(57)【要約】【課題】空気の疎密波の振幅をわかりやすく視覚化する音量視覚化装置、及び該音量視覚化装置を活用した音量教育用教材を提供すること。【解決手段】内部空間５を外部から視認可能であり下端に開口２３を有する壁体２と、開口２３を遮蔽し壁体２に固定された膜体３と、内部空間５に配された易浮揚体６とを備える音量視覚化装置１を提供する。音の疎密波８が膜体３を振動させ、易浮揚体６が浮揚して音量が視覚化される。音源体７と音量視覚化装置１とを備えた音量教育用教材を提供する。壁体２に目盛線２１が描かれていることで、音量の理解が容易になる。音源体７の発する音と、膜体３の共振周波数とを合わせて、効果を高めることができる。【選択図】図２
2020128905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が透明又は半透明で内部空間を外部から視認可能であり、下端に開口を有する壁体と、
前記開口を遮蔽し、前記壁体に固定された膜体と、
前記内部空間に配された易浮揚体とを備え、
前記壁体は、前記易浮揚体を通過させないものであることを特徴とする、音量視覚化装置。
【請求項２】
前記壁体は、前記開口以外の解放部を有さず、前記膜体によって前記開口が遮蔽されると前記内部空間と外部との空気の流通がないことを特徴とする、請求項１に記載の音量視覚化装置。
【請求項３】
前記壁体の透明又は半透明の箇所に、前記下端からの距離を表す１又は２以上の目盛線が描かれていることを特徴とする、請求項1又は２に記載の音量視覚化装置。
【請求項４】
前記壁体の外部に、前記壁体から延伸された把持棒を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の音量視覚化装置。
【請求項５】
前記開口は、周縁円形であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の音量視覚化装置。
【請求項６】
音源体と、請求項１〜５のいずれか１項に記載の音量視覚化装置とを備え、
前記膜体は、前記音源体の発する音に共振することを特徴とする、音量教育用教材。
【請求項７】
音源体と、請求項５に記載の音量視覚化装置とを備え、
前記音源体は、前記膜体の共振周波数の音を発生することを特徴とする、音量教育用教材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気の疎密波の振幅を視覚化する音量視覚化装置、及び該音量視覚化装置を活用した音量教育用教材に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば小学生に音の大きさ（音量）を学習させることを検討する。音は空気の疎密波であり、音量は、その疎密波の振幅（疎部分と密部分の圧力差）である。音を耳で聞かせて体感的に音量を学習させることは可能であるが、感覚に依存する教育となってしまい、必ずしも理科の教育に適したものではない。
【０００３】
マイクロホン等の機器を用いて空気の疎密波の振幅を電気信号の大きさに変換することで、音量を示すことは可能である。しかし、結果的な電気信号の大きさを数値として見ることとなってしまい、空気の疎密波の振幅を容易に理解できるものではない。
【０００４】
この点、例えば太鼓のような打楽器が発する音量であれば、該楽器（例えば太鼓の膜）の振動（振幅）が音量と密接に関連するので、その振動を視覚的に示すことは可能である。例えば、特許文献１には、打面体に生じた振動を発光素子に伝達し、音量が大きいほど発光量が大きくなる打楽器が開示されている。しかし、楽器（の一部）の振動の大きさ（振幅）が示されることとなり、厳密には音の大きさが視覚化されるものではない。音の大きさを視覚化するためには、空気の疎密波に基づいて視覚化することが必要である。
【０００５】
また、非特許文献１には、発泡スチロール球を入れたアクリル管に向けて音を入れ、発泡スチロール球が空気の疎密波に合わせて動く様子を見せる実験が開示されている。しかし、音の大きさは発泡スチロール球の振動を見て判断することとなり、把握が容易でない。また、音の波長だけの長さのアクリル管を用いるため、大きな仕掛けとなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２０３２８９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】クントの実験やたこ糸で音の波形を観察しよう （http://www.center.shizuoka-c.ed.jp/curri/cpc/Web/kannsatujikennsyuu2/2012_15_p1_1_1.pdf）
【非特許文献２】西山静男：音響振動工学（コロナ社）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、空気の疎密波の振幅をわかりやすく視覚化する音量視覚化装置、及び該音量視覚化装置を活用した音量教育用教材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の音量視覚化装置は、
少なくとも一部が透明又は半透明で内部空間を外部から視認可能であり、下端に開口を有する壁体と、
前記開口を遮蔽し、前記壁体に固定された膜体と、
前記内部空間に配された易浮揚体とを備え、
前記壁体は、前記易浮揚体を通過させないものであることを特徴とする。
【００１０】
この特徴によれば、空気の疎密波によって膜体が振動し、それによって内部空間の空気にも波が発生する。この波によって、膜体に接していた易浮揚体が上方に動く。易浮揚体が上方に動く距離によって音量を視覚的に認識することができる。ここで、「易浮揚体」は、内部空間の空気の小さな波で浮揚する程度の軽量の物体を言う。例えば、最大径３ｍｍ程度に細断された発泡スチロールが易浮揚体である。易浮揚体は壁体を通過せず内部空間に存するので、内部空間の空気の小さな波による浮揚が行われる。また、「固定」は、膜体が壁体に付着されて空気の振動や易浮揚体から受ける力では外れない程度に圧接されていることを言う。接着等による強固な結合に限定されず、後述するように輪ゴムで固定されるなどの一時的な固定をも含む。
【００１１】
本発明の音量視覚化装置は、
前記壁体は、前記開口以外の解放部を有さず、前記膜体によって前記開口が遮蔽されると前記内部空間と外部との空気の流通がないことを特徴とすることができる。
【００１２】
この特徴によれば、壁体と膜体とによって内部空間が閉鎖される。外部との間の空気の流通が完全に遮断され、内部空間の空気の小さな波による浮揚が確実に行われる。また、易浮揚体が内部空間の外に出て紛失してしまうことが防止される。
【００１３】
本発明の音量視覚化装置は、
前記壁体の透明又は半透明の箇所に、前記下端からの距離を表す１又は２以上の目盛線が描かれていることを特徴とすることができる。
【００１４】
この特徴によれば、易浮揚体が目盛線を超えて上昇するか否かを見て、音量の大小を容易に把握することができる。
【００１５】
本発明の音量視覚化装置は、
前記壁体の外部に、前記壁体から延伸された把持棒を備えることを特徴とすることができる。
【００１６】
この特徴によれば、把持棒を用いて、操作者の手が壁体から離間した状態で音量視覚化装置を使用することができる。小学校の理科実験等において、音量視覚化装置の使いやすさが向上する。
【００１７】
本発明の音量視覚化装置は、
前記開口は、周縁円形であることを特徴とすることができる。
【００１８】
この特徴によれば、周縁円形である（固定された直径を有する）ことによって、膜体の共振周波数が固定される。音量を測定したい音源体があり、その発生する音の周波数分布が既知であれば、その音源体の発生する周波数に合わせた音量視覚化装置によって効率的な視覚化を行うことができる。
【００１９】
本発明の音量教育用教材は、
音源体と、本発明の音量視覚化装置とを備え、
前記膜体は、前記音源体の発する音に共振することを特徴とすることができる。
【００２０】
この特徴によれば、音源体の発生する周波数に合わせた音量視覚化装置によって効率的な視覚化を行う音量教育用教材を提供することができる。
【００２１】
本発明の音量教育用教材は、
音源体と、前記開口が周縁円形である本発明の音量視覚化装置とを備え、
前記音源体は、前記膜体の共振周波数の音を発生することを特徴とすることができる。
【００２２】
この特徴によれば、膜体の共振周波数が明らかなので、その共振周波数の音を発生する音源体を用いて、確実かつ容易に音量教育用教材を提供することができる
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、空気の疎密波の振幅を視覚化する音量視覚化装置、及び該音量視覚化装置を活用した音量教育用教材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、音量視覚化装置の構造を示す図である。
【図２】図２は、音量視覚化装置の使用状態を示す図である。
【図３】図３は、膜体の形状を示す図である。
【図４】図４は、音源体として音叉を用いる場合における、音量視覚化装置の使用状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００２６】
（音量視覚化装置の構造）
図１は、音量視覚化装置の構造を示す図である。音量視覚化装置１は、壁体２、膜体３、固定具４及び易浮揚体６から構成される。
【００２７】
壁体２は、内部空間５の周縁を覆い、易浮揚体を通過させない透明な筒状体である。壁体２は、表面に目盛線２１が施されている。壁体２は、把持棒２２を備えている。筒状の壁体２の下端は開口２３となり、上端は  天井部２４により閉鎖されている。
【００２８】
目盛線２１は、後述するように、易浮揚体６の浮揚する高さを理解しやすくするものである。
【００２９】
把持棒２２は、音量を測定する箇所に音量視覚化装置１を配するために手に持つ棒である。
【００３０】
なお、壁体２の構成としては他の構成も可能である。壁体２は全体が透明でなくとも、内部空間５の易浮揚体６が視認できればよい。全体を半透明とすることや、一部のみを透明または半透明とすることも可能である。
【００３１】
また、目盛線２１がなくとも、易浮揚体６の浮揚する高さは視認できるので、目盛線２１は、必ずしも設けなくともよい。
【００３２】
また、把持棒２２がなくとも、壁体２を把持して音量視覚化装置１を配することができるので、把持棒２２は、必ずしも設けなくともよい。把持棒２２の形状は、図示した直線状に限定されず、任意に設計することができる。
【００３３】
また、壁体２の形状は筒状でなくともよい。膜体３の上に浮揚する易浮揚体６の浮揚を擾乱してしまう空気の流れが発生しないものであれば、球形、錐形等の形状であってもよい。そして、天井部２４により閉鎖されていなくてもよい。
【００３４】
また、壁体２は、易浮揚体６が通過しない程度の小径の孔を有していてもよい。その孔から外部の空気が内部空間５に流入し、又は内部空間５の空気が外部に流出して、易浮揚体６の浮揚を擾乱してしまう空気の流れが発生し得るが、通常の理科実験の環境においては、外部に強い空気の流れがあるものでもなく、内部空間５と外部との気圧差が大きいものでもなく、孔によって発生する空気の流れが理科実験を妨げるほどの易浮揚体６の浮揚の擾乱をきたしてしまうことは考えられない。
【００３５】
膜体３は、壁体２に固定されて開口２３を遮蔽する。膜体３は、下方（外部）の音波（空気の疎密波）によって振動し、その振動を内部空間５内の空気に伝達するものである。したがって、膜体３は、空気の振動を伝搬できる柔軟な材質のものとするべきである。例えば、食品包装用のラップに用いられるポリ塩化ビニリデン、厚さ０．１ｍｍ程度の薄いシリコンゴムが、膜体３の材質として適している。
【００３６】
固定具４は、膜体３を壁体２に固定させるための部材である。例えば、ゴム紐を固定具４として使用することができる。
【００３７】
一例として、膜体３として食品包装用のラップを用いて開口２３に密着させ、固定具４として輪ゴムを用いて係止することによっても、本発明の音量視覚化装置１となる。
【００３８】
壁体２と膜体３とによって、他の空間と分割されて区画された空間が、内部空間５となる。
【００３９】
易浮揚体６は、内部空間内の空気の波に従って移動する物体である。易浮揚体６は、重力で下方に向かうところを空気の波によって上方に移動することが重要であり、比重の小さな物質であることが好ましい。例えば、非特許文献１と同様な発泡スチロール球（見やすさと大きさを勘案して直径３ｍｍ程度が好ましい）、内部に空気を有するピンポン球を小さく製造した物が、易浮揚体６として適している。
【００４０】
（音量視覚化装置の使用）
以下、太鼓を音源体７として、音量視覚化装置１の使用を説明する。図２は、音量視覚化装置の使用状態を示す図である。まず、図２（Ａ）に示すように、把持棒２２を持って、音量視覚化装置１を音源体７の放音側に配して空間で静止させる。
【００４１】
この状態で太鼓の膜７１を叩くと、図２（Ｂ）に示すように、音源体７から音波８が発せられる。音波８は、膜体３を振動させ、その振動が内部空間５内の空気に伝達し、易浮揚体６が膜体３から上方に移動する。
【００４２】
易浮揚体６の膜体３からの移動距離は、膜体３の振幅、すなわち音の大きさ（音波８の振幅）に比例する。学習者は、易浮揚体６の膜体３からの移動距離を見て、音の大きさを容易に把握することができる。易浮揚体６の膜体３からの移動距離の把握は、目盛線２１によってより容易になる。
【００４３】
図２（Ｃ）は、音量視覚化装置１を図２（Ｂ）よりも音源体７に近づけた場合を示すものである、音源体７までの距離がＤ１からＤ２に（小さく）なっている。これにより、易浮揚体６の膜体３からの移動距離がＨ１からＨ２に（大きく）なっている。
【００４４】
本実施例では音源体７が点音源ではないので厳密ではないが、音の大きさが音源からの距離の２乗に反比例することを考えると、Ｈ２／Ｈ１（音源体７に近づけたことによる、音の大きさの増加比率）は、（Ｄ１／Ｄ２）２となる。音量視覚化装置１は、このような音の大きさを測定する実験にも用いることができる。
【００４５】
（音の周波数に関する検討）
音量視覚化装置１は膜体３の振動（音波８に対する共振）によって易浮揚体６を移動させるので、膜体３の振動量が音波８の周波数に依存してしまう。すなわち、膜体３の共振周波数の音波８は、他の音波８よりも易浮揚体６の膜体３からの移動距離が大きくなる。このことは、易浮揚体６の膜体３からの移動距離が音波８の周波数に依存して厳密には音の大きさに比例するものではないという問題を有することとなるが、逆に、それを活用して音量視覚化装置１を目的に合わせて設計することを可能とする。
【００４６】
図３は、膜体の形状を示す図である。膜体３（開口２３の周縁）の形状は、図３（Ａ）に示すように円形とすることも、図３（Ｂ）に示すように方形とすることも、他の形状（楕円形、６角形等）とすることもできる。
【００４７】
図３（Ａ）に示すように円形とすると、直径Ｒによって共振周波数が定まる。共振周波数ｆ０は、ｆ０＝（Ｃ／Ｒ）√（τ／σ）となる（Ｃはおよそ０．７６６の定数、τは張力、σは単位面積当たりの質量：非特許文献２を参照）。ｆ０に尖鋭な共振周波数を有する。
【００４８】
図３（Ｂ）に示すように方形とすると、辺長Ｌ１、対角線長Ｌ２、その他の共振周波数を定める要素が存在する。尖鋭な共振周波数を有さず、多くの周波数で弱く共振する。
【００４９】
図４は、音源体として音叉を用いる場合における、音量視覚化装置の使用状態を示す図である。図２（Ａ）において太鼓であった音源体７を音叉にしたものである。音叉（音源体）７は、所定の周波数の音波８を発生する。ここで、膜体３を円形とし、ｆ０をその所定の周波数に合わせると、膜体３が共振し、易浮揚体６が上方に大きく移動する。音の大きさがより見やすくなる。
【００５０】
音源体７が、多様な周波数の音波８を発生する場合（例えばピアノのような鍵盤楽器で楽曲を演奏する場合）、膜体３を方形とし、尖鋭な共振周波数を有さないものとして、多くの周波数で易浮揚体６が浮揚するようにすることができる。
【００５１】
以上詳細に説明したように、本実施例の音量視覚化装置１は、空気の疎密波によって膜体３が振動し、その振動の大きさを易浮揚体６が浮揚する高さとして視覚化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
空気の疎密波の振幅をわかりやすく視覚化する音量視覚化装置、及び該音量視覚化装置を活用した音量教育用教材である。多くの教育機関による利用が考えられる。
【符号の説明】
【００５３】
１    音量視覚化装置
２    壁体
２１  目盛線
２２  把持棒
２３  開口
２４  天井部
３    膜体
４    固定具
５    内部空間
６    易浮揚体
７    音源体
７１  太鼓の膜
８    音波
【図１】
2020128905.tif 000003
【図２】
2020128905.tif 000004
【図３】
2020128905.tif 000005
【図４】
2020128905.tif 000006