音響学講義ノート　No.9
楽器の音響学（その１）

★楽器　−　音を発生する装置

• 音が生まれる：音は，どのようにすれば発生するだろうか？音は，空気の振動であるから，何かのきっかけで空気が振動すれば，それが音となって伝わっていく．では，どのようにすれば空気を振動させられるだろうか？（「音のなんでも小事典」：pp.268〜269）

1. 急激な圧力変化：空気の温度が急激に上がり膨張する，あるいは空気が圧縮される．．．など，急激に空気の圧力が変化すると，それによって音が発生する．例としては，手拍子や雷鳴があげられる．前者は，手と手を打ち合わせた時に，間に挟まれた空気が急激に圧縮され，それが外へ吹き出すことによって空気の振動を生じるもの（手が振動して音を出すのではない）．分厚い本を閉じたときに出る，バタンという音も同じである．一方，雷鳴は大量の電流が急激に空気中を流れた結果，その周辺の温度が急激に上昇して空気の膨張が起こり，それが音として聞こえるものである．
2. 振動する物体：板や膜などが振動すると，その周辺の空気も一緒に振動を始める．その結果，音が発生するものである．音を発生させる場合，もっとも多く用いられる方法である．例としては，太鼓の皮やスピーカの他，いろいろなものがあげられるだろう．
3. 連続的な圧力変化：鋭いエッジに気流があたると渦が生じ，連続的に圧力の変化が生じる．あるいは，適当な装置やメカニズムによって，気流の強さを変化させるなどして，圧力が連続的変化を生じる場合もある．このような形で，空気の圧力に連続な変化を直接生じさせることが出来る．ほとんどの管楽器が，この機構で音を発生しており，リード機構と呼ばれている．

• 振動は全て音になるか？：振動する物体は，音を発生する代表的な原因であるが，振動するものなら何でも音が出るのだろうか？音叉を例に考えてみよう．音叉をたたくと振動を始めるが，音は聞こえない．振動している音叉を，テーブルにふれたり，耳に当てたりすると，はじめて音として聞くことが出来る．これは，音叉自身は細いため，振動しても十分に空気を動かせないのが原因だ．物体の振動が音になるためには，ある程度の大きさ（面積あるいは断面積）が必要である．（「音のなんでも小事典」：pp.26〜28）
• 楽器とは？：以上のことを考えると，楽器とは，(1)音を発生するきっかけを生じる装置，(2)その振動を効率的に音に変える装置，を組み合わせたものと見ることが出来るだろう．もちろん，一定の方法で一定の周波数の音を発生させることが重要である．これには，後で述べる「共振系」が大切な役割を果たす．

★楽器の分類

• 楽器にはいろいろな種類があるが，一般に管楽器・弦楽器・打楽器のように分類されている．

1. 一般的な楽器を分類を調べてみよう．それが，何をもとに分類されているか，考えてみよう．
2. いろいろな楽器を，(1)何が振動するか，(2)どのように演奏するか...など，いろいろな基準を決めて，分類してみよう．（管楽器の場合は，何が振動して音が出るのだろうか？）

★共振系と固有振動，倍音

• 共振系とは：どんな物体でも，決まった周波数で決まった形に振動する性質があり，「固有振動」と呼ばれる．固有振動は一般にひとつではなく，無数にある．固有振動を生じる周波数を，固有周波数という．例えば，弦の場合は長さ，重さ（太さ），および張力（弦を張る力）によって，固有周波数が決まる．一方，管の中の空気（管楽器）については，管の長さだけで決まるが，管の一端が閉じている場合（閉管）と両端が開いている場合（開管）で異なり，前者の方が後者より1オクターブ低くなる（固有周波数は1/2）．このように，固有振動をもって振動するシステムを，共振系と呼んでいる．

※共振（共鳴）とは，外部から力が加わって振動した場合，力の周波数が固有周波数と一致したときに，物体が著しく振動する現象のことである．固有振動を持つ振動系は，共振を起こす性質があるため，「共振系」と呼ばれているわけである．（「音のなんでも小事典」：pp.279〜280）

• 固有振動と倍音：弦楽器の弦をはじいて振動させた場合，弦は固有振動を始める．その振動は，全ての固有振動が同時に発生して重なり合った形になっており，全ての固有周波数に対応する音が発生することになる．そのうち， 最も低い音が基音（第1倍音）であり，それより高いものが上音（第2，3，...倍音）である．したがって，固有振動の特性は，そのまま倍音がどのように出るかに係わっており，音色を決定する重要な要因である．

No.8へ戻る

No.10へ進む

　目次へ戻る