音響学とは？
音響学は音を調べる学問です。音は振動で、空気・水・固体の中を縦波として伝わります。20 °C の空気中では約 343 m/s の速さです。
- 周波数 (f)：1秒間の振動の回数で、単位はヘルツ (Hz)。人が聞けるのはおよそ 20 Hz から 20,000 Hz です。
- 波長 (λ)：波1つ分の長さ。v = f λ。
- 振幅：振動の大きさ。振幅が大きいほど音は大きくなります。
部屋の中の音：直接音・反射音・反響・残響
部屋では、耳にまず直接音が届き、そのあと壁・床・天井からの多くの反射音が届きます。
- 反響（エコー）：別の音として聞こえる反射音のこと。少なくとも約 0.1 秒の遅れが必要なので、壁まで約 17 m 以上離れている必要があります（343 × 0.1 ÷ 2）。
- 残響：たくさんの速い反射が混ざり合い、音が部屋の中に「残る」こと。
- 残響時間（T または RT60）：音源が止まってから、音の大きさが 60 dB 下がるまでの時間。
よい値の目安：教室や話し声には約 0.5〜1 秒、コンサートホールには 1.5〜2.2 秒です。
やってみよう
お風呂場と、ベッドやカーテンのある寝室で、1回ずつ手をたたいてみましょう。どちらの響きが長いでしょう？そのあと3Dの部屋のスライダーを動かしてみましょう。
吸音とセービンの式
どの面にも吸音率 α があり、0（すべて反射）から 1（すべて吸収。開いた窓と同じ）までの値をとります。コンクリート ≈ 0.02、カーペット ≈ 0.3、吸音フォーム ≈ 0.8 です。
全体の吸音力は A = Σ α S（単位は m²、サビンと呼びます）。セービンの式は次のとおりです。
T = 0.161 × V ÷ A（V は部屋の体積 m³、T は秒）。
つまり、大きな部屋ほど長く響き、やわらかい素材を足すと響きは短くなります。
共鳴と部屋の定在波
物にも部屋にも、それぞれ固有振動数があります。同じ周波数の音が当たると、振動がどんどん大きくなります。これが共鳴です。ワイングラスは、ぴったり合った音で割れることがあります。
距離 L だけ離れた平行な2つの壁の間では、f = n v / (2L) の定在波（ルームモード）ができます。すると、ある低音は場所によって強すぎたり弱すぎたりします。スタジオでは、バストラップや平行でない壁を使って直します。
どう聞こえるか：デシベル・音の高さ・音色（心理音響学）
心理音響学は、脳が音をどう感じるかを調べます。
- 音の大きさはデシベルで表します：L = 10 log₁₀(I / I₀)、I₀ = 10⁻¹² W/m²。+10 dB は強さが 10 倍で、聞こえ方はおよそ 2 倍の大きさです。+3 dB は強さが 2 倍です。
- 目安：ささやき 30 dB、会話 60 dB、交通 80 dB、ロックコンサート 110 dB。85 dB を超える音を長く聞くと耳を傷めることがあります。
- 音の高さ（ピッチ）は主に周波数で決まります。周波数が 2 倍になると、同じ音名で 1 オクターブ高くなります。
- 音色は倍音の混ざり方で決まります。だから、シタールとフルートが同じ音を出しても違って聞こえるのです。
オーディオ機器：マイク・デジタルオーディオ・ソフト・MIDI
- マイク：音の圧力を電気信号に変えます。ダイナミックマイクは磁石の中で動くコイルを使い、コンデンサーマイクはコンデンサーの動く板を使います。スピーカーはその逆の働きです。
- デジタルオーディオ：オーディオインターフェースが、1秒間に何度も信号を測ります（サンプルレート、例：44,100 Hz）。1回の測定は決まったビット数で表します（ビット深度、例：16ビット）。サンプルレートは、最も高い周波数の2倍より大きくします（ナイキストの定理）。
- ファイルサイズ（非圧縮）= サンプルレート × ビット深度 × チャンネル数 × 時間。MP3 や AAC は、ほとんど聞こえない音を取り除いて小さくしています。
- ソフト：DAW（デジタルオーディオワークステーション）はトラックを録音・編集し、シーケンサーは音符を並べ、楽譜ソフトは楽譜を印刷します。
- MIDI：キーボードとコンピュータの間で指示（どの音を、どれくらい強く、いつ）を送る規格です。音そのものは入っておらず、シンセサイザーが音にします。
重要な公式と用語
- v = f λ (音の速さ、20 °C の空気中で ≈ 343 m/s)
- Echo: minimum distance d = v t / 2 with t ≈ 0.1 s
- T = 0.161 V / A (セービンの残響時間)
- A = Σ α S (全体の吸音力、m²)
- L = 10 log₁₀(I / I₀), I₀ = 10⁻¹² W/m²
- Room mode: f = n v / (2L)
- Audio size = sample rate × bit depth × channels × time
例題
1. ある音の周波数は 440 Hz です。空気中の波長を求めましょう（v = 343 m/s）。
λ = v / f = 343 / 440 = 0.78 m。
2. 崖に向かって叫ぶと、2.0 s 後にこだまが聞こえました。崖までの距離は？
音は行って戻ってきます。d = v t / 2 = 343 × 2.0 / 2 = 343 m。
3. 教室の大きさは 10 m × 6 m × 3 m で、全体の吸音力は A = 36 m² です。残響時間を求めましょう。
V = 10 × 6 × 3 = 180 m³。T = 0.161 × 180 / 36 = 0.81 s。話し声にはちょうどよい長さです。
4. 同じ部屋の壁がむき出しで A = 9 m² のとき、T はいくつで、どう直せばよいですか？
T = 0.161 × 180 / 9 = 3.2 s で、ボワボワしすぎです。カーペット、カーテン、パネルを足して A を約 30〜40 m² にします。
5. 機械1台が 70 dB です。同じ機械2台を一緒に動かすと何 dB ですか？
2台で強さは2倍。L = 70 + 10 log₁₀2 = 70 + 3 = 73 dB（140 dB ではありません）。
6. 44,100 Hz、16ビット、ステレオで1分間録音したファイルのサイズを求めましょう。
44,100 × 16 × 2 × 60 = 84,672,000 ビット ÷ 8 = 10,584,000 バイト ≈ 10.6 MB。
よくある間違い
- デシベルを普通の数のように足してしまう。60 dB + 60 dB は 63 dB で、120 dB ではありません。
- 反射音をすべて反響と呼んでしまう。反響には約 0.1 秒の遅れが必要です。速く混ざり合う反射は残響です。
- 防音と吸音を同じだと思う。吸音パネルは部屋の中の響きを減らします。音が壁を通り抜けるのを止めるには、重くて隙間のない壁が必要です。
- MIDI ファイルに録音された音が入っていると思う。入っているのは演奏の指示だけです。