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● 音波の伝播
周囲の流れ（流速）によって音波の伝わり方、すなわち、伝播（でんぱ）の仕方は異なる。
以下に音源と流れ方向および座標の定義を示す。
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音源と流れ方向および座標の定義 |
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音源を原点［０，０］として、ｘ
軸方向に 平行な流れが左から右に
マッハ数 Ｍ
で流れると仮定する。
まず、静止流体中を考えると、音は微小な圧力変動であり、音源から全ての方向に音速
ａ で伝播する。
下図において、緑線は軸線であり、音源はその交点にある。
また、赤線は、ある時間刻みごとの伝播位置を示す円である（以降も同様）。
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静止流体中における音波の伝播 |
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次に、Ｍ
＜１の流れがある場合、すなわち亜音速流を考えると、音波面は上流側に
（１−Ｍ ）の速度で伝わり、
下流側には（１＋Ｍ ）の速度で伝播する。これを図に示すと、
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亜音速流中（Ｍ
＜１）における音波の伝播 |
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となり、波面の間隔は上流側で密となり、下流側で疎となる。
ここで、観測者が流れとともに Ｍ
で移動すると上流側で高音、下流側で低音に音が歪む。
これは、ドップラー効果である。
また、Ｍ
＝１（音速流）の場合を考えると、以下のようになり、
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音速流中（Ｍ
＝１）における音波の伝播 |
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音波は音源より上流には伝わらなくなる。この場合の音波面をつないでいくと
音源の点を含む流れに垂直な面（図で黄色の線）が形成される。
これをマッハ波 (Mach wave) と呼んでいる。
さらに、Ｍ
＞１（超音速流）の場合は、
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超音速流中（Ｍ
＞１）における音波の伝播 |
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となり、音波面は下流に流されていく。これらの音波面で形成される面（図中の黄色の線）は
円錐状となる。これをマッハ円錐（マッハコーン）
(Mach cone) という。
音はこのマッハ円錐内でのみ伝播する。
このマッハ円錐の頂点の角度の１／２（すなわち、半頂角）をαとすれば、αは
で示される（Ｍ
＞１の場合に成り立つ）。このαをマッハ角と呼んでいる。
音波の伝播に関する演習［表計算ファイルのダウンロード］
マッハ数（流速）を変化させて、音波の伝播に与える影響を学習・考察する。
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