波動と音
豊かな音色（倍音）
再生を押し、オシロスコープで純音と倍音を比較してください。
豊かな音色（倍音） — インタラクティブな波動と音シミュレーション。再生を押し、オシロスコープで純音と倍音を比較してください。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
音色と倍音
実際の楽器は基本音と倍音を出します。倍音の混合が音色を決めます。
基本振動数の整数倍の正弦波のフーリエ級数が複雑な波形を作ります。倍音の重みが音色を変えます。
- 基本音 + 倍音
- 音色 = 倍音の混合
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
220 Hz の楽音は220 Hzの純粋な正弦波とは異なって聞こえ、『色』や音色があります。音波の何が実際に違うのでしょうか？
検討する予測
- 同じ純粋な220 Hz波を大きくしただけです。
- 基本音高が220 Hzとは異なります。
- 音は基本振動と、強さの異なる高次倍音の混合です。
可変的な役割
設定するもの：
- 倍音番号 n
測定するもの：
- 振動数 n·220 Hz
- 振幅比（基本に対して）
実験の進め方
- rich-timbre プリセットを開いて Reset を押します。音源は特定の高次倍音を混ぜた 220 Hz の基本振動を放射します。
- 観測者の倍音スペクトル表示を有効にします。
- 各行で、指定された倍音の振幅を基本振幅に対する比として読み取ります。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 表の各倍音の振動数を n × 220 Hz として求め、記録した振幅比をスペクトル表示と比較します。
- この音では第2・第4倍音の振幅が0で、第1・第3・第5（全て奇数）が存在します。奇数倍音だけのスペクトルは波形について何を示しますか？
実験以外での活用
- クラリネットはこの音と同様に奇数倍音が支配的ですが、バイオリンには強い偶数倍音も含まれます。同じ220 Hzの基本音を演奏しても楽器が全く違って聞こえる理由を説明します。
- 音叉はほぼ純音（基本振動のみで高次倍音なし）を出します。この実験とスペクトル棒グラフがどう違うか述べます。
- AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
- IB Physics — C.3 Wave phenomena
- General High School Physics — Waves & sound
- NGSS High School Physics — Wave properties
- 音色へようこそ
- 音源を選択
- 再生
- 倍音の配合
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。