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風があるときの音の伝わり方、音の聴こえ方への気温の影響、ドップラー効果などのまとめ

 
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音が伝わるときに、もし横風が吹いていたら音はどのような経路で伝わるのでしょうか?もし音源の風上にいたら、音は届くのでしょうか?届く場合に、音量は小さくなるのでしょうか?逆に風下で聞く場合には、無風の時に比べて音は大きく聞こえるものなのでしょうか?風があると音のドップラー効果は生じるのでしょうか?

高校物理の範囲だとは思いますが、自信を持って答えられないことに気付いたのでネット上の記事を調べて纏めておくことにします。

風の影響による音量の変化

風の影響としては,まず,風が吹くと音源の風上側で音が小さくなり,風下側では逆に大きくなる

(騒音伝搬に対する風の影響 吉久光一(名城大学理工学部) https://www.jstage.jst.go.jp/article/souonseigyo1977/14/1/14_1_13/_pdf

 

風の影響による音速の変化

地表風は乱流であるが,ひとまず乱流による風速の瞬時変動を無視し,平均風速の分布に着目すると,音源から放射された音は,温度に依存する音速と平均風速とのベクトル合成された音速で伝搬し,連続的な屈折作用を受けると考えられる。

(騒音伝搬に対する風の影響 吉久光一(名城大学理工学部) https://www.jstage.jst.go.jp/article/souonseigyo1977/14/1/14_1_13/_pdf

 

気温による音の伝わり方の変化

地表と上方とで気温が異なると音の伝播も屈折するそうで、その屈折の効果によって、日常経験する音の聴こえ方が変わるのだそうです。

屋外での広域エリアを対象とした騒音伝搬では、媒体となる空気自身が動く風や、空気密度が変わる気温などの気象条件が大きく影響することが知られている。冬の腫れてよく冷え込んだ夜に、普段は聞こえない遠く離れた場所にある電車や自動車の音が良く聞こえることや騒音源の風下では騒音レベルが大きくなることなど、日常生活で体験している。(屋外での騒音伝播に及ぼす気温と風との影響予測 大林組技術研究所報No.54 1997)

温度が高くなるほど音は速く伝わります(=音速は速くなる)。(冬に音が遠くまで聞こえる理由 2017年12月15日 20:57 ウェザーニュース

 

風がある場合のドップラー効果

風が吹いている場合は、cc+wとしてドップラー効果の式を適用させればよい。(ドップラー効果の公式まとめ(問題と立式解説)2019.03.11ー2019.04.19  理系ラボ

音は空気中を進む波ですから、風によって速さが変化します。それに注意して同じように考えればいいだけですね。(反射板のドップラー効果問題を解説!「風」や「うなり」も問われます! 2019年3月11日 2019年3月13日 受験物理Set Up

風の速さはw(m/s)で表します。 風速によって変化するのは音速V(m/s) 音は空気によって伝わるので、 風が吹く=空気が動く= 音速Vが±w(m/s)変化することを意味します。(反射板や風が有る場合のドップラー効果の解説と問題の解き方 2018-07-19 2018-12-22 スマナビング!

 

参考

  1. 騒音伝搬に対する風の影響 吉久光一(名城大学理工学部)
  2. 音の伝搬と気温・風の影響(www006.upp.so-net.ne.jp/life-stage)
  3. 風速分布を有する大気中の音の伝播に関する有限要素解析 鹿島建設株式会社 石川 潤
    日本大学理工学部 野村 卓史土木学会第57回年次学術講演会(平成14年9月)
  4. 騒音伝搬に対する風の影響の予測法,三菱重工技報 Vol.36 No.3(1999)
  5. 屋外での騒音伝播に及ぼす気温と風との影響予測 大林組技術研究所報No.54 1997
  6. 風車騒音の伝播におよぼす風の影響について 野村 卓史(日本大・理工)
  7. 気象影響を高精度に考慮した屋外音響伝搬解析手法の構築 2009
  8. 風がある場合のドップラー効果 http://www.ne.jp/asahi/tokyo/nkgw/www_2/gakusyu/hadou/Doppler/Doppler_kaisetu/Doppler_kaisetu_5.html
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