音はどうやって聞こえる？ 耳で感じ取る空気の振動数と振幅

私たちは、耳を通じて様々な音を聞き取っています。では、私たちが耳でとらえる音の正体とは何でしょうか。音を出す物体の共通点は、振動していることにあります。音とは、この振動が空気中を伝わる現象のことです。振動が生じると、その動きによって、物体のそばにある空気が押されたり引かれたりすることで、空気の圧力の高低が繰り返され、それが音の波として空気に広がっていきます。

耳が感じ取る音には、「高低」と「大きさ」の2つがあります。まずは、高低を生む原理をみてみましょう。音が発生すると、空気の振動で気圧が変動して波が起きます。この伝わる圧力変化の中で、圧力最大点から次の最大点までの距離が波長になります。私たちの聴覚には、波長が長い音は低く、短い音は高く感じられます。空気が1秒間にどのくらいの速さで振動するか（振動数）は波長で決まり、これを表す数値を「周波数」と呼び、「ヘルツ（Hz）」という単位で表します。

波長と音の高さの関係を、木琴を例に説明すると、木琴は鍵盤が長くなればなるほど低い音になります。それは、鍵盤が長いことで揺れる速度がゆっくりになり、振動数が少なくなるからです。振動数が少ないということは、音の波長が長いことを意味しており、この結果、低い音になるのです。反対に、鍵盤が短くなるほど、振動数は多くなり高い音になっていきます。

また、周波数が高いほど、聞こえる音も高く感じますが、人間が耳で聞き取れる周波数は20～2万Hzの間とされています。この範囲外にある周波数は、音として聞き取ることができないため「超音波」と呼ばれます。

次は、音の大きさについてです。音の大きさは振動の振幅に対応しています。例えば、同じ太鼓では、叩いたときに出る音の高さは同じです。しかし、強く叩くと大きな音が、弱いと小さな音が出ます。違いは、太鼓の皮の震える幅です。強く叩くと皮は大きく動いて、周りの空気を強く圧縮します。振幅が大きい、つまり空気の圧力変化の高低差が大きいと、大きな音になるのです。音の大きさは音圧レベルと呼ばれ、単位は「デシベル（dB）」で表します。

聴覚の感覚器官である耳は、この空気の振動数と振幅の両方を感じ取って、音の高さや、それがどのように変化するかという情報を脳に送っています。脳では、これらの情報を受け取って、音の種類や音色などを識別しているのです。（監修：健康管理士一般指導員）