音の波形を見て、「こちらの方が山が高いから、高い音」と答えてしまうことがあります。
日本語としては自然に聞こえます。でも、図の山の高さと、耳で聞く音の高さは、同じものではありません。何を見比べているのかを、分けてみましょう。
大きさは振れ幅、高さは振動回数
基本の比較では、音の大きさは振動の振れ幅、音の高さは一定時間に振動する回数と結び付けます。振れ幅を「振幅」、1秒間の振動回数を「振動数」といいます。
同じ高さの音なら、振幅が大きい方が大きな音になります。一方、1秒間に振動する回数が多いほど、高い音になります。
「大きい音」と「高い音」を、何となく「強そうな音」という一つの感覚にまとめないでください。見ている量が違います。
波形は、縦と横を別々に読む
横軸が時間の波形で、音の高さを比べるなら、同じ時間の中に何回の振動があるかを見ます。上下に大きく振れているかどうかで、高低を決めるのではありません。
音の大きさを比べるときには、縦方向の振れ幅に注目します。ただし、図どうしの目盛りや測定条件がそろっていることが前提です。縦軸を拡大して描けば、同じ振幅でも山は大きく見えてしまいます。
見た目の印象で選ぶ前に、軸と目盛りを確かめる。音の問題でも、いつものグラフの読み方が必要です。
山の数だけでも決められない
Aは0.01秒間に4回、Bは0.02秒間に6回振動しています。どちらが高い音でしょうか。
「6回のB」と答える前に、比べた時間を見てください。BはAの2倍の時間を見ています。
1秒間にそろえると、Aは4÷0.01＝400回、Bは6÷0.02＝300回。振動数が多いAの方が高い音です。
数えた回数が多いことと、同じ時間にたくさん振動することは違います。「何秒間に何回か」まで、一組で読み取りましょう。
最後に、二つを同時に言ってみよう
同じ目盛り・同じ測定条件の二つの単純な波形があります。振幅は同じですが、同じ時間内の振動回数は違いました。
この基本問題なら、「同じ大きさで、高さの違う音」と整理します。「どちらが大きいか」だけでなく、「どちらが高いか」も別に答えられるか、確かめてください。
用語を覚えたあとには、図のどこを根拠にしたのかを指して説明する。その一手間で、大きさと高さの取り違えを見つけやすくなります。
編集補足：波形の山ではなく、一往復と目盛りを数える
次は単純な波形を使った自作例題です。横軸は時間、縦軸は同じ尺度の振動を表し、測る位置や器具の設定はそろえているとします。実際の音の聞こえ方には音色や周波数による違いもありますが、ここでは振幅と振動数を区別する基本モデルを扱います。
一回の振動は、同じ状態へ戻るまでの一往復です。山から次の山まで、あるいは谷から次の谷までを一組として数えます。図の左端と右端に山があると、山の個数とその間の区間の個数が違うことがあります。印の数だけを振動回数にしないでください。
例題1：山が五つあるのに四回？
0秒、0.005秒、0.010秒、0.015秒、0.020秒の位置に連続する山が描かれています。0秒から0.020秒までに何回振動していますか。また、振動数は何Hzですか。
4回で、200Hzです。 山どうしの間隔は四つあります。4÷0.020＝200です。山が五つだから5回と数えると、始点の山を一回分として余計に加えています。隣り合う山を一本ずつつないで区間を数えると、ずれを見つけられます。
一周期は0.005秒なので、1÷0.005＝200としても確かめられます。二つの計算が同じ結果になるかを見ることで、区間数と時間の対応を検算できます。Hzは一秒間の振動回数を表す単位です。
例題2：縦軸を拡大して描いただけなら？
同じ音を同じ条件で記録した波形を、Aは縦方向1目盛りが1単位、Bは1目盛りが0.5単位となるように表示しました。Aの振幅は2目盛り、Bは4目盛りです。「Bは振幅が2倍だから大きな音」と判断してよいですか。
判断してはいけません。振幅の実際の値はどちらも2単位です。 Aは2×1＝2、Bは4×0.5＝2です。Bは縦方向に拡大表示しただけで、記録した振動を強くしたわけではありません。
図の見た目を比べる前に、縦軸の一目盛りが同じ量を表しているかを読みます。横軸についても同様です。同じ幅の画像でも、表示している時間が違えば、その中の振動回数をそのまま比較できません。
振幅は、山から谷までの全部ではない
基本の波形で振幅を読むときは、振動の中心から山、または中心から谷までを測ります。山から谷までの差はその二倍です。中心の線が図のどこにあるかを先に探せば、目盛りの読み違いを防げます。
「上下に4目盛り動く」という文章だけなら、中心からの最大のずれか、山と谷の全幅かを確かめる必要があります。図や定義が与えられている場合は、それに合わせます。言葉の印象だけで数字を二倍・半分にしないようにします。
音を強くする操作と、周期を変える操作
同じ音源の基本的な振動を比べるとき、強く振動させたことと、一秒当たりの往復回数が増えたことは別です。「強くたたいたから高い音」とする前に、波形の周期が実際に短くなった資料があるかを確かめます。
図の横方向の間隔が同じまま縦だけ大きくなったなら、このモデルでは高さは同じで大きさが変わっています。逆に、縦幅が同じでも横の周期が短ければ、高さが変わっています。二つの説明を一度に言えることが、用語を区別できた目安です。
答えに、図のどこを見たかを添える
「Aが高い」だけでなく、「同じ時間に振動する回数が多いから」と理由を添えます。「Aが大きい」なら、尺度をそろえたうえで振幅を根拠にします。耳で聞く高低と、紙に描いた山の高さを、同じ形容詞のままつなげないことが大切です。
時間の単位も確認してください。ミリ秒なら1000分の1秒です。数字の小ささに驚いて式を変えるより、秒へそろえてから一秒間の回数へ戻すと、計算の意味を保ったまま処理できます。