コロナ社 科学技術と共に歩む - 0³0í0Êy> · 2019-10-23 ·...
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ま え が き
近年,科学者による論文データの捏造,改ざん,経歴詐称といった不正行為
が繰り返し報道され,テレビの科学情報番組でも「やらせ」が発覚するなど,科
学への信頼を失墜させる事件があとを絶ちません。また,インターネット上で
は,出所が明確でない不確かな情報,無責任な情報が,信頼できる情報に紛れ
て発信されています。
「科学リテラシー」とか「メディアリテラシー」といったことばがさかんに
取り上げられ,それをテーマとした書籍も多数出版されています。リテラシー
(��������)とは,もともと言語によって読み書きできる能力という意味であり,
「科学リテラシー」というのは,信頼できる科学とそうでない擬似科学をみわけ
る能力といった意味になります。
国民の科学リテラシーが低いと,いかがわしい商品をとんでもない価格で売
りつける商売や,怪しい教義を流布して信者から多額の金品を搾取するような
宗教がはびこることになります。そのようないかがわしい商売や怪しい宗教か
ら身を守るため,一般大衆の一人ひとりに,氾濫する情報のなかから信頼でき
る情報をみきわめる力が求められているのです。
科学者(あるいは擬似科学者)による不正行為が発覚すると,多くの研究者,
研究機関,ひいては科学全体の信用が失われます。その行為によって直接だま
された人たちだけでなく,誠実で地道な研究に携わっている大多数のまっとう
な科学者,研究者も被害を受けるのです。
筆者は,誠実な科学者たちを擬似科学による被害から守るにはどうすればよ
いか頭を悩ませている科学者の一人です。研究に携わる者として,まずは,自
分自身が捏造,改ざん,盗用といった不正を犯さないことが必須だと思います
が,それだけで擬似科学を減らすことはできません。
コロ
ナ社
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�� ま え が き
科学者は,少なくとも自分の研究分野に関しては,専門的な知識を身につけ
ています。その知識を専門でない人たちにわかりやすく伝えることができれば,
一般大衆の科学リテラシー向上に役立てるのではないでしょうか。
科学リテラシーを向上させるには,一人でも多くの人に科学に対する興味を
もってもらうことが肝要です。筆者の専門は音響計測および聴覚です。他の分
野に関する教養の程度は一般並みか苦手分野なら一般並み以下かもしれません
が,音に関しては,それなりの専門知識があると思います。この知識を一人で
も多くの方々に伝えるというのが本書の狙いです。ただし,科学技術の難しい
話だけではなく,多くの人に興味をもってもらえるような,音にまつわる面白
い話も紹介したつもりです。
科学を装った偽の科学,いわゆる擬似科学について調べてみると,健康,食
品,環境,美容,ダイエットといったキーワードが真っ先に目につきます。こ
れらの分野に比べると,音に関する擬似科学には,それほど深刻なものはない
かもしれませんが,本書を読めば,音の世界にも怪しい話は少なくないという
ことがわかるでしょう。怪しい話については,できるだけ科学的な観点から考
察するように努めたつもりです。さらに,音に関する不思議な現象や面白い蘊
蓄など,知っているといつか役立つかも?しれない雑学情報も紹介しています。
本書をとおして,音の面白さだけでなく,科学の世界がいかに不思議な驚き
に満ちているのかということを少しでも伝えることができれば幸いです。
執筆にあたっては,さまざまな方の協力が不可欠でした。なかでも貴重なデー
タを提供していただいたリオン株式会社,興味深い話題を提供してくださった
�放送技術研究所の杉本岳大さん,労を惜しまずに録音を手伝ってくれた
産業技術総合研究所の上田麻理さんには心から感謝いたします。
���� 年 �月
蘆原 郁・坂本真一
コロ
ナ社
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目 次
�� 不思議な音の科学
� � 初 級 編 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
� � � 水の量と音の高さ � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
� � � 音 叉 の 謎 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
� � � 音で音を消せますか? � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
� � � 自分の声の不思議 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
� � � 人の気配って? � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � � ダイヤルトーンの正体 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � � みんなが好きな音,嫌いな音って?(�� ���人ネット調査の結
果より) � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � 中 級 編 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � � 音は屈折する � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � � ヘリウム音声のメカニズム �� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � � ハンドマイクのもち方 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � � 聴 覚 �� 視 覚 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � � トンネルドン � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � � 加圧説 �� 減圧説 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � � 存在しないのに聞こえる音 (�) 音韻修復 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � � 耳の悪い人には,大声で話しかければいい? � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � 上 級 編 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � � 耳を塞げば,それは難聴と同じ? � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
コロ
ナ社
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�� 目 次
� � � �ビット量子化でオーディオが再生できるわけ �� � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � � 低周波と高周波,どちらが遠くまで届くの � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
� � � 頭内定位と頭外定位 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
� � � マスキングの不思議 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
� � � 音の非線形現象 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
� � � 存在しないのに聞こえる音 (�) 結合音 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
引用・参考文献 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
�� 音の都市伝説
� � 東京ディズニーランドの都市伝説 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � 水素ビールでソプラノに? � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � 呪 わ れ た 歌 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � � 自 殺 の 聖 歌 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � � 音読すると危険な詩 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � � バックマスキング � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � � オルタモントの悲劇 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � �� ク ラ ブ � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � ��の二度がけ � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � 寝言に答えてはいけない? � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
引用・参考文献 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
�� 音に関する雑学,薀蓄
� � デパートの ��� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � 漫才のスタンドマイクはダミー? � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � 歌手のマイクテクはパフォーマンス? � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
コロ
ナ社
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目 次 �
� � 客室乗務員の沈黙 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � 生産性向上のための��音楽 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � ヘレン・ケラーは「聞くこと」が最も重要と考えていた? � � � � � � � � � � � ���
� � コオロギが鳴かなくなった? � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � 接頭辞の混乱 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � ����の容量と録音時間 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� �� オーディオ ��のサンプリング周波数 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
引用・参考文献 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
�� 音にまつわる怪しい科学
� � モーツァルト効果 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � 睡 眠 学 習 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � 超音波蚊よけ器 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � 補聴器をすると耳が悪くなる? �� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � 補聴器は片耳だけでよい? � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � ジューダス・プリースト裁判 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � 音を使った破壊兵器 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � � !ゆらぎ音楽 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � ブライディ・マーフィ騒動 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� �� 水からの伝言 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
引用・参考文献 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
�� 科学が誤るとき
� � 線引き問題とは � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � 反 証 可 能 性 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
コロ
ナ社
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�� 目 次
� � アドホックな修正 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � 発 表 手 続 き � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � 測定の不確かさ � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � 観察の理論負荷性 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � 観 察 者 効 果 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
� � 認知的バイアス � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
� � � 確証バイアス � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
� � � 利用可能性バイアス � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
� � � 基礎比率の無視 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� � � 賭博師の誤謬 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � � あべこべの誤謬 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � � 訴追者の誤謬 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� � 有意差があるってどういうこと �� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� �� 検証と反証の非対称性 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� �� 科学者であるために � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
� �� お わ り に � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
引用・参考文献 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���
索 引 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���コロ
ナ社
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付録������について
文章や図表による説明だけではわかりにくい項目について,よりよく理解し
ていただくために,音や映像によるデモンストレーションを付録��に収録し
ました。��に収録してあるコンテンツおよび本のなかでそれらが解説されて
いる箇所は,以下のとおりです。
� ノイズキャンセル "#�(動画)$ � � �項 「音で音を消せますか?」
� %�#!���� "��(音)$ � � �項 「ダイヤルトーンの正体」
� %&���� "��(音)$ � � �項 「ダイヤルトーンの正体」
� モーション・バウンス � "#�(動画)$ � � �項 「聴覚 �� 視覚」
� モーション・バウンス � "#�(動画と音)$ � � �項 「聴覚 �� 視覚」
� モーション・バウンス � "#�(動画と音)$ � � �項 「聴覚 �� 視覚」
� 音の伝搬 "#�(動画)$ � � �項 「トンネルドン」
� ドップラ効果 "#�(動画)$ � � �項 「トンネルドン」
� 音韻修復 "#�(動画と音)$ � � �項「存在しないのに聞こえる音 '�(
音韻修復」
� 模擬難聴 "#�(動画と音)$ � � �項「耳を塞げば,それは難聴と同じ?」
� 音の回折 � "#�(動画)$ � � �項「低周波と高周波,どちらが遠くま
で届くの」
� 音の回折 � "#�(動画)$ � � �項「低周波と高周波,どちらが遠くま
で届くの」
� バイノーラル "#�(動画と音)$ � � �項 「頭内定位と頭外定位」
� ダミーヘッド "#�(動画と音)$ � � �項 「頭内定位と頭外定位」
� マスキング "#�(動画と音)$ � � �項 「マスキングの不思議」
� マスキング解除 "#�(動画と音)$ � � �項 「マスキングの不思議」
コロ
ナ社
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���� 付録 �����について
� 結合音 "#�(動画と音)$ � � �項「存在しないのに聞こえる音 '�( 結
合音」
� ピンクノイズ "#�(動画と音)$ � �節 「� !ゆらぎ音楽」
� 倍速ピンクノイズ "#�(動画と音)$ � �節 「� !ゆらぎ音楽」
� 倍速逆転ピンクノイズ "#�(動画と音)$ � �節 「� !ゆらぎ音楽」
� )���� "#�(音)$ � �節 「� !ゆらぎ音楽」
� )���* "#�(音)$ � �節 「� !ゆらぎ音楽」
収録されているメディアファイルは,+,-形式のオーディオファイル,+�,
形式のオーディオファイルおよび+�-形式のビデオファイルです。いずれも
+�.%/"� ��%�� 0�����で再生可能です。
��� 12 の場合,+�, 形式や +�- 形式のファイルは,デフォルトの
34��)5�#� 0�����で再生できない場合があります。このような場合は,追加
のソフトが必要となります。くわしくは,アップルサポートサイトの「サポー
トするメディア形式を 34��)5�#� に追加する」
(6��&7 �4&&/�� �&&�� �/# )* 5����8���"�/����9:� ;0,����年 �� 月
現在)などを参照してください。
収録されているメディアファイルのうち,音を含むコンテンツは,スピーカや
ヘッドホンで再生してください。ヘッドホンでは効果がないものや,逆にヘッ
ドホンで聞かないとわからないものもあります。そのようなものについては,
本文中に再生方法を記載してあります。
付録 ��に収録されたコンテンツの著作権は著者に帰属し,著作権法によっ
て保護されます。コンテンツの利用は個人の範囲に限られます。著者の許諾な
しにネットワークへのアップロードや他人への譲渡,販売,コピー,改変など
を行うことは禁じます。
コロ
ナ社
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�
不思議な音の科学
��� 初 級 編
本章では,音にかかわる不思議な,そして興味深い現象を紹介していきたい
と思います。まずは,ここでつまずいていたら先へは進めないという初級編か
らです。
����� 水の量と音の高さ
ペットボトルに適当な量の水を入れて,そのペットボトルの口に笛を吹くよ
うに息を吹き込んでみましょう。「ボーッ」とか「ピーッ」と音が鳴るでしょう。
ペットボトルに入れる水の量を変えると,音の高さが変わるはずです。水が少
ししか入っていなければ低い音,いっぱい入っていたら高い音になるでしょう。
つぎに,水の入ったコップを箸などで叩いてみましょう。不思議なことに今
度は,水の量が少ないほど高い音が鳴るでしょう。
ペットボトルに息を吹き込むときに鳴る音は空気の共鳴によるものです。片
方の口だけが閉じた閉管の共鳴とみなせます。閉管で共鳴が起こるとき,共鳴
している音波の波長は,図 ���に示すとおり管の長さの約 �倍となります。し
たがって,管が長くなるほど音波の波長も長くなります。波長が長くなれば音
の周波数は下がります。ペットボトルの場合,水の量を少なくするほど空気の
占める部分が長くなりますね。これは管が長くなったのと同じことです。管が
長くなったため管内の空気の固有振動数が低くなるわけです。
コロ
ナ社
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� � 不思議な音の科学
図 ��� 閉管の共鳴片側が閉じ,反対側が開いた管(閉管)のなかで共鳴が生じるときの振動する空気の変位と音波の波長を模式的に表す。
一方,コップを叩いて鳴らす音はコップの振動によるものですが,このとき
は,水も含めたコップ全体の振動ですから,水が多くなるほど固有振動数は低
くなるのです。木琴で木板の長いほうが低い音になるのと同様です(図 ���)。
図 ��� コップの音の高低コップを叩いて鳴らす音は,水の量が増えるほど低くなる。木琴の木板が長くなるほど低い音を出すのと同じである。
さて,ここで質問です。きれいなワイングラスの縁を濡らした指先でこすっ
て音を鳴らし,音楽を奏でる手法をグラスハープといいます。テレビなどでご
覧になったことがあるでしょう。このグラスハープの音程は,グラスの厚さや
大きさで決まりますが,グラスのなかに入れる水の量でも調整できます。では,
このとき,水の量と音の高さの関係はどうなるでしょうか。
コロ
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�� 初 級 編 �
水の量が多いほど音程は低くなるというのが正解です。つまり,グラスハー
プの音は,水も含めたグラス全体の振動によるものなのです。
ところで,どうしてグラスの縁をこするだけで音が鳴るのか考えてみましょ
う。これは一般にくっつき � 滑り運動と呼ばれる現象によって説明されます。
指との摩擦により,グラスは指の動きに引っ張られます(くっつき)。どこまで
も引っ張られていくとグラスは倒れてしまいますが,実際はあるところまでい
くと一気に反対方向へ戻り(滑り),そこで再び指にとらえられます。目にはみ
えないくらいの微細なこの現象が繰り返され,グラスが震えるわけです。
このとき,グラスの振動の周波数は,指を動かす速さではなく,水を含むグ
ラス全体の固有振動数に依存します。これは,バイオリンのように弦を弓でこ
すって演奏する楽器(これを擦弦楽器という)に似ています。バイオリンの音
の高さも,弓の動きの速さではなく,弦の固有振動数によって決まるのです。
発泡スチロールをこすり合わせるときの音や,車のブレーキ音,タイヤのス
リップ音など,物体が摩擦するときに生じる音の多くは,くっつき �滑り運動に
よるものと考えられます。
����� 音 叉 の 謎
水の量と音の高さの話はいかがだったでしょう。簡単すぎたかもしれません
ね。つぎに紹介するのは音叉に関する謎です。音叉をおもちの方は鳴らしてみ
てください。手もとに音叉がない方は想像してください。音叉を叩くと ��� <
の純音に近い音が聞こえます。純音は,これからも本書にたびたび登場します
が,波形が正弦波で表せる音のことです。
音叉が発する純音は少し離れた人には聞こえないほどの弱い音です。そこで,
この音叉の根っこ部分を,例えばギターの胴にあててみます。すると離れた人
にも聞こえるくらいの大きな音になります(図 ���)。ギターがなければ,テー
ブルでも窓ガラスでも,冷蔵庫でもかまいません。音叉をあててみましょう。
音が大きくなります。不思議ですね。
何が不思議なんだといわれるかもしれません。音叉の振動がギターの胴に伝
コロ
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� � 不思議な音の科学
図 ��� 音叉の謎振動している音叉をギターの胴にそっとあてるとギターの胴が震えて音が大きくなる。このとき大きくなった音のエネルギーはどこからきた?
わり,ギターの胴が震えるから大きな音になるんだと誰もが簡単に説明するで
しょう。そのとおりなのですが,音は空気の振動です。空気にも質量があり,質
量のあるものを動かすにはエネルギーが必要です。何もないところからエネル
ギーは生まれません。
エネルギーが増えずに音が大きくなるのはエネルギー保存則に反するのでは
ないでしょうか。では,音叉をギターの胴にあてたとき,大きくなった音のエ
ネルギーはどこからきたのでしょうか。ギターの内部にモータが隠れているの
でしょうか。それとも音叉に太陽電池と加振器が仕込まれているのでしょうか。
もちろんそんなものは仕込まれていません。タネも仕かけもない,純然たる
物理学です。エネルギーは音叉に加えられた最初の一撃のみです。あとはその
エネルギーを使い果たすまで振動し続けるだけです。最初の打撃のあと,何も
しなければ,振動は少しずつ減衰していって,音も徐々に聞こえなくなります。
これに対し,振動中の音叉をギターの胴にそっとあてると,あきらかに音が大
きくなるのがわかります。
このとき,小さな音叉を振動させるのに比べて,ギターの胴を振動させるに
は,より大きなエネルギーが要るということを考えなくてはいけません。音叉
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�� 初 級 編 �
だけならエネルギーは少しずつしか消費されないのに対し,ギターの胴が加わ
れば単位時間に消費されるエネルギーが大きくなるのです。だから音は大きく
なるわけですが,エネルギーは早く消費されることになります。
つまり,音が大きくなったのと引き換えに振動の持続時間が短くなるのです。
全体のエネルギーは増えたりも減ったりもしていません。わかってみれば至極
当然ですよね。
����� 音で音を消せますか?
みなさんは,音は音で打ち消すことができるとお思いでしょうか。理論上は
そのとおりであり,実際にそれを利用したノイズキャンセリングヘッドホンな
どの商品も実用化されています。でも,それなら世のなかから深刻な騒音公害
なんてなくなりそうなものです。
そもそも音で音を消すとは,どういうことでしょう。わたしたちが聞いてい
る音は,空気中を伝わる粗密波あるいは縦波といわれる波だということはご存
知でしょう。波には,重ね合わせの原理というものがあります。同時に同じ場
所を �つの波が通過するとき,その場所の振幅は,それぞれの波の振幅を足し
たものになる,というものです。
ですから,形状がまったく同じで,位相だけが反転した �つの波がたがいに
接近してきて,ある場所で重なったとすると,その瞬間,その場所の振幅は �
になり波は消えたようにみえます。しかし,そのあと,�つの波は,もとの形
状のまま何ごともなかったかのように離れていきます。
音の伝わるようすを模式的に描いた図���をみてください。大きさを無視で
きるような小さな音源から,あらゆる方向に同じように音が発生しています。
このような音源を点音源と呼びます。発生している音は純音です。図は,空中
における圧力の高低を濃淡で示しています。濃淡のコントラストが強いほど音
も強いことを意味します。
この図では,音の伝搬に関して �つのことに注目してください。ひとつめは,
音の波面の形です。音源の近くで,波面は球(図は �次元なので円ですが,実
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図 ��� 波の伝わるようす点音源から発する音波が広がりながら伝わっていくようす。音源は,横軸,縦軸とも � ��の位置(つまり,座標 �� �)にあり,純音を発している。
際は �次元なので球)面をしています。このような波は球面波と呼ばれます。
音速を一定とするなら,波面は,いくら広がっても球面であることに変わりあ
りません。ただ,その曲率半径が大きくなるだけです。しかし,曲率半径が十
分に大きければ,観察する人にとって,それは平面に等しくなります。平面状
の波は平面波と呼ばれます。図でもわかるように,音源からの距離が離れるほ
ど,音は平面波とみなせるようになっていくのです。
注目してほしい �つめの点は,音が減衰するようすです。音が拡散すること
によって音の強さは減衰します。音の減衰については,� � �項で述べますが,
音の強さは音源からの距離の �乗に反比例します。ですから,音源の近傍では,
少し遠ざかるだけで急激に音は減衰しますが,音源から離れた場所では減衰が緩
やかになります。図でも,濃淡のコントラストが変化することで確認できます。
さて,遠方から聞こえてくる騒音を音でキャンセルできるかどうか考えてみ
ましょう。騒音源は遠方にあるので,図 ���に示すように音は平面波とみなせ
ます。話を簡単にするため,騒音は純音とします。図中に円で示される ,点で
騒音を消したいとしましょう。騒音を打ち消すための音を発生させる物体を�
の位置に置きます。ここで,騒音源を �次音源,�点に置いた物体を �次音源
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索 引
【あ】 アドホックな修正 ���
あべこべの誤謬 ���� ���
【い,う,え】 イ・ムジチ合奏団 ���
ウッドストック ���
エネルギー保存則 �
【お】 オージオグラム ���� ��
オーバーリクルートメント ��
オルタモントの悲劇 ���
音韻修復 �
音響レンズ ��� ��
音源定位��� ��� ���� ���� ���
【か】 回 折 ��� ��
外有毛細胞 ����� ��� ��
蝸 牛 ����
確証バイアス ���
重ね合わせの原理 �
活動電位 ��� ��
可用性バイアス ���
感音性難聴 ��� ��� ����
��� ��� ��� ���� ���� ���
観察者効果 ���� ���
観察の理論負荷性 ���� ���
干 渉 ��
【き】 偽陰性 ���
擬似科学 ��� ����
���� ���� ���� �������
���� ��� ���� ������
基礎比率の無視 ���
基底膜 ����� ��� ��� ��
基本周波数 ��� ��� ���� ���
球面波 �� �� �
偽陽性 ���� ���
共変調マスキング解除 ��
近接効果 �� �
【く】 くっつき 滑り運動
クリントン ���
【け】 結合音 ��� ��� ��� ��
【こ】 高音難聴 �����
高調波ひずみ ��� ��� ��� ���
喉頭原音 ��
骨導音 �
固有振動数 �� ��� ��� ���
混変調ひずみ ����� ��� ��� ���
【さ】 西條八十 ��
サブリミナル効果 ������
サンプリング��� ��� ��� ��
サンプリング周期 ��
サンプリング周波数��� ��� ��� ��� ��� ���
��� �� ��� ���
【し】 指向性��� �� �� ��� ��� ��� ��
ジューダス・プリースト裁判 ���
周波数 �� ��
周波数選択性 ���� ��� ��
周波数分析 ��
出力制限装置 ������
純 音 � ���
�� ��� �� �� ��� ��� ���
��� ���� � ��
順序効果 ���
障害物知覚 ��� ��
衝撃波 �� �� �� ��� ���
【す】 睡眠学習 ��� ��
睡眠時随伴症 ���� ��
睡眠時無呼吸症候群 ��� ���
睡眠図 ���
ステレオフォニック ��
【せ】 生産性向上のための �6音楽 ���
コロ
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索 引 ���
声 道 ��� ��
接頭辞 ���� ���
線引き問題 ���
【そ】 騒音性難聴 ��
双指向性 ��
訴追者の誤謬 ���
【た】 ダーウィン ��
ダイオティック �
退行実験 ���� ���
ダイコティック �
ダイナミックレンジ ��� ��� ��� �
ダイヤルパルス �� ��
ダミーヘッド ��
単一指向性 ��� ���
【ち】 超音波蚊よけ器 ��
【て】 デルタシグマ変調 ��� ��� ����
点音源 �� �� �� ��
伝音性難聴 ��� ��� ��
【と】 頭外定位 ��� ��
頭内定位 ��
ドップラ効果 �
賭博師の誤謬 ���
トンネルドン �
トンネル微気圧波 �� ��
【な】 内有毛細胞 ��� ��
難 聴 ��� �����
����� ��� ��� ��
【に】 入出力関数 ��
ニュートン ��
認知的バイアス ���� ���� ��� ���
【ね】 ネイチャー ��
【の】 ノンレム睡眠 ������
【は】 ハイサンプリング ��� ��
バイノーラル録音 ��� ��
ハウリング ��� ��� �
反証可能性 �������
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反証主義 ������� ���
【ひ】 ピッチ ����� ���
ピンクノイズ ������
【ふ】 フィッティング ������
複合音 �� ��
腹話術効果
不確かさ ������
ブッシュ ���
プライミング効果 ���
【へ】 平面波 �� �� �� ��
ヘリウム音声 ��� ��� ���
ヘリカルスキャン ��� ��
ベルヌーイの定理 ��
ヘレン・ケラー ���� ��
【ほ】 ポパー ���� ���
ホルマント周波数 ��� ��
ホワイトノイズ ���
【ま】 マガーク効果
マスキング ��� ��� ��
【み】 水からの伝言 ������� ���
ミニマムポーズ �
【む】 無指向性 ��� ���
夢遊病 ��
【め】 メタ分析 ��� ��
【も】 モーション・バウンスイリュージョン
モーツァルト ���� ��� ��� ��
モーツァルト効果 ��� ��
模擬難聴 ��� ����� ��� ��
モノフォニック ��
【や】 夜驚症 ��� ���
【ゆ】 有意差の検定 ��� ����
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有意水準 ������� ���
有毛細胞 ����� ��
【り】 リクルートメント ��� ��� ���� ���
リニア ��� ��� ���
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�� 索 引
利用可能性バイアス������
量子化 ��� ��� ����� ��
量子化ノイズ ��� ��� ��
量子化ビット数 ��� ���
��� ��� ��� ��� �
両耳間強度差 ����� ���
両耳間時間差 ����� ���� ���
【れ】 レーガン ���
レム睡眠 ������
レム睡眠行動障害 ��� ���
【ろ】
老人性難聴 ��� ���
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【�】 �'$5:�4.� 1&;':' ���� ��
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【�】 C'9 D'//'(5: ���
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【�】 25:'F�&�'� �. ���
【数字】 ��7 ゆらぎ������� �����
進接頭辞 ���
� クラブ ���
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著 者 略 歴
蘆原 郁(あしはら かおる)1986 年 筑波大学第二学群人間学類卒業1991 年 筑波大学大学院心身障害学研究科
博士課程修了(心身障害学専攻)学術博士
1992 年 工業技術院電子技術総合研究所勤務2001年 独立行政法人産業技術総合研究所勤務
現在に至る
坂本 真一(さかもと しんいち)1989 年 工学院大学電気工学科卒業1991 年 工学院大学大学院修士課程修了
(電気工学専攻)1991 年 リオン株式会社2003 年 博士(工学)(工学院大学)2006 年 リオン株式会社退職2006年 株式会社オトデザイナーズ代表取締役
現在に至る
音の科学と擬似科学—音の不思議と怪しい話—Science and pseudoscience in acoustics —Wonders and rumors of sound—
c© Kaoru Ashihara, Shinichi Sakamoto 2012
2012 年 2 月 16日 初版第 1 刷発行 ★
検印省略著 者 蘆 原 郁
坂 本 真 一発 行 者 株式会社 コ ロ ナ 社
代 表 者 牛 来 真 也印 刷 所 三 美 印 刷 株 式 会 社
112–0011 東京都文京区千石 4–46–10
発行所 株式会社 コ ロ ナ 社CORONA PUBLISHING CO., LTD.
Tokyo Japan
振替 00140–8–14844・電話(03)3941–3131(代)
ホームページ http://www.coronasha.co.jp
ISBN 978–4–339–00829–6 (新宅)(製本:愛千製本所)
Printed in Japan 本書のコピー,スキャン,デジタル化等の無断複製・転載は著作権法上での例外を除き禁じられております。購入者以外の第三者による本書の電子データ化及び電子書籍化は,いかなる場合も認めておりません。
落丁・乱丁本はお取替えいたします
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