シミュレーションのリンク
扱っている現象および本教材の説明
オシロスコープは、時間とともに変化する信号を波形として表示する装置です。このシミュレーションでは、マイクから入力した音をリアルタイムに表示します。
「波形」では、音の振幅が時間とともに変化する様子を観察できます。「スペクトル」では、音に含まれる周波数ごとの強さを確認できます。同じ大きさの音でも波形やスペクトルが異なることから、音色の違いを考えることができます。
主要な物理量・公式
波の基本式は次のように表されます。
v = fλ
ここで:
- v: 波の速さ
- f: 振動数（周波数）
- λ: 波長
音の高さは主に周波数で決まり、周波数が大きいほど高い音になります。音の大きさは、波形の振幅と関係します。
対象
- 中学校・高校で波動や音を学ぶ学習者
- 音の高さ・大きさ・音色の違いを視覚的に理解したい方
- 音の実験の前後に信号の見方を確認したい方
使用方法
- ブラウザのマイク使用許可を確認します。
- 左下の「音の入力開始」ボタンをクリックします。
- マイクに音を入力し、波形が変化する様子を観察します。
- 右上の「表示設定」から「波形」または「スペクトル」を選択します。
- 必要に応じて「一時停止」と「再開」を使い、表示を比較します。
観察のポイント
- 音を大きくしたとき、波形の振幅がどのように変化するか
- 音の高さを変えたとき、波形の周期やスペクトルのピークがどう変化するか
- 純音と話し声などで、波形とスペクトルの形がどう異なるか
- 波形が周期的な音と、周期性の小さい音の違い
発展的な学習
同じ周波数の音でも、倍音の含まれ方が異なると音色が変わります。波形の形とスペクトルのピークを対応させると、音色が単なる音の大きさや高さだけでは決まらないことを確認できます。
参考文献
- 中学校・高校物理教科書（波動・音）
- 物理学入門書（波動分野）