同じ高さで「あー」「いー」と言っても、違う母音に聞こえます。声の高さが同じなのに、音が違うのはなぜでしょうか。中学入試では、音を出す部分と、その音の特徴を変える部分を分けると考えやすくなります。人体の声を入口に、振動数と音色を混同しない読み方を整理します。
吐く息が声帯を振動させる
喉頭にある声帯は、肺から送り出される空気によって振動し、声のもとになる音を生みます。肺そのものが太鼓の膜のように震えて母音を出している、という説明ではありません。肺からの空気、声帯での振動、口や鼻の空間という順につながりを整理します。呼吸で動く空気が、発声にも関わっています。
声帯の振動で生じた音は、のどや口などの空間を通る間に特徴が変わります。舌の位置や口の開け方を変えると、母音の聞こえ方が変わります。同じ声帯を使っていても、「あ」と「い」を区別できるのはこのためです。発音全体には唇や舌なども関わりますが、ここでは声帯が振動する母音を中心に扱います。
高さ・大きさ・音色を別々に見る
声の高さは、声帯の振動の基本的な繰り返しの速さと関係します。一秒あたりの振動の回数を振動数といい、単位はHzです。同じ一秒間に多く繰り返すほど、高い声に対応します。一方、音の大きさや、母音のような音色の違いは、振動数一つだけでは決まりません。
波形の図では、同じ時間に何回繰り返すかと、上下のふれ幅を分けます。背が高く描かれた波を、すぐ「高い声」と呼ぶと混乱します。縦軸の値が音の変化の大きさを表しているなら、声の高さは横軸方向の繰り返しから読みます。まず横軸が時間なのかを確認することが、音の資料を読む最初の一歩です。
例題1｜短い時間の振動数を求める
声帯の振動を単純化した模型で、0.05秒の間に10回の振動が記録されました。同じ速さで振動し続けるとき、一秒あたりの振動数はいくつでしょうか。また、同じ0.05秒に15回振動する模型と比べ、どちらが高い声に対応しますか。
振動数は200Hzで、15回の方が高い声に対応します。 10÷0.05＝200です。0.05秒は一秒の二十分の一なので、10×20としても求められます。もう一方は15×20＝300Hzです。この計算では、同じ長さの時間窓を使っているため、回数の大小をそのまま比べられます。
例題2｜母音が変わると、高さも必ず変わる？
ある記録では、「あ」と「い」を発したとき、どちらも0.1秒あたり20回の基本的な振動がありました。一方、波形の細かな形は異なっていました。「聞き分けられる母音なので、振動数も必ず違う」という説明は、この記録に合いますか。
合いません。 どちらも20÷0.1＝200Hzなので、基本的な振動の速さは同じです。波形の特徴が違うことと、基本的な繰り返しの間隔が違うことを区別します。この記録は、基本の高さを保ったまま、口などの形によって音の特徴が変わるという考えと両立します。
波形の山を、何でも一回と数えない
実際の声の波形には、細かな凹凸が重なることがあります。見える山をすべて数えると、一つの基本的な繰り返しの中にある小さな山まで別の振動にしてしまいます。入試の模型では、同じ形が再び現れる区間に印が付いている場合があります。その印や説明に従って一回を定めましょう。
グラフの左端と右端に同じ形の山があるとき、山の本数と山の間の区間数も違います。五つの山の頂点を左から右まで結ぶと、間の区間は四つです。時間を区間数で割る問題では、端の山を一つ余分に数えないようにします。声の知識が合っていても、グラフの数え方で答えがずれることがあります。
息の量だけでは声の高さは決められない
たくさん息を吐いたことだけを根拠に、必ず高い声になるとは言えません。声帯の状態や振動のしかたが関わるからです。計算模型で「息の速さを上げると振動数が増える」と条件が書かれている場合は、その装置について考えますが、それをそのまますべての人の発声に当てはめないようにします。
また、声帯とギターの弦には振動して音を生むという共通点がありますが、形も振動のさせ方も同じではありません。弦の問題の比例式を、説明なしに声帯の長さへ当てはめることはできません。模型の対応は、共通する働きを説明するために使い、すべての性質が一致すると考えないことが大切です。
声を調べるために、大声を出し続ける実験は必要ありません。与えられた波形や回数の表から、空気を送る働き、音を生む振動、響きの特徴を変える空間を分けて追います。「同じ高さなのに違う音」という問いを説明できれば、人体と音の単元を別々の暗記にせずつなげられます。