ヘルツ(Hz)とは？音楽における周波数の基礎と実践ガイド

2025年12月20日 最終更新日時 : 2025年12月20日 エバープレイ編集部

はじめに — ヘルツ（Hz）とは何か

ヘルツ（Hz）は1秒あたりの周期数を示す周波数の単位で、音の高さ（ピッチ）を数値で表す基本となる概念です。音楽では「この音は何ヘルツか？」という問いは、物理的な振動数と人間が感じる音高を結びつける重要な橋渡しをします。本コラムでは物理学的基礎、耳の感覚、音楽理論や調律、デジタル音響、実用的な測定方法、誤解や議論点まで幅広く掘り下げます。

周波数の基本

周波数（f）は単位時間あたりの繰り返し回数で、SI単位はヘルツ（Hz）です。1Hzは1秒間に1回の振動を意味します。音波は空気の圧力変動として伝わるため、発音体（弦、管、声帯など）の振動数がそのまま音波の周波数になります。純音（正弦波）の場合、周波数が高ければ高いほど人間が感じる音は高くなり、逆に低ければ低く感じます。

人間の聴覚と周波数感受性

健常な成人の可聴周波数帯域は概ね20Hz〜20,000Hz（20kHz）とされますが、個人差や年齢による高域の減衰が大きく、年齢とともに高周波が聞こえにくくなります。重要なのは「音の聞こえ方は周波数だけで決まらない」ことです。音圧レベル（dB）や周波数の組み合わせ、時間的要素により感覚は変わります。例えば低周波（20Hz付近）は振動として感じやすく、高周波成分は音色の識別に寄与します。

周波数と音高（ピッチ）の対応

音楽で用いる等音高（ピッチ）は周波数で厳密に表現できます。国際的な基準であるコンサートピッチはA4=440Hz（ISO 16）で広く採用されています。音名と周波数の関係は半音（セミトーン）ごとに2の12乗根（≈1.059463）倍されます。一般的な式は次の通りです。

f(n) = 440 × 2^{(n−49)/12}

ここでnはピアノ鍵盤上の音番号（A4が49）を示します。この式を使えば任意の鍵の周波数を計算できます。例えばA5は880Hz、A3は220Hzになります。

セントと微分化された音律

音高差を精密に表す単位としてセント（cent）が使われます。1オクターブは1200セントで、1セントは2^{1/1200} ≈ 1.00057779の比に相当します。二つの周波数f1とf2の差は次で表されます。

差（セント） = 1200 × log2(f2 / f1)

これにより微分音（マイクロトーン）の表現や微調整が可能になります。

調律法と周波数比 — 平均律と純正律

平均律（十二平均律）はオクターブを12等分して等比的に割る方式で、近代西洋音楽で標準的です。一方、純正律やピタゴラス音律は簡単な整数比（3:2、5:4など）に基づくため和音がより安定して聞こえる領域がありますが、調により音程が変わるという実務上の欠点があります。例えば純正な完全五度は周波数比3:2であり、A4（440Hz）に対するE5は660Hzになる計算です。平均律ではE5の周波数は約659.26Hzになります。

歴史的なコンサートピッチの変遷

歴史的にコンサートピッチは地域や時代で大きく異なりました。バロック期はA=415Hz付近（現代のA=440より低い）、クラシックやロマン派の時代にはしばしば高めのA=430〜450Hz、19世紀末にはさらに高めの460Hz前後が用いられたこともあります。ISOによる標準化（A4=440Hz）は20世紀に国際的な整合性をもたらしましたが、今日でもオーケストラや古楽団体では様々な高さが使われます。

周波数と音色（倍音構成）

楽器が発する音は基本周波数（基音）に加えて倍音（上方倍音列）を含みます。倍音の存在と強さ・位相が音色を決定します。たとえばギターのE2（≈82.41Hz）には2倍音（164.82Hz）、3倍音（247.23Hz）などが含まれ、これらが音色の特徴を生みます。スペクトル解析（FFTなど）で表示される周波数成分を見ると、楽器ごとの“指紋”が見えてきます。

ビートと干渉 — 微分の重要性

2つの近接した周波数が同時に鳴るとビート（うなり）が生じます。ビート周波数は差の絶対値|f1−f2|で、チューニング作業や合唱でのピッチ合わせにおける重要な指標です。音程が僅かにずれていると、和音が揺れて聞こえるため、調整はビートの減少を目標に行われます。

心理音響学 — ピッチの知覚は周波数だけではない

ピッチ知覚は単に周波数を追うだけでは説明できません。音の持続時間、音圧、倍音構成、アタック・減衰などが複雑に絡み合います。さらに「欠落基音」現象（物理的に基音が存在しなくとも倍音が与えられれば基音のピッチを知覚する）や、臨界帯域（critical band）といった現象は、人間の周波数処理の非線形性を示しています。

デジタル音声・サンプリングと周波数

デジタル音声ではサンプリング周波数（例：44.1kHz、48kHz、96kHz）が重要です。ナイキスト周波数はサンプリング周波数の半分で、これを超えるアナログ成分は折り返し（エイリアシング）を生じるためアンチエイリアスフィルタが必要です。44.1kHzの場合、最大再現周波数は約22.05kHzであり、ほとんどの人間の可聴帯域をカバーしますが、高解像度オーディオではより高いサンプリング周波数が採用されます。

測定と評価 — チューナーとスペクトル解析

周波数測定はチューナー（クロマチックチューナー、頻繁にFFTベース）やスペクトラムアナライザを用いて行います。現代のソフトウェアは高速フーリエ変換（FFT）やピッチ検出アルゴリズム（YIN、autocorrelationなど）で高精度の推定を可能にしています。測定精度は窓関数、FFTサイズ、サンプリング周波数、ノイズなどに依存します。

実用的応用 — 調律、合唱指導、音楽制作

実践では周波数知識は調律（オーケストラのコンサートピッチ決定、鍵盤楽器の調整）、合唱やバンドでのピッチ統一、シンセサイザーの波形設計、EQ設計、マスタリング時の周波数バランス調整などに活用されます。例えば特定の楽器の基音と倍音を理解しておくことは、ミックスにおける周波数帯の分離に役立ちます。

議論と誤解 — A=432Hzなどの主張について

A4=432Hzが「自然な周波数」「癒し効果がある」などの主張がインターネット上で広まっていますが、科学的根拠は乏しく、周波数そのものが直接的に心理的・物理的な効果を生むという明確な証拠はありません。コンサートピッチの選択は文化的・歴史的な要因や演奏慣行の影響が大きく、好みや音色の違いはあっても普遍的な生理学的優位は証明されていません。

極低周波・超音波と健康影響

20Hz未満の低周波（インフラサウンド）や20kHz以上の超音波は、多くの場合可聴域外ですが、感覚的・生理的な影響を与えることがあります。長時間の非常に低周波・高SPL（音圧）曝露は不快感や身体的影響を引き起こす可能性があるため、音響安全基準（例：職業安全衛生の指針）に従うことが重要です。

まとめ — 音楽におけるヘルツの位置づけ

ヘルツは音の高さを定量化するための基本単位であり、調律、音色理解、デジタル音響、測定といった多くの分野で基礎となります。ただし、音楽的体験は周波数単独では説明できず、音圧、倍音、時間的変化、心理的要因が複雑に絡み合います。実務的には「周波数を正確に測り、耳で最終判断をする」アプローチが最も信頼できます。

実践チェックリスト（簡易）

  • コンサートピッチを決める：A4=440Hzが標準だが、演奏スタイルに応じて調整。
  • チューニング：ビートを用いて微調整。チューナーと耳の両方で確認。
  • 周波数測定：FFTや高精度チューナーで測定。窓長やサンプリング周波数に注意。
  • デジタル作業：適切なサンプリング周波数を選び、アンチエイリアスを確認。
  • 音楽制作：倍音構造を理解してEQやアレンジで干渉を避ける。

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