倍音と倍音（物理学）：定義、違い、周波数

倍音と倍音は、一般的に音源との関係で説明されています。 これらの2つの概念は、互いに混同されることが多く、同じ意味で使用されることもあります。

特定の状況では、同じ周波数のセットを参照することになるため、これは驚くべきことではありません。 ただし、倍音が倍音であり、倍音が倍音である可能性がある一方で、倍音ではない倍音、および倍音ではない倍音を持つことも可能です。

倍音と倍音について説明する前に、波の基本を理解することが重要です。

波は媒体内の外乱であり、媒体内の点の振動を介してある場所から別の場所に伝播します。 音はその一例ですが、海の波や弦の波などもそうです。

ザ・波長連続する波のピーク間の距離です。 ザ・波の周波数波の1秒あたりのサイクル数です。 そしてその波の速度は波長と周波数の積です。

伝播する妨害が媒体内に閉じ込められている場合、それは反射してそれ自体に干渉する可能性があります。 特定の周波数では、これにより持続的な定在波が発生します。 これは、ギターの弦を弾いたり、笛を吹いたり、床にレンチを落としたりしたときに発生します。 落下の衝撃により、レンチは短時間振動するため、特定の周波数で「音を立てる」ようになります。 影響。

このような定在波が発生する可能性のある周波数は、共振周波数、また、特定の媒体に対するこれらの周波数の値は、その媒体の特性によって異なります。 たとえば、弦に定在波が発生する頻度は、弦の質量密度、弦の張力、弦の長さによって異なります。

次のセクションで説明するように、ほとんどのオブジェクトには、振動する可能性のあるいくつかの異なる周波数があります 当然のことながら、これらの異なる周波数は、多くの場合、相互に関連し、オブジェクトのジオメトリに関連しています。 自体。

共振周波数は、物体の固有振動数です。 これは、何かが振動して定在波パターンを作成する周波数です。 特定のオブジェクトについて、通常、これが発生する頻度はいくつかあります。 そのような最低の周波数は、基本周波数そしてしばしばとして示されますf₁​.

アン倍音基本周波数または基本トーンを超える共振周波数に付けられた名前です。

オブジェクトの連続する倍音のリストは、倍音列. シリーズの最初の倍音とそれに続くすべての倍音は、基本波の整数倍である場合とそうでない場合があります。 振動するオブジェクトのプロパティとジオメトリによっては、関係が単純な場合もあれば、複雑な場合もあります。

たとえば、ドラムヘッドなどの円形メンブレンでは、1.59に倍音があります。f₁​, 2.14​f₁​, 2.30​f₁​, 2.65​f₁​, 2.92​f₁および他の多くの値。 これらの倍音は、2次元の定在波が膜上で発生する可能性のある周波数で発生します。 ご想像のとおり、これらの値を導出するための数学は、弦の定在波モードを決定するための数学よりもはるかに簡単ではありません。

​高調波周波数基本周波数の整数倍、または振動の最低周波数です。

振動する弦を考えてみましょう。 振動のモードはすべて基本波の倍数であり、弦の長さと波の速度に関連しています。 より高い周波数は関係を介して見つけられます

波長：

どこL文字列の長さです。

これからあなたは調和級数. 第二高調波f₂ = 2f₁および第3高調波f₃ = 3f​_​1​ 等々。 また、波長と周波数の積である波の速度は、のすべての値で同じであることに注意してください。n​.

文字列を使用したこの特定の例では、すべての倍音が倍音であり、すべての倍音が倍音です。 ただし、これは、ドラムヘッドの例に見られるように、また次のセクションにも見られるように、常に当てはまるとは限りません。

前に説明したように、高調波は基本周波数の整数倍です。 これらの周波数では、オブジェクトは共振を経験する場合と経験しない場合があります。 対照的に、倍音は、基本波より上で共振が発生する周波数です。 これらは、高調波のみ、特定の高調波のみ、または他の値で完全に発生する可能性があります。

開いたパイプ（または振動する弦）に立っている音波の例を考えてみましょう。この場合、倍音と倍音は同じです。 ただし、パイプが閉じている場合、倍音は奇数倍音でのみ発生します。

ドラムヘッドなどの長方形または円形のメンブレンでは、すべてが少しずつ得られます。 長方形のメンブレンでは、倍音の一部は倍音でもありますが、そうでないものもあります。

たとえば、長さが幅の1.41倍の長方形のメンブレンでは、倍音は1.41で発生します。f₁​, 1.73​f₁​, 2.00​f₁​, 2.38​f₁​, 2.71​f₁​, 3.00​f₁​, 3.37​f​_​1​ 等々。 円形のメンブレンでは、ほとんどまたはすべての倍音が倍音になることはありません。

ドラムヘッドの振動モードは、非調和または非調和の倍音の例です。 これらは、シンバルやその他の打楽器でも発生します。

管楽器、金管楽器、弦楽器などの楽器。 それらは、共鳴の適用例と倍音と倍音の区別を提供します。

特定の楽器は倍音で音を出す傾向があり、他の楽器は奇数倍音で音を出す傾向があり、他の楽器は非調和の倍音を持っています。 ピアノのさまざまなキー、ギターのさまざまな弦、またはフルートの運指を変更することで、可能な倍音と倍音も変化します。

これは、特定の楽器を定期的に調整することが重要である理由でもあります。 撥弦楽器が弾く音は、弦の質量密度だけでなく、張力にも依存します。 しばらく演奏すると弦が少し伸びたり、テンションが変化したりする場合があります。 張力を再調整することにより、正しい基本振動周波数を復元することができます。

​音色音楽の音の知覚される音質です。 ギターでもピアノでも同じ音を弾くかもしれませんが、耳で違いがわかります。 周波数が同じなのに、なぜそうなるのですか？ 答えは倍音と関係があります。

ギターの弦を撥弦楽器で弾くと、基本周波数で振動して一定の音が出ます。 倍音値でも同時に振動しますが、振幅ははるかに小さくなります（低い） ボリューム）。 ズームインすると「波状」に見える、または独自のはるかに小さいサインカーブが並んでいるサインウェーブを想像してみてください。

ピアノの調を弾くときも同じことが起こり、これらの楽器の物性の違いはさまざまな組み合わせに役立ちます 倍音の相対的な強さ、2つを区別することを可能にする異なる音色または音質を作成します 楽器。

ノートの品質にも影響を与える可能性のある他の要因は、アタック、ディケイ、サステイン、リリースタイムです。 ノートが再生されると、振幅はピークにジャンプし、しばらくの間一定のレベルに低下し、ノートが終了するとゼロに低下します。

​攻撃ノートが再生され始めてからピーク振幅までの時間です。減衰は、ピーク振幅とノートが演奏される持続振幅の間の時間です。サスティーンは、ノートが一定の振幅で演奏される時間です。リリースは、ノートが終了したときに持続振幅からゼロになるまでにかかる時間です。