音（声）の振動について

質問

こんにちは。
音の振動について調べています。

・浅く、口の広いタライのような容器
・深く、口の狭めなバケツのような容器

上記の２点の容器の口の部分を薄いビニールでぴっちりとふさぎ、太鼓のようにします。そのビニールに、１５cm程の真上から「あ゛ーーー」と大きな声を当てるとします。
すると、その声の振動は、ふさがれた容器の中で響きあい、フタの役目をしている薄いビニールは、目には見えなくても、振動するはずですね。

ここで質問です。
(1)「振動が響きあう」というのは、上から降りてきた声が、容器の底に当たり、またビニールにぶつかってビニールが振動する、ということなのでしょうか。要するに「↑↓↑↓」の矢印のような運動です。
それとも、容器の中を、縦横無尽に響きあうということなのでしょうか。これは、あまり考えにくいとは思ったのですが…。
(2)・浅く、口の広いタライのような容器
　・深く、口の狭めなバケツのような容器
この二つの場合、音の振動の返りが大きいのはどちらなのでしょうか。
タライのような容器は、ビニールを張ると、その張った面積がとても大きく、横幅が沢山あります。
それに対し、バケツのような容器にビニールを張ると、ビニールに面積よりも、容積のほうが大きいと考えられます。このような場合には、どのように考えたらよいのでしょうか。

この実験は、数ヶ月前から行っているのですが、なかなか答えが分からずに苦戦しています。
http://www.so-net.ne.jp/jikken/19/try.html
上記URLに、とてもよく似た実験が出ていたので、イメージが伝われば幸いです。

質問は、上記２点となります。
至らない考え方しかできず、お恥ずかしい限りですが、よろしくお願いいたします。

回答No.1

ticky · ベストアンサー

あまり良いお答えは出来ませんが。

１．「響き合う」つまり「共鳴する」とき、上下に波がいったりきたりするか、それとも波が縦横無尽に飛び交うかというのは、ケースバイケースですが、両方在ると思います。
（縦横無尽に飛び交う場合は、通常は共鳴していないのですが、例外が考えられるからです）

例えば、細長い管のようなもので実験をした場合、容器の口と、反対側の底とで反射しあい、その結果として「共鳴」します。（笛やラッパの楽器を考えてください）
このような場合は、管の上下方向の波の動きは少ないと考えられるので、無視できます。

違うケースの場合、上下方向の他にも、斜めや、横の方向についても、共鳴することは考えられると思います。

ただ、波が上から入ってきて、それが続く場合（「あー」と声を出し続ける場合です。実験はこうするのですよね？）は、上下方向だけを考えるだけでもいいだろうと思います。

２．「音の振動の返り」というのは、つまり「あー」と声を出して、それが容器中でどれだけ共鳴して、声が返ってくるかということですよね？

これは、容器の形状が重要ですが、実は「共鳴」するには、ある決まった振動数がありますので、たらいタイプと、バケツタイプの固有振動数のどちらが、人間の声の固有振動数に近いかということが重要になるのではないでしょうか。（これは私にはわかりません）

また、口が広いほど、ビニールを振動させるのに、よりエネルギーが必要となると思うので、また、口が広いほど、人間の口のサイズとの差が大きくなるので、バケツタイプの方が響かせやすいと私は予測します。
（あくまでも予測です）

専門とかそういうのではないので自信はありませんが、とても難しい実験だと思います。ただ、「おもしろい模様」がビニールに出来るのであれば、それはある程度「共鳴している」証拠だと思います。（全く共鳴していなければ模様は出来ないのではと思います）

お礼

お答え、本当にありがとうございます。

とても丁寧に教えてくださって、心から嬉しくなりました。（１日以上、お答えが返ってこないというのは初めてのことで、何かまずい質問でもしてしまったかと思っていたのです。）

実験は、仰った通り「あー」と声を出し続けます。笛のように、他のものに立場を置き換えてみる、という考え方は思いつかなかったので、感激です。

「固有振動数」というのは知らなかった新たな発見です。自分でまた、色々と調べてみたいと思います。

この実験は難しいんだな、と再確認させられました。
それでも、これからも研究していきたいと思います。

本当に、どうもありがとうございました。