身近な科学・しくみ

音はどうやって聞こえる?耳に届くまでのしくみ

ソボチエ編集部

音が聞こえるのは、物がふるえて生まれた音の波が空気中を進み、耳の奥で電気の信号に変わって、脳に伝わるからです。耳は音を集めるだけでなく、目に見えないふるえを脳へ届ける役割を持っています。

話し声や楽器の音が、どこで生まれ、どんな道を通って耳に届くのかを順番に見ていきましょう。

音は、物がふるえることで生まれる

太鼓をたたくと音が出るのは、太鼓の皮がふるえるからです。ギターの弦をはじいたときも、弦が細かくふるえています。スピーカーから音が出るのも、内部の部品が前後に動いて空気をふるわせるためです。

このように、音のもとになる物のふるえを「振動(しんどう)」といいます。振動した物は、周りにある空気を押したり引いたりします。それが空気中を伝わる音の始まりです。

音が聞こえていても、物のふるえを目で確かめられないことがあります。それは、ふるえの幅がとても小さかったり、動きが速かったりするためです。

空気のふるえは波になって耳まで進む

音が出る場所の近くでは、空気が押されて少し混み合う部分と、広がって薄くなる部分ができます。この変化が周りの空気へ順番に伝わっていくものが「音の波(音波)」です。

音は、音を出した場所から空気そのものが耳までまとまって飛んでくるのではありません。近くの空気が小さく行ったり来たりすることで、ふるえが次々に隣へ伝わっていくのです。

パナソニック コネクトによると、空気中の音の速さは気温15℃でおよそ秒速340メートルです。私たちが日常の短い距離で音を聞くとき、ふるえはとても速く耳に届いています。

耳に届いた音は、どうやって聞こえるようになる?

耳の中には、音のふるえを受け取り、次の場所へ伝える仕組みがあります。日本耳鼻咽喉科頭頸部外科学会と米国国立衛生研究所(NIH)は、音が聞こえるまでの流れを次のように説明しています。

  1. 耳介(じかい)と外耳道:顔の両側に見えている耳の部分が音を集め、耳の穴の奥へ導きます。
  2. 鼓膜(こまく):耳の穴の奥にある薄い膜が、届いた空気のふるえに合わせて動きます。
  3. 耳小骨(じしょうこつ):鼓膜の奥にある三つの小さな骨が動き、ふるえを強めながらさらに奥へ伝えます。
  4. 蝸牛(かぎゅう):カタツムリの殻のような形をした部分の中で、液体がゆれます。そこにある「有毛細胞」という小さな細胞がゆれを感じ取り、電気の信号に変えます。
  5. 聴神経(ちょうしんけい)と脳:電気の信号が神経を通って脳に届き、脳が「声が聞こえる」「ベルが鳴った」などと認識します。

つまり、鼓膜がふるえたところで聞こえが完成するわけではありません。耳の奥でふるえが電気の信号に変わり、脳がその情報を受け取って初めて、私たちは音を聞いていると感じます。

高い音・低い音は何が違う?

同じ楽器でも、高い音と低い音を出せます。その違いに深く関係しているのが、1秒間に何回ふるえるかという回数です。この回数を「周波数(しゅうはすう)」といい、ヘルツ(Hz)という単位で表します。

ふるえる回数が多いほど高い音になり、少ないほど低い音になります。たとえば、高い笛の音と低い太鼓の音では、空気のふるえ方が違います。

蝸牛の中には、高い音と低い音に反応する場所の違いもあります。この働きによって、耳は音の高さの違いを受け取れます。

大きい音・小さい音は何が違う?

音の大きさには、空気がどれくらい強くふるえているかが関係します。強くふるえて空気の圧力の変化が大きい音は大きく、変化が小さい音は小さく聞こえます。

太鼓を軽くたたくと小さな音が出て、強くたたくと大きな音が出るのは、皮のふるえの大きさが変わるためです。ただし、耳が感じる大きさは音の高さによっても変わります。

また、音は広がりながら進むため、音を出す場所から離れるほど小さく聞こえるのが一般的です。部屋の壁などに当たると、音の一部がはね返ったり、さえぎられたりもします。

空気がなくても音は伝わる?

音のふるえが伝わるには、空気や水、固い物などが必要です。何もない真空の空間では、ふるえを次へ伝えるものがないため、普通の音は進めません。

一方、水の中や固い物の中でも、ふるえが伝わることで音は進みます。音は空気だけのものではなく、物から物へふるえを伝える現象なのです。ただし、伝わる速さや聞こえ方は、空気・水・固い物で異なります。

身近な定規で音のふるえを見てみよう

音がふるえから生まれることは、家にある定規でも確かめられます。

  1. プラスチックの定規の端を机から少し出し、机の上にある部分を手でしっかり押さえます。
  2. 机から出た先を指で軽くはじき、定規がふるえて音を出す様子を見ます。
  3. ふるえがおさまると、音も小さくなって消えることを確かめます。

定規がふるえると周りの空気もふるえ、それが耳に届きます。強くはじく必要はありません。定規が折れたり、先端が手や顔に当たったりしないように、軽い力で試しましょう。

参考資料