壁から返る音の時間を測る実験を計画しよう

このレッスンの役割

このセクションの第2レッスンです。前のレッスンでは、直接音と反射音を経路の違いで区別しました。今回は、反射音が戻るまでの時間を測り、壁までの距離を考えられるデータを作ります。

今回完成させる力は、短い音、硬く広い反射面、音源と観察者の配置、測る時間差を決め、複数回の測定値を扱えることです。次のレッスンでは、得た時間が往復経路全体に対応することをモデルで説明します。

知る・理解する

反射音の実験では、音の始まりと終わりが分かりやすい短い音を一回だけ出します。長く声を出すと、出している途中の音と戻った音が重なり、時間差を決めにくくなります。手拍子、二枚の板、風船を割る音などの短い音が候補ですが、安全と周囲への配慮が必要です。

測定計画は次のように整理します。

建物や道路の近くで実験するときは、立入禁止区域へ入らず、交通や周囲の人へ影響しない場所を選びます。大きな音を繰り返さず、必要なら教員の管理下で録音データを使います。

具体例で使う

壁から約68 m離れた位置に音源と録音機を置き、短い音を出しました。波形から直接音と反射音の時間差を5回読みました。

合計は2.00 sなので、平均は0.40 sです。値が少し散らばるのは、波形のどこを音の到着と読むか、周囲の反射音が重なっていないかなどの影響があるためです。

この0.40 sは、壁までの片道時間ではありません。音が音源から壁へ進み、壁から録音機へ戻るまでの時間です。今は計算を急がず、「時間差は二つの経路の合計に対応する」と記録します。

別の壁で反射音がはっきり分かれなかった場合、すぐに音が反射しないと結論しません。壁が近すぎて直接音と重なった、柔らかい材料が音を吸収した、周囲の雑音が大きかったなど、測定条件を確認します。

誤答を直して次の学びへつなげる

三秒間声を出し続け、声を止めてから音が消えるまでを測る方法では、一回の反射経路を特定しにくくなります。複数の反射が重なった残響時間を測っている可能性があります。短い音を使い、波形の二つの山の時間差を読みます。

壁まで68 mと分かっているから測定値を0.20 sへ直す、という扱いも不適切です。観察値は先に記録し、そのあとモデルや計算と比較します。予想と違う値を都合よく書き換えてはいけません。

次のレッスンでは、0.40 sの間に音が進んだ全距離を「壁まで68 mの行き」と「壁から68 mの帰り」に分け、なぜ往復距離が片道の2倍になるかを説明します。

自分で確かめよう

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。