周波数、波形、音の高さ

二つの電圧で音を作る

音高は音が高く聞こえるか低く聞こえるかです。周波数fは毎秒の周期数で、Hz（hertz、ヘルツ）は毎秒一周期。矩形波は0とVを切り替え、50%なら対称な方形波です。デューティ比Dは高い時間の百分率。周期Tは一回の長さで、ms（millisecond、ミリ秒）は1/1000秒です。

実験台

回路の設定を変え、測定値を予想してから課題を確認しましょう。教材用のモデルで、各レッスンに仮定を説明しています。

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動作の仕組み

Piezoはpiezoelectric、圧電の略で、電圧が材料を変形させ、振動で音を作れます。電気的な時間と平均電圧を計算し、音量や電流は再現しません。試聴は短いブラウザー音で、物理ピエゾのモデルではありません。機器で聞こえ方が変わります。

Piezoはpiezoelectric、圧電の略です。材料が電圧で変形し、空気を振動させて音を出せます。Vは高い電圧のボルト値、Dは高い時間の割合、Vmeanは時間平均です。Dは形を変え、fを変えません。50%なら高低が同じ長さです。

難易度

組み立て · 組み立てる
f = 200 Hz、D = 50%、V = 5 Vで電源を入れます。T = 5 ms、Vmean = 2.5 Vです。
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f = 200 Hz; D = 50%; V = 5 V → T = 5 ms; Vmean = 2.5 V
探究 · 指令を変える
f = 1000 Hz、D = 25%、V = 5 Vに設定。T = 1 ms、Vmean = 1.25 Vです。
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f = 1000 Hz; D = 25%; V = 5 V → T = 1 ms; Vmean = 1.25 V
自力で解く · 課題を解く
f = 500 Hz、D = 75%、V = 4 Vに設定。T = 2 ms、Vmean = 3 Vです。
ヒントを見る
f = 500 Hz; D = 75%; V = 4 V → T = 2 ms; Vmean = 3 V

追加の読み物と回路レシピ

オンとオフを繰り返すとビープ音になり得ます。波形の時間を先に予想し、使える場合はボタンで音を聴きます。

T = 1000 / f ms; Vmean = V × D / 100

一周期のD%が高く、残りはゼロ。平均はVとその割合の積です。周波数は繰り返しを決め、音の機器も聞こえ方を左右します。

周波数を倍にすると周期は半分。200 Hzなら5 ms、400 Hzなら2.5 msです。パルスの高さは変える必要がありません。

実物のピエゾは機械共振があり、周波数で応答が変わります。平均電圧だけでは音量は決まりません。

平均2.5 Vは一定の2.5 Vではありません。この波形は0と5 Vを交互に出します。平均電圧が高いほど音量が大きいという万能な規則はありません。

詳しく読む

Dは同じ周期の高い部分を短くします。平均は下がり、周波数は変わりません。

200 Hz、50%、5 Vに設定。高低が同時間で平均2.5 Vです。

f = 200 Hz; T = 5 ms; Vmean = 2.5 V

1000 Hz、25%、5 Vに設定。周期1 ms、高い時間0.25 ms、平均1.25 Vです。

f = 1000 Hz; T = 1 ms; Vmean = 1.25 V

5 V、50%のまま200と400 Hzの周期を先に予想します。次に周波数を固定してDを変え、形と繰り返す速さを区別しましょう。