも何かが起こります。
194dBでは、通常の2倍の圧力と完全な真空を交互に繰り返す最大限の波がありますが、195dBに達すると、エネルギーは空気中を移動しなくなり、真空が広がって空気を外側に押し出し始めます。 194dBを超えれば超えるほど、その真空の泡は遠くまで届き、より大きな衝撃を与えることになります。 10
バブルの端には超圧縮ガスの障壁があり、この障壁が陸上を通過するとき、通常はその経路上にあるものを平らにします11
半球が拡大するにつれ、エネルギーを失って最終的には消散してしまいます。 しかし、そうなる前に衝撃波の通り道にいることに気づいたら、大変なことになっていたことでしょう。 まず、超圧縮されたバリアの衝撃はレンガの壁にぶつかるようなものでしょう（橋から水の上に落ちるのがコンクリートの上に落ちるのと同じ方法で、同じ理由です）。 第二に、圧縮された空気は高温である。 十分な威力があれば、骨を粉にし、臓器をスープにすることができます。
ここで、194dB+の有名な出来事をいくつか紹介しましょう。 サターンVは獣であり、その打ち上げからの音波は1マイル先の草に火をつけるほど強烈だった。 12 ロケットの打ち上げではこのような強力な音が発生するため、宇宙機関はロケットの打ち上げ時に発射台に水を張って音を吸収させ、圧力波の力がロケットを損傷させないようにしている
広島・長崎の原爆 広島・長崎の原爆は、200dBをはるかに超えるものでした。
1883年のクラカトア火山噴火：13 クラカトアについて話さなければならないことが多すぎて圧倒されています。
- クラカトアはインドネシアの島で、噴火は1883年8月27日に起こりました。
- 噴火は島を完全に消滅させ、毎秒半マイルで空に向かって17マイル（27キロ）の高さに膨大な量の瓦礫を飛ばした。 また、歴史上もっとも致命的で広範囲におよぶ津波を引き起こした。
- しかし、この噴火で最も驚くべきことは、その音でした。
- その衝撃波は、40マイル離れた船員の鼓膜を破裂させるほど大きく、100マイル離れても音は172dBで、誰かの耳を永久に破壊するか、殺すのに十分な大きさでした。 あなたがどこにいようとも、約100マイル（161km）離れた場所を思い浮かべてください。 もし、その音が鳴り響いたときに、誰かの耳元で大声で叫んでも、その人の耳には聞こえないような音が鳴り響くようなことが、そこで起こっていると想像してください。 ちなみに、サターンVの打ち上げ音は100m先で170dBだった。 クラカトアは100マイル先でそれより高かった。
- その音は300マイル（483km）先の厚さ1フィートのコンクリートの壁を割った。
- その音はオーストラリア（遠くで大砲の球を発射したように聞こえた）、さらには3000マイル先のロドリグ島でもずっと聞こえたという。 3,000マイル先か。 私は今ニューヨークにいる。 もし、カリフォルニアやヨーロッパで、ニューヨークにいる私に聞こえるようなことが起こったとしたら、どうでしょう。
- 音がやがて人間に聞こえなくなるほど遠くに行った後、音波が地球を3.5周したため、その後数日間、世界中の気圧計が狂ったようになりました。
- 最後に、有名な「叫び」という絵画を知っていますか？ なぜか空が真っ赤になっているでしょ？ 空が赤いのは、画家のエドヴァルド・ムンクが、クラカトア噴火の翌年、西半球一帯の赤い空を見て、この絵を描く気になったからです。
大きな噴火でした。 海の中や陸地、あるいは他の惑星にはもっと大きな音が存在する可能性があります。 たとえば、太陽系のガス惑星は、地球よりも大気が濃く、圧力波の振幅が大きく、非常に速い風と強力な嵐で、大きな音を出す機会がたくさんあります。 音は真空中を伝わらない」という言葉を聞いたことがあると思いますが、これで納得できますよね？ 音は物質を伝わる圧力波です。 物質がなければ音もない。 膨大な熱や放射線や力があっても、近くで観察している人間には、すべて死んだように静かです。
もし仮に、宇宙に空気が満ちているとしたら、突然、とても大きな音になるでしょう。 超新星の音という恐ろしい概念は忘れてください。ただ、そこに座ってぶらぶらしている間抜けな太陽は、290dBという驚異的な音量で鳴り響くことでしょう。 ある太陽物理学者によると、地球上では100dBの音、つまりバイクの音量を毎日、どこでも聞くことができるのだそうだ。
最後に、この投稿のために調査し、音とは何かについて学んだことで、誰もその音を聞いていない森の中で木が倒れることについて、新しい視点を得ることができました。 私は今、いや、それは音を立てないのだと思います。 木は空気圧の波を作るだけです。 音という概念は、生物による圧力波の知覚であり、圧力波を知覚する耳がなければ、音は聞こえないのです。 人類が絶滅して、その瓦礫の中に美しい女性の写真があったとして、その女性は美しいか？ 私はそうは思いません。 なぜなら、彼女の美しさは人間が見つけたということだけで、人間がいなければ、彼女は数メートル離れたところで瓦礫をかき回している雌のカブトムシよりも美しくないからです。 ね？
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読んでほしい3つのこと：
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これが気に入ったら、他にもいくつかあります。
How Tesla Will Change the World
The AI Revolution:
The Road to Superintelligence
Putting Time in Perspective
ソース
The awesome GIFS: Dan Russell and ISVR
CDC: 騒音と難聴の予防
US Department of Labor: 職業性騒音暴露
Nautil.us: 地球を4周するほど大きな音
UNSW: What is a Decibel?
Decibelcar.com: デシベル等価表
Make it Louder: 究極の音圧レベルデシベル表
NASA:
Idiom Zero: How Loud is the Sun?
Gibson.com: Sound Suppression Test Unleashes a Flood
Idiom Zero: How Loud is the Sun? 大音量になるかもしれない。
GC Audio: 10 Loudest Rock Bands of All Time
GC Audio: デシベル（音の大きさ）比較チャート
Mathpages.com:
Turn it to the Left: Noise Levels
Extreme Tech:音の速さ。
Abelard.com：大音量で死ぬことがある？ 大音量の音楽と聴覚障害
Soundproof Cow:
Chalmers：史上最も大きな音。 量子マイクロフォンは極めて弱い音をとらえる
born.gov.au: クラカトア噴火、1883年8月27日
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