音の波形を比べるときは、山を数える前に横軸の時間を見ます。画面いっぱいに同じ数の波があっても、片方の表示時間が半分なら、同じ時間に多く振動したほうが高い音です。音の大きさは、縦軸の条件をそろえて振幅を比べます。

波の山を数える前に、横軸の右端を見る

学校図書の中学校理科教科書Web版は、波形の横軸を時間とし、音の高低を音源の振動数と結び付けています。振動数は、1秒間に何回振動するかを表す量です。同じ長さの時間で繰り返しが多いほうが振動数が多く、高い音です。横軸の右端の数字だけでなく、左端と単位も読みます。たとえば横軸が2msから6msなら、表示時間は4msです。msはミリ秒で、1msは1秒の1000分の1です。

問題によっては波形の枠が同じ横幅で描かれます。二つの枠を横に並べ、山が同じ数だから同じ高さと答える前に、0から右端までの時間を両方書きましょう。枠の端に同じ数字があっても、片方がmsでもう片方が秒なら、同じ時間として扱えません。何を比べる問題なのかに下線を引き、その問いに使う軸から読みます。

8msの2周期と、4msの2周期を同じ範囲で比べる

ここからの波形と数値は、読み方を練習するために作った模式例です。Aは0〜8msに2周期、Bは0〜4msに2周期あります。どちらも枠の中に山が二つあります。Aの水色の左半分と、Bの水色の全体は、どちらも0〜4msです。その範囲で見直すと、Aは1周期、Bは2周期です。

繰り返しは山から次の山まで、または中心線を下から上へ横切る点から次の同じ向きの点までを1周期として読めます。中心線を通る点だけを見ると、上から下へ通る点も間にあります。向きが逆の点で数えると半周期を1周期にしてしまうため、始めと終わりで波の向きを確かめます。この図は左端から上へ向かう形なので、Aでは中央の4ms、Bでは中央の2msで最初と同じ形に戻ります。

同じ時間にBがAの2倍繰り返すので、Bの振動数はAの2倍です。周波数を求める問題なら、Aの4msは0.004秒なので1÷0.004＝250Hz、Bの2msは0.002秒なので1÷0.002＝500Hzです。高さの順だけを答えるなら、同じ4ms内の回数で判断できます。計算が必要な問題では、割り算の前にミリ秒を秒へ直してください。

音の大きさを調べるときは、中心線から山を見る

振幅は、波形の中心線から山や谷までの大きさです。山から谷までを測ると、中心線から山までと谷までを足した長さになります。この例のような上下対称の波形なら、山から谷までの長さは振幅の2倍です。問題で何を測るか聞かれたら、中心線と山に小さな印を付け、どこからどこまでかを示します。

図のAとBは、縦の目盛りと測定条件が同じで振幅も同じとした例です。時間をそろえると高さは異なりますが、振幅の比較では縦の距離が同じです。振幅が大きいほど大きい音と判断する比較では、縦の目盛りの単位や録音の条件もそろえてあるか見ます。録音した場所や設定が違うと、表示された波の大きさだけで元の音源を同じ条件で比べられないことがあります。

たとえば同じ単位で、Cは縦の1目盛りが2、Dは1目盛りが1と書かれているとします。中心線から山までがCで2目盛り、Dで3目盛りなら、実際の目盛り値はCが4、Dが3です。見た目のマスの数はDが多くても、同じ単位で読み直した値はCが大きくなります。これは測定の実績ではなく、縦の尺度も確認するための練習です。

数字の根拠を答案に残すなら、たとえば「AとBの縦軸は同じ単位。中心線から山まで同じ値なので、振幅は同じ」と書きます。次に高さの根拠を別の文で「同じ0〜4msで、Aが1周期、Bが2周期なので、Bが高い」と書けます。二つの根拠を一文に混ぜて「Bの波が大きい」とだけ書くと、縦の高さと振動の回数のどちらを見たか伝わりません。図に印を付けるときも、時間の始めと終わりは横、中心線から山は縦に分けます。

波形を読む三つの手順

二つの波形のうち片方の時間目盛りが見当たらないときは、設問に「横軸の1目盛りはどちらも同じ」「同じ時間だけ測った」といった条件がないか探します。図に数字がなくても、条件が明示されていれば比較できます。図にも問題文にも時間をそろえられる根拠がなければ、表示の横幅や山の数だけで高さを決めず、必要な条件を書きます。まず図の余白に「横軸の目盛りは同じか」とメモすると、問題文へ戻る理由がはっきりします。

山が最初や最後で途中までしか見えていない場合は、完全に見える繰り返しを選びます。たとえば1つの山が1ms、次の山が4msなら、その間の3msが1周期です。画面が0〜5msだからといって、画面に見える山二つで5msを割ると違う値が出ます。山の位置が読めないときは、同じ向きに中心線を横切る点を探します。分かるところから読み、端の切れ方で数を増やさないようにします。

同じ波形を拡大しただけかを見分ける

同じ音の記録を、画面ではじめに0〜8ms、次に0〜4msを拡大して表示したとします。後の画面では一つの波が横に長く見えます。これは0〜4msを同じ枠いっぱいに描いたためです。両方の画面で0msに中心線を上向きに通り、4msに同じ向きで中心線を通ります。その間に1周期あるので、表示を変えても振動数は変わりません。

このとき「線が広がった」と「1周期の時間が長くなった」を区別します。ノートには、見た目の印象より先に「山から次の山まで4ms」と書いておきます。別の音を測ったときも同じ方法で周期を書き、実際に時間が変わったかを判断できます。

自分で答えるときは、音の高さと大きさを別々に説明する

家庭では、「横軸のどこからどこまでを見た？」「その間に同じ形が何回出た？」「振幅はどこから測った？」の順に聞きます。「Bは山が多いから高い」と答えたら、「Aの4msは図のどこまで？」と尋ねます。理由を「同じ4msでAは1周期、Bは2周期」と言い直せたら、比べる範囲をそろえられています。中心線を指せるのに音の大きさを逆にした場合は、縦の一目盛りの値まで確認します。

別の練習では、Aの0〜4msの間に2周期、Bの0〜6msの間に2周期があるとします。1周期はAが2ms、Bが3msなので、同じ6msに換算するとAは3周期、Bは2周期です。今度はAが高い音です。紙の図の範囲を超える換算は、同じ周期が続く模式例であることを前提にします。図で実際に観察した範囲と、周期を使って換算した値を、答案の中でも書き分けます。

家庭教師に相談するときは「山の数は数えられますが、横軸の目盛りが違うと高い音を逆に答えます」と伝え、本人が印を付けた波形を見せます。別の単元で時刻の差を読む練習には、初期微動継続時間を同じ地点で読む方法も使えます。理科全体の復習を相談するなら、知識・計算・考察を分ける復習も確認できます。

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