トーン ジェネレーターの仕組み
周波数、波形、音名、聴覚の安全について学ぶ
1. 周波数とピッチ
周波数は 1 秒あたりの音波の振動の回数で、ヘルツ (Hz) で表します。周波数が高いほどピッチは高くなります。
- 20 Hz — 聞こえる最も低い周波数 (深い低音の響き)
- 440 Hz — 標準のチューニング ピッチ (A4 の音)
- 1,000 Hz — 中音域、聴力テストで使用
- 20,000 Hz — 人の聴覚の上限
周波数スライダーは対数スケールを使います。人のピッチの知覚が対数的で、周波数を 2 倍にするとピッチが 1 オクターブ上がるためです。
2. 波形の種類
波形が異なると、同じ周波数でも異なる音色になります。
| 波形 | 音 | 用途 |
|---|---|---|
| 正弦波 | 純粋で滑らかなトーン | 聴力テスト、チューニング、校正 |
| 矩形波 | こもった、ブザーのような音 | レトロ/チップチューンの音、倍音のテスト |
| 三角波 | 矩形波より柔らかい | ベースの音、穏やかなトーン |
| のこぎり波 | 明るく、鋭い | シンセのリード、豊かな倍音 |
正弦波は基本周波数だけを含みます。矩形波、三角波、のこぎり波は倍音 (基本周波数の整数倍) を含み、それが独特の音を生みます。
3. 音名とセント
このツールは、最も近い音名と、その音からの周波数のずれをセントで表示します。1 半音は 100 セントです。
- 0 cents — 正確に合っている
- +/- 5 cents — ほぼ合っている (ほとんどの人には分からない)
- +/- 50 cents — 次の半音までの中間
セントと Hz の関係
セントと Hz の関係は線形ではなく対数的です。つまり、同じセント数でも周波数によって対応する Hz の幅が異なります。
- 440 Hz (A4) では: 1 セント ≈ 0.25 Hz
- 880 Hz (A5) では: 1 セント ≈ 0.51 Hz
- 220 Hz (A3) では: 1 セント ≈ 0.13 Hz
これはピッチの知覚が対数的だからです。周波数を 2 倍にすると、開始の周波数にかかわらず、ピッチは常に 1 オクターブ (1200 セント) 上がります。
例: 440 Hz から 445 Hz へ = 1200 × log₂(445/440) ≈ +20 セント
A4 の基準の設定では、440 Hz (標準)、432 Hz (代替チューニング)、442 Hz (オーケストラのチューニング) から選べます。セントの計算はすべて、選んだ基準に対して行われます。
4. 音量と聴覚の安全
安全のため、音量は既定で 20% になっています。トーンが聞こえない場合は、ツールの音量スライダーを上げる前に、まず端末の音量を確認してください。
5. ステレオ パン
パンのコントロールは、ステレオの音場の中で音の位置を決めます。
- L (左) — 左のスピーカー/イヤホンだけで鳴ります
- C (中央) — 両方のスピーカーで同じ音量
- R (右) — 右のスピーカー/イヤホンだけで鳴ります
ステレオ パンを使って、両方のスピーカー/イヤホンが正しく動作しているか確かめられます。
6. 特定の周波数が聞こえないのはなぜか
聞こえ方には、いくつかの要因が影響します。
- スマートフォン/ノート PC のスピーカー — ほとんどは 100～200 Hz 未満の周波数を再生できません。低い周波数にはヘッドホンを使ってください。
- 年齢 — 聴力は自然に低下し、特に 15 kHz 以上で顕著です。多くの成人は 18 kHz 以上が聞こえません。
- 音量が小さすぎる — 高い周波数は、同じ大きさに聞こえるまでに少し多めの音量が必要なことがよくあります。
- ブラウザーの制限 — 音声は、再生の前にユーザーの操作 (タップやクリック) を必要とします。
7. サンプリング周波数
サンプリング周波数は、音質と、正確に再生できる最大周波数を決めます。
- 44.1 kHz — CD 品質、最大約 20 kHz (標準)
- 48 kHz — 映像の標準、最大約 22 kHz
- 96 kHz — ハイレゾ オーディオ、最大約 44 kHz
- 192 kHz — スタジオ品質、最大約 88 kHz
サンプリング周波数が高いほど高い周波数での波形表示は良くなりますが、人の聴覚は約 20 kHz が上限なので、48 kHz を超えても聴こえる音に利点はありません。
8. URL パラメーター
ツールの状態は URL に保存されるため、特定の設定をブックマークしたり共有したりするのが簡単です。
- freq — 周波数 (Hz、20～20000)
- wave — 波形の種類 (sine、square、triangle、sawtooth)
- vol — 音量 (0～1)
- pan — ステレオ パン (-1～1)
- a4 — A4 の基準周波数 (432、440、442)
- viz — ビジュアライザーのオン/オフ (0、1)
例: #freq=440&wave=sine&vol=0.2
9. 高度なモード
基本的なトーン生成に加えて、このツールには専門的なオーディオ作業向けの高度なモードがいくつかあります。
| 高度なモード | 用途 |
|---|---|
| 周波数スイープ | スピーカーのテストや聴力の確認のために、周波数の範囲を (線形または対数で) 滑らかに掃引します。 |
| ノイズ ジェネレーター | リラックス、集中、サウンド マスキング、スピーカーの校正のためのホワイト、ピンク、ブラウンノイズ。 |
| 変調 (AM/FM) | LFO で振幅や周波数を変調して、トレモロ (AM) やビブラート (FM) の効果を加えます。 |
| バースト モード | 長さ、間隔、エンベロープの形を調整できるトーン バーストを繰り返し生成します。 |
| デュアル オシレーター | バイノーラルビート、干渉パターン、ステレオ効果のための 2 つの独立したオシレーター。 |
| フィルター モード | 遮断周波数とレゾナンスを調整できるローパス、ハイパス、バンドパス、ノッチ フィルターを適用します。 |
| パルス モード | レート、デューティ比、窓関数を変えられるリズミカルなパルス列を作ります。 |
各モードには、詳しい解説と用途をまとめた専用のガイドがあります。
出典と参考資料
- Wikipedia. "Audio frequency" - Comprehensive overview of the audible frequency range and frequency bands. Wikipedia
- Mozilla Developer Network. "Web Audio API" - Technical documentation for browser-based audio generation and processing. MDN
- NASA Quesst. "Science of Sound" - Educational resource on sound wave physics and properties. NASA
- Johns Hopkins University. "Sound Waves" - Mathematical foundations of sound and music. JHU
- Britannica. "Sound Physics" - Scientific explanation of wave propagation and the inverse square law. Britannica