音波とは？音が伝わる仕組みをやさしく整理|STAR WARRANT

音は、空気や水、金属といった媒質を構成する粒子の振動が、隣へ次々と受け渡されて進む波です。伝わる速さは媒質で変わります。15℃の空気で約340m/s、水中では約1,500m/sです。ガラスや鉄などの固体では5,000m/sを超えます。振動を受け渡す物質がない真空では、音は伝わりません。

このファイルでいう音波は、物質の振動が隣へ受け渡されて進む波を指します。

音の正体は、分子の押しくらまんじゅう

音を出すものは、必ず何かが震えています。スピーカーの膜、人の声帯、叩かれた船の外板。震えた物体はまわりの空気を押したり引いたりして、圧力の高い場所と低い場所を作ります。この圧力の変化が隣の空気に、さらにその隣に、と受け渡されて広がっていく。これが音波です。

大事なのは、空気の分子そのものが耳まで飛んでくるわけではない、という点です。分子はその場で押し合い、押されたぶんだけ隣を押し返します。玉突きのように、振動だけが先に進む。つまり音は「物の移動」ではなく「振動のリレー」です。

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振動のリレーの速さは、媒質が変形を押し戻す強さ（弾性）と密度などの組み合わせで決まります。単に粒子が密なら速いわけではありません。多くの液体や固体は空気より変形を強く押し戻すため、圧力変化を速く伝えます。

音速というと空気中の約340m/sが有名ですが、それは数ある媒質のひとつの値にすぎません。同じ「音」でも、どこを通ってきたかで速さは十倍以上違うのです。

空気中の音速は気温に左右され、気温を t ℃とすると近似式 c=331.45+0.6t で表せます。15℃でおよそ340m/s。気温が高いほど分子の動きが活発になり、リレーは少し速くなります。

人の耳が拾っているのも、この空気の圧力変化です。鼓膜が振動を受け取り、内耳からの信号をもとに脳が「音」を組み立てます。人が音として知覚できる振動は、1秒あたりおおむね20回から20,000回(20Hz〜20,000Hz)の範囲です。

マイクや船体の振動センサーも、原理は同じです。膜や素子で振動を受け取り、電気信号に変えて記録する。耳が生体のセンサーなら、センサーは機械の耳です。録音とは、空気や船体の震え方を数値で書き留めることにほかなりません。

STORY 作中だけの設定

作中のナイトジャー号でも、船体各所の振動センサーが「船の耳」として働いています。デジタル記録が消されても、震えを記録した媒体は残るかもしれません。そこから声を取り出す——シーズン1は、この発想から始まりました。

音波の基礎が頭に入ると、CASE 001 の不可能状況の「おかしさ」が正確に見えてきます。舞台は月軌道に浮かぶ三年前の廃船。まわりはほぼ真空で、振動を受け渡す空気がありません。それなのに、死んだはずの船から救難のベルが「聞こえた」。音波の定義に従うなら、ありえない現象です。

EVIDENCE IN ACTION

「足の裏に来たな。空気じゃない。船の骨が鳴った」
「二隻が触れたから。真空を渡ってきたわけじゃない」

宇宙では音が聞こえないのはなぜか、聞こえないはずの宇宙で救難信号はどう届いたのか。その疑問の答えは、ここでは書きません。真空と音の謎の検証は、CASE 001「真空で鳴るベル」が所有する捜査です。このファイルは、その捜査を読み解くための基礎、つまり音波そのものの性質だけを扱います。

伝わります。水中では約1,500m/s、ガラスや鉄などの固体では5,000m/sを超え、空気中より速く伝わる例があります。音速は媒質の弾性と密度などで決まり、多くの固体は変形を強く押し戻すためです。線路に耳を当てると遠くの列車に早く気づける、という昔ながらの知恵はこの性質を使っています。

光がほぼ一瞬で届くのに対し、音は空気中を約340m/sでしか進めないためです。光ってから音まで3秒なら、雷までおよそ1kmと見積もれます。目と耳の時間差が距離の証拠になる——捜査でも使える考え方です。

あります。人が知覚できるのは、おおむね20Hz〜20,000Hzの振動です。それより低い音や高い音(超音波など)は、耳では捉えられません。ただし振動としては存在するので、センサーには記録が残ります。聞こえないことと、存在しないことは別なのです。