【今さら聞けない用語シリーズ】倍音(ばいおん)とは?

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こんにちはサカウエです。楽器の話をしていると「倍音(オーバートーン、ハーモニクス)」という言葉をよく耳にしませんか?

世の中にはさまざまな音が存在しますが、楽器をはじめ、人の話し声、風や雨、カミナリ、騒音・・・等々、すべての音には「倍音」というものが含まれているのです。シンセで音作りする際もこの「倍音」は避けて通ることができません。

では「倍音」とはいったいなんでしょうか?

音の三大要素

倍音を説明する前に、まずはおさらいしておきましょう。

音には「大きさ」「高さ」そして「音色」という3つの要素があります。私たちは、楽器などの「音色」を表現するのに「柔らかい」、「硬い」、「尖った」・・等々、さまざまな言い回しを使いますが、ではそれぞれの違いを実際に目で見ることにしましょう。音の大きさ(音の強さ:単位:dB)と、高さ(周波数:単位:Hz)についての詳細は下記記事をご覧ください。

「波形」音を目で見る

波形は音波だけでなく、電磁波などさまざまな「波動」の伝わり方を表すものです。音の波を表す波形の場合は、横軸が時間的な変化を、縦軸が量(大きさ)を表します。下記の図はIK Multimediaのプラグイン「SampleTank3」収録の音色を波形編集ソフトで表示したものです。

SampleTank3のフルート「A(ラ)」

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SampleTank3のバイオリン「A(ラ)」

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バイオリンはフルートより複雑な波形に見えます。フルートは比較的おとなし目で、丸い音のような印象です。この見た目の違いは実際に音色の違いを表していますが、この両者の音色の違いは、今回のテーマである「倍音」と深く関わりがあるのです。

波形の違いは「倍音」の含まれ方で決まる

突然ですが、実はこの世の中のすべての音は、正弦波(サイン波)の組み合わせでできているのです(衝撃の事実!)。それどころか純粋なサイン波の音は(厳密には)自然界には存在しないのです(これホント)。

これがサイン波(ポーという音、聴力検査で聞くこともありますね)

1000Hz(1秒間に1000回振幅するサイン波)

どんな音でも複数のサイン波に分解できるという例(下図は単純化してあります)※元になるのは「フーリエ級数」という数学分野の考え方。

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そして基本となる音の周波数の「整数倍のサイン波(これらは無限に存在します)」等を「倍音」とよんでいるのです(※)。そしてこの倍音の含まれ方の違いが音色の違いとなるわけですね。

(注)整数倍ではない「非整数次倍音」というものもありますが今回はややこしくなるのでまた別の記事でご紹介いたします。

倍音の構成を目で見てみよう

ある音の倍音の含まれ方を目で見えるようにしてくれるのが「スペクトルアナライザー」という便利な機器です(略してスペアナ)。このスペアナを使えば、どの周波数帯域にどれだけのエネルギーが含まれているかが目で「見える」わけです。

高周波用スペクトラム・アナライザの一例(ローデシュワルツ製携帯型スペクトラム・アナライザ)

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DAWで使用可能なソフトウエア・プラグインの「スペアナ」も、数多くの製品が発売されていますが、ではスペアナ・プラグインを使って色々なサウンドの倍音構成を目で確認してみましょう。※今回使用したのはiZotope社のOzone5。

Arturiaのソフトシンセ「Mini V」内蔵のチューナーの音(A=440Hz)です。たしかに440Hzあたりにピーク(山頂)がありますね。

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「SampleTank3」のフルート(ラの音)です。440Hz以外にも無数のピークが生まれています。これらが倍音。

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「SampleTank3」のピアノ(ラの音)。これも同様

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同じピアノで5秒後のスペクトル分布:倍音構成が変化していますね。徐々に丸い音になっていくことがよくわかります。

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「SampleTank3」のバイオリン

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どれも中心となるのは大体440Hzですが、この様に同じ「A音」であっても楽器ごとにスペクトル分布が異なることがわかりますね。また倍音が増えるほど複雑な音になるということも覚えておきましょう。

この様に純粋なサイン波を除けば、音には必ず無数の「倍音」が含まれているということがわかります。また倍音の構成は「時間の経過によっても複雑に変化する」ということも忘れてはいけません。

これなどは極端な例ですが、シンセ音色をスペアナでみた動画です・・ウネウネと倍音構成が変化しているのがよくわかると思います。


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