音の発生原理と音の楽しみ 第1章 ギターで音の出るしくみ 止めている駒（ブリッジ）が力を受けます。駒はボデ ーの上側の板である響板に接着されていて、広い面積 側の響板が振動すると、側面を通って裏側の響板にも ギターの音のしくみ ギターの音はどこから出るのでしょうか。ギターの 弦が振動するので、 その弦の周りの空気は振動します。 振動が伝わります。裏側の響板が振動することによっ （2次の振動モード） ブリッジ また、響板は、表側の響板には穴があって裏側には 穴がないので、それぞれの板の固有振動数が異なって げてしまう。選挙の宣 ホーン型スピーカは、 伝など野外で使われる 横に逃げる空気の移 動をホーンが防止する ので、効率が良く大き な音が出る。 8 をもった響板が振動するので、大きな音が出ます。表 しかし、弦は細く面積が小さいので、小さな音しか出 て振動面積が約 ギターの穴の役目は、バスレフスピーカと同じです。 響板が振動すると響板の裏側の空気が振動し、胴の内 ギターはバスレフスピーカ 倍に増え、音が大きくなります。 ません。弦の周りで発生した音がギターの胴の中央部 分の穴（サウンドホール）に入って共鳴し、音が大き くなって穴から出ると考えたくなりますが、それは間 気的な増幅装置が無ければ、大きな音のエネルギーに 高い周波数になるほど腹と節の数が増える 音を外に出し、音を大きくしています。 部にも音が発生します。胴に穴を開けることで内部の 腹 います。板の固有振動数が弦の振動数に近いほど大き 圧力はすぐに横に逃 振動による音の発生エネルギーは、振動する物体の 表面積に比例します。弦が振動すると、弦の下の端を な音になるので、響板の固有振動数はなるべくたくさ ん存在することが音をむらなく出すために必要です。 胴の内部は空間になっていて、空間で決まる固有振動 数があり、この周波数の音が大きく出ます。 音色は楽器の胴で決まる ＮＨＫの科学番組でギターの胴を三味線の胴に置き 換えた実験が行われました。弦はギターのままですが、 出てきた音は三味線の音でした。三味線は、強く張っ 気が押されるが、 その 節 節 た皮が振動することで音を出しています。皮はギター などの木に比べて減衰が大きいので、高い音はあまり 振動すると、表面の空 音は響板が出している なることはありません。 違いです。エネルギー保存の法則があり、穴の中に電 2 出ません。また出た音はすぐに小さくなるので、ペン スピーカのコーン紙が ペンという切れた音になります。 一 口メモ 腹 振幅の大きい部分が腹 振幅がゼロの点が節 9 1 弦の固有振動モード 音の発生原理と音の楽しみ 第1章 弓で弾く弦楽器は自励振動のメカニズム 加わることで、音色も変化します。チョロの胴ととも に、床も楽器の一部と考えられます。固い床の場合は 振動します。しかしバイオリンのように弓で弾く楽器 受けもつ振動数が低い場合でも放射されやすくなりま 大きい楽器の響板は通常は大きな板が使われます。 大きな板の固有振動数は低いので、弦の長さが長くて 振動しにくいので、床の影響は小さくなります。 の場合は、 「自励振動」と呼ばれるメカニズムで振動 す。弦楽器では、一番大きな弦楽器であるコントラバ ギターやピアノのように、弦が衝撃的な力を受ける 場合は、力による強制加振となり、弦の固有振動数で が発生します。弓と弦の間に摩擦があり、弓の直線的 スが一番低い音域を受けもつています。音の放射エネ じ れいしんどう な運動によって、弦が引っ張られます。摩擦力は弓と 乗×板の振動面積に比 ルギーは、放射効率×速度の 1 弦の振動 音の大きさは 振動する板の面積に 比例する □ 動数は27.5ヘルツで □□□□■□□ と、 □□ 基本固有振動数 □□□□□□ す。 □□ 出た音を計測する □□□□□■ □ の1倍～3倍は小さな ■□□□□□□ □ 音で、 □□ 4倍の110ヘル ■□□□□ ツ以上の周波数の音 □□□□□■□□ が大き □ □ □く出ています。 □□□□■ は異なった音色です。 □■□□□□□□ □ 27.5ヘルツの純音と □□□□□□□ 10 弦との相対速度によって変化し、結果として弦の固有 2 (S1+S2) 合計面積 よる効果と二重になり、大きな音が出るのです。 例します。放射効率は面積が大きいほど大きくなるの S2 で、 □□ 弦の基本固有振 □■□□□□ 章で詳しく説 振動数で振動します。力を発生している弓の運動は直 裏板の内側の表面積 □□□■ で、大きな響板の場合には、放射効率の上昇と面積に S2 11 2 線的な運動ですが、発生する周波数は弦の固有振動数 裏板の裏側の表面積 □ の鍵 ■□ 盤は □「ラ」 □□□ の□ 音 です。自励振動の原理については、第 S1 グラン □□□ ドピアノの左端 □□□□□ 明します。 表板の内側の表面積 コーヒーブレイク チェロでは床も楽器 S1 3 板の振動 弦楽器では、バイオリン、ビオラ、チェロの順で楽 器が大きくなり、響板の面積も大きくなるので大きな ブリッジの振動 弦の振動 穴があると内側に放射した 音も外に出る 音が出ます。チェロは楽器のエンドピン（脚部）で床 2 ブリッジの振動 3 に置いて演奏します。弦の振動がピンを通して床を振 表板の表面積 板の振動 音 動させるのでさらに大きな音になります。床の振動が ギターの音はどこから出る 音の発生原理と音の楽しみ 第1章 個できます。先に行った波が帰って 来て、元の位置に戻ります。半分の時間で同じ状態に ひもの上に波が 弦の振動とドレミファ音階 波の速度と弦の固有振動数 固有振動数はこの逆数で、 次の固有振動数といい、 次の固有周期」と呼びます。 バイオリン、チェロ、ギター、ピアノなど弦の振動 を利用する楽器は、音楽の要です。弦の振動を考える 基本振動数の なるので、この時間を「 ために、長いひもで実験をします。長いひもの片側を 倍となります。弦の振動数は、基本振 ている部分のひもを指でパチンと弾くと、ひもの上を す。これらの高い振動数を「高 調 波」と呼びます。 こ う ちょう は 倍と整数倍の振動数がたくさんありま 波が走るのが観察できます。端まで行くと波は反射し 波を観察するためにひもをゆるく持ちましたが、少 しずつ強く張ると波が早くなります。だんだん強く張 倍、 て戻ってきます。この波がひもを往復する時間を「基 ると波の動きは見えなくなり、全体が上下に振動して 動数の 本固有周期」あるいは「基本周期」といいます。基本 いるように見えます。この状態が通常の弦の振動で起 10.00 を回して弦を張ると高い音になります。 固有周期の逆数を「基本固有振動数」あるいは「基本 sBUr ギターをピックで弾いた周波数分析結果と指で弾い た場合の分析結果を示します。各振動数は一番左の基 本振動数の整数倍になっていることがわかります。 ピックで弾いた場合は、高い周波数まで大きなレベ ルで並んでいます。それにくらべて、指で弾いた場合 は、高い周波数は急速に小さなレベルになっています。 ピックで弾いた場合は高い周波数が多いので、華やか な音となります。 ドレミファはどうして決まるのか バッハ以前の西洋音楽の音階は、表に示すように、 基本のドの音の周波数に対して単純な分数になってい 回で ます。ソの音はドの音の周波数の３／２倍になってい ックで弾いた場合は、 高調波成分である高 い周波数が多く、鋭く 華やかな音となる。高 周波成分が楽器の音 色を決めている。 2 高調波 POWER 回弾くと こっています。ギターのヘッド部分のペグ（糸巻き） 固定し、反対側を手で少しゆるく持ちます。手で持っ 2 2 て、ドとソの音が合わさったときに、ドの音が と柔らかい音となる。 ピ 回繰り返すと元の状態に戻ります。そのた 固い音がし、指で弾く ひもの上を波が片道走ったときに、もう SPECT 1 12 2 3 振動数」といいます。 2 3 ギターをピックで弾くと ソの音が 一 口メモ 指の腹で弾いたギターの音 ピックで弾いたギターの音 200.0 Ach：INST FREQ（Hz） 0.000 200.0 Ach：INST FREQ（Hz） 0.000 −70.00 13 2 2 周波数分析
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