音は、流体または固体支持体の機械的振動によって生成される波であり、周囲環境の弾性のおかげで縦波の形で伝播します。生理学的拡張により、音は、この振動が引き起こす可能性のある聴覚感覚を指定します。
音を研究する科学は音響学と呼ばれます。音響心理学では、音響学と生理学および心理学を組み合わせて、音が脳によってどのように認識され、解釈されるかを決定します。
音の伝播
圧縮性媒体 (ほとんどの場合空気)では、音は音源によって生成された圧力変動の形で伝播します。たとえば、スピーカーはこのメカニズムを使用します。数マイクロメートルを除いて、圧縮のみが移動し、空気分子は移動しないことに注意してください。水の中の円を観察すると、波は移動しますが、水は同じ場所に留まり、垂直に移動するだけで波に追従しません（水の上に置かれたコルクは動かずに同じ位置に留まります）。音は、フォノンと呼ばれる原子の振動の形で固体内を伝わります。ここでも、振動だけが伝播し、平衡位置の周囲で非常に弱く振動する原子は伝播しません。
音の伝播速度(速度とも言います) は、媒体の性質、温度、圧力によって異なります。空気は理想気体に近いため、圧力は音速にほとんど影響を与えません。理想気体では、速度は次の関係式で与えられます。
- $$ {c=\frac{1}{\sqrt{\rho\chi}}} $$または$$ {\,\rho} $$はガスの密度であり、$$ {\,\chi} $$その圧縮率。
したがって、気体の密度が増加すると (慣性効果)、また圧縮率 (圧力の影響下で体積を変化させる能力) が増加すると、音速が減少することがわかります。大気に関しては、風の方向だけでなく、通過する気団の熱構造も知る必要があります。その理由は次のとおりです。
音波は 20°C の空気中を毎秒約 344 メートルで伝わり、これは 3 秒ごとに約 1キロメートルに切り上げられます。これは、嵐の際の落雷の距離 (光の速度)を大まかに測定するのに役立ちます。その認識はほぼ瞬時に行われます）。固体（非気体）媒体では、音はさらに速く伝播します。したがって、水中での速度は 1482 m/s、鋼鉄中では 5050 m/s になります。真空中では音は伝わりません。発生する波を支える材料（遮音材）が存在しないためです。音は空気分子の動きによって伝播します。これは、波の動きと同じ方向に質点が移動するため、いわゆる縦波です (もう 1 つのタイプは横波です)。
周波数とピッチ
音の周波数はヘルツ(Hz) で表され、知覚される音のピッチに直接関係しますが、それはその構成要素の 1 つにすぎません (音響心理学の記事を参照)。低周波は低い音に対応し、高周波は高い音に対応します。
聴覚を持つ生き物は、音のスペクトルの一部しか認識できません。
- 生理学者は、平均的な人間の耳は、(年齢、文化などに応じて) およそ 20 Hz (以下の音は「超低周波」と呼ばれます) から 20 kHz (それを超える音は超音波と呼ばれます) の間にある特定の周波数範囲の音だけを知覚することに同意しています。 );
- 猫は最大 25 kHz の音を知覚できます。
- 犬は最大 35 kHz の音を知覚します。
- コウモリとイルカは周波数 100 kHz の音を知覚できます。
一部の動物は、広帯域の周波数をカバーする能力をさまざまな目的に利用します。
- ゾウは超低周波音を使用して数キロ離れた場所と通信します。
- イルカは超音波を使用して通信します。
- コウモリは反響定位システムを使って超音波（約 80 kHz）を発し、完全な暗闇の中でも移動して狩りをすることができます。
温帯音階 (西洋クラシック音楽) の音符に対応する周波数については、 「温帯音階 > 3 オクターブ分割システムの比較」を参照してください。
振幅と強度
振幅もサウンドの重要な特性です。知覚される強さは、（とりわけ）振幅に依存します。つまり、音は大きくなったり小さくなったりします（音楽家はフォルテまたはピアノと言います）。空気中では、振幅は波の圧力変化に対応します。
測定単位
通常、圧力はパスカルで測定されますが、音響では強度はデシベル (dB) で測定されます。これは、平方メートルあたりのワット数 (W 0 = 10 -12 Wm -2 ) で表される基準強度に対する音の強度の比、または基準圧力に対して発生する圧力の比の対数を使用する単位です。 、パスカルで表されます (P 0 = 2.10 -5 Pa)。この方法が選択されたのは、極端に大きくも小さくもならない数値を簡単に操作できるため (対数スケールの記事を参照)、また、このアプローチが人間の耳が音の感覚として知覚するものによりよく対応しているためです。
ただし、注意してください。音レベルの概念は、知覚される感覚について漠然としたアイデアしか与えないことに注意してください。これは、主に音の周波数に応じて変化する耳の感度を考慮する必要があるためです（耳の感度はそれほど高くありません）。低音域に敏感です）。知覚される音量のより適切な近似値は A 加重デシベル(dBA) で与えられ、A 加重フィルターで信号をフィルター処理した後、電子的に測定できます (より大きな強度の音の測定に適した B および C 重み付けもあります)。
0 dB は、絶対的な静寂ではなく、可聴閾値と呼ばれる人間の耳が認識できる最小値に対応します。この値は周波数 1000 Hz の音に対して実験によって選択されたもので、10 -12 Wm -2 の価値がありますが、ほとんどの人の可聴閾値は 0 dB (約 4 dB) より大きくなります。痛みの閾値は 130 dB ですが、耳は 85 dB で損傷を受ける可能性があります (音響心理学の記事を参照)。
出力または圧力の基準 (以下の式の P 0または W 0 ) を変更するだけで、体積スケールが完全に変更されます。これが、 Hi-Fiシステムのボリュームノブに目盛りが付けられるデシベルが、音響レベルにまったく対応せず、アンプの電気出力パワーに対応しており、それとはほとんど関係がない理由です。値 0 dB は、多くの場合、最大値を表します。アンプが供給できる電力。
| 電源ノイズレベル | 圧力騒音レベル |
|---|---|
$$ {Lw = 10 \log \left ( \frac{W}{W_0} \right )} $$ | $$ {Lp = 10 \log \left ( \frac{p}{p_0} \right)^2 = 20 \log \left ( \frac{p}{p_0} \right)} $$ |
さまざまな振幅測定
音の振幅、ひいては波の性質を持つ信号の振幅を測定するには、いくつかの方法があります。
- 平均振幅 (正の信号の算術平均値)
- 実効振幅（パワーに相当する連続振幅）
- ピーク振幅 (正の最大値)
- ピークツーピーク振幅 (正と負の振幅の最大差)
実際には、平均振幅はあまり重要ではないため、使用されません。一方、実効値または RMS (英語では二乗平均平方根、または信号の二乗平均平方根値) は、音響学だけでなく一般的な文脈でも、交流電圧の値を測定するために広く採用されています。 RMS が 10 ワットのアンプは、ピークで 14 ワット、ピークツーピークで 28 ワットになります (cc とも呼ばれます)。 AV 機器の販売者は、ピークツーピーク電力の測定値を「音楽ワット」と呼ぶことがよくあります。これは、数字の方が見た目にわかりやすいためです。
スタンプ
音色は音の色を決定します。これは音源の種類ごとに異なり、同じ基本周波数と同じ強度を持つ 2 つの音を耳で区別します。たとえば、同じ音を同じ強さでトランペットやバイオリンで演奏した場合などです。 20世紀半ば以降、音響分析機器の改良により、音楽音響学はこのコンポーネントの研究において大きな進歩を遂げてきました。
時空
すべての知覚される現象と同様に、時間は音響において（そして音楽においてはさらに重要です）基本的な役割を果たします。音は時間の経過とともに空間を伝播する波であるため、空間と時間の間には非常に密接な関係さえあります。
音響信号には主に 3 つのクラスがあります。
- 定期刊行物。その形式は時間の経過とともに同じように繰り返されます。
- 周期的特性を持たないランダム。以下では、一般的に言えば、これらの信号の限られたセットのみに興味があります。時間の経過とともに安定した統計的特性を持つもの。これらはエルゴディック ランダム信号と呼ばれます。具体的には、科学者や特定のアーティストが使用する「白またはピンク」ノイズの場合です。
- 衝動的: 時間の経過とともに繰り返されず、特定の形式を持つもの。
すべての信号は、時間空間または周波数空間で区別なく定義および分析できます。後者では、信号の周波数定義(フーリエ領域として知られる) から計算された信号のスペクトルの使用に頼ることがよくあります。信号のスペクトルは、部分音と呼ばれる、サウンドに含まれるさまざまな「ノート」または純音を表します。サイレンのような安定した周期信号の場合、スペクトルは時間の経過とともに変化せず、「ライン」と呼ばれる単一の値を示します。実際、あらゆる音を正弦波である「純粋な音」のセットの組み合わせと考えることができます (このテーマに関するフーリエ変換に関する記事を参照してください)。
登録
音楽
音楽は、（特に）リズム、メロディー、ハーモニーの観点から音を組み合わせる芸術であり、それを聴くと特定の感覚が得られる「はず」です。少なくとも西洋音楽に関する限り、本質的な（しかし主観的な）概念は、倍音の現象と密接に関係している協和音の概念です。しかし、何世紀にもわたって、音楽家や理論家は、「理想的な」音階の定義に到達することが不可能であると格闘してきました（スケールと音律に関する記事といくつかの関連記事で提起されている問題の完全な提示を参照してください）。
音楽用語とそれに相当する科学的用語 (たとえば、ピッチや周波数) の比較は、芸術と科学の限界を示しており、人間の音楽認識と物理的認識の間に確立できる関係を示すことで、音楽音響学が超えようとしてきた限界を示しています。関係があるかもしれない現象。
サウンドとコンピューティング
デジタルサウンド合成の発見と、サウンド カードが標準装備されたパーソナル コンピュータの登場により、サウンドの録音と処理が誰でも手の届く範囲になりました。多くの専門家は、コンピュータの能力の進歩に伴い、さまざまな可能性を提供する、ますます安価なデジタル ソリューションに注目しています。ハイエンドのサウンド カードには、シンセサイザーやミキシング デスクを接続するための多数のアナログおよびデジタル入出力が備わっています。このように、音楽コンピューティングは、コンピューターの計算能力と同じペースで発展してきました。
買収
デジタル音声処理（コンピュータによる処理）には、アナログ－デジタル変換、いわゆるその取得を行う必要があります。この操作は、音圧の変化をコンピューター リソースが処理できる一連の数値に変換することで構成されます。この変換は信号サンプリングと呼ばれます。マイクは気圧の変化を電気信号に変換し、アナログ デジタル コンバーター (英語では CAN または ADC、アナログ デジタル コンバーターのこと) に接続します。この信号は一定の間隔でデジタル化され、一連の数値に変換されます。この作業は現在、パーソナルコンピュータのサウンドカードによって行われています。