楽器の構造原理

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楽器の構造原理
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新井喜美雄・村上和男 共著
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静岡学術出版
はじめに
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本書は、楽器に関心を持つ人に、その構造原理や機能について解説するものである。
第 I 部では、序章で現代の量産楽器の研究開発の進め方について概説する。続いて 1970
年代までに量産・普及が進んだ楽器について詳細に解説する。楽器の構造や原理を科学的に、
分かり易く理解できるように新井喜美雄が精魂込めて執筆した。
第 II 部では、その後 20 世紀末頃までに誕生した多機能の楽器の誕生の背景と進化につい
て解説し、再認識されるようになった和楽器と中国楽器についても詳細に解説する。その編
集は本書全体の監修とともに村上和男が自らの開発体験を盛り込んで執筆した。
全般を通して科学技術の基礎知識を持つ人に分かり易いように、やさしい楽器学として監
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修したものである。また楽器に関する技術資料集として、図面や数表を出来るだけ多く載せ、
特許や図書なども多く引用させて頂いた。ただし楽器音響についてはその構造原理や機能を
解説するのに必要な範囲に留め、音響現象の究明や評価や楽器音の享受などに関する内容は
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本書では割愛するので他書[1,2,3]を併読していただきたい。
本書が楽器の解説書として楽器に関心を持つ人たち、特に楽器演奏を志す人や楽器の研究
開発や楽器関係の仕事に携わる方の座右の書となることを期待する。楽器の分野で特許出願
をする場合の公知資料集としても有用であろう。
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最後に、本書はミュージックトレード誌に永年に渡って連載した記事をもとに纏めたもの
であり、編集出版することに賛同していただいた、（株）ミュージックトレード社の澤野優
氏に謝意を表する。
２００９年初秋の侯
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新井喜美雄
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村上和男
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目次
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まえがき ........................................................................ 3
はじめに ........................................................................ 7
第I部
やさしい楽器学
科学的に楽器を把握しよう ................................ 9
序章
楽器の設計・製作過程と音作り ....................................... 12
第１章
音と音楽と楽器 ..................................................... 18
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１．１
波動 ............................................................. 18
１．２
音波 ............................................................. 20
１．３
楽音 ............................................................. 22
１．４
音の調和 ......................................................... 24
１．５
聴覚 ............................................................. 28
１．６
楽器 ............................................................. 30
第２章
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弦楽器 ............................................................. 34
２．１
弦楽器と弦 ....................................................... 34
２．２
原理と性質 ....................................................... 36
２．３
ピアノ ........................................................... 42
２．４
バイオリン ....................................................... 54
２．５
ギター ........................................................... 68
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第３章
管楽器 ............................................................. 83
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３．１
管楽器について ................................................... 83
３．２
発音原理と性質 ................................................... 87
３．３
トランペット .................................................... 130
３．４
トロンボーン .................................................... 139
３．５
フルート ........................................................ 149
３．６
クラリネット .................................................... 162
３．７
サクソフォーン .................................................. 179
第４章
リード楽器 ........................................................ 193
４．１
リード楽器について .............................................. 193
４．２
リードの発音原理と構成 .......................................... 196
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４．３
ハーモニカ ..................................................... 200
４．４
アコーディオン ................................................. 209
４．５
リードオルガン ................................................. 217
第５章
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打楽器 ........................................................... 226
５．１
打楽器について ................................................. 226
５．２
打楽器の発音原理と性質 ......................................... 232
５．３
ティンパニ ..................................................... 239
５．４
ドラム ......................................................... 244
５．５
木琴・鉄琴 ..................................................... 252
５．６
シンバル ....................................................... 260
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第６章
６．１
電気楽器と電子楽器について ..................................... 266
６．２
電気楽器と電子楽器の原理と性質 ................................. 272
第 II 部
序章
電気楽器と電子楽器 ............................................... 266
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続やさしい楽器学
話題の楽器の誕生と進化 ............................ 291
楽器作りよもやま話
そしてピアノは静かになった ....................... 294
第１章
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消音楽器・減音楽器 ............................................... 298
１．１
消音楽器・減音楽器について ..................................... 298
１．２
消音ピアノの構造原理 ........................................... 303
１．３
減音型管楽器の構造原理 ......................................... 310
１．４
減音型擦弦楽器の構造原理 ....................................... 317
１．５
減音型ギターの構造原理 ......................................... 323
１．６
消音型電子ドラムの構造原理 ..................................... 330
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第２章
自動演奏楽器 ..................................................... 337
２．１
自動演奏楽器について ........................................... 337
２．２
自動演奏ピアノシステムについて ................................. 341
２．３
演奏情報の符号化と記録／再生 ................................... 347
２．４ 自動演奏ピアノの演奏情報検出について ........................... 355
２．５
ピアノ自動演奏の再生の仕組み ................................... 361
２．６
その他の楽器の自動演奏の原理 ................................... 370
第３章
デジタル楽器 ..................................................... 377
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３．１
デジタル楽器の誕生と進化 ........................................ 377
３．２ 電子ドラム､電子アコ－ディオン､電子ギターの進化 .................. 382
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３．３ 電子型ピアノ､電子ステージピアノ､電子パイプオルガンの誕生 ........ 389
３．４ 電子オルガン､電子ピアノ､シンセサイザーの進化 .................... 395
３．５
第４章
エンタテイメント楽器の誕生 ...................................... 402
和楽器と中国民族楽器 .............................................. 410
４．１
楽器の誕生と分類 ................................................ 410
４．２
箏と古箏 ........................................................ 415
４．３
三味線、琵琶と中国琵琶 .......................................... 421
４．４
胡弓と二胡 ...................................................... 427
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４．５
和楽器の篳篥と中国のスオナ ...................................... 433
４．６
和楽器の笙と中国笙 .............................................. 438
４．７
大正琴と揚琴 .................................................... 443
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あとがき ...................................................................... 448
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参考図書 ...................................................................... 450
用語解説 ...................................................................... 451
索引 .......................................................................... 453
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第２章
3-5
3-1
A
3-20
G
3-2
3-3
B
3-4
C
3-6
F
弦楽器
3-7
3-8
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B
D
E
3-9
3-10
3-11
3-3
C
J
3-19
3-18
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C
H
3-16
I
3-16
C
3-15
3-12
3-3
3-13
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3-14
3-11
A：フレーム B：チューニング・ピン C：ヒッチ・ピン D：針金押さえ
E: 高音用弦 F：中音用減 G：低音用弦 H：長駒 I ：短駒 J ：響板
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図Ⅰ.2.9 アップライトの張弦
２．３．４ 発音機構と性能
①
アクション・ハンマが弦を打つ点（打弦点）は、音質に著しい関係があり、ふつう低音
部は弦長1 8のところ、高音部では弦長1 16のところとされています。
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弦はアップライトでは図 I.2.9、グランドでは図 I.2.10 に示すように、低音用弦（長
いほうのもの）を中高音部用弦（短いほうのもの）の上に交差させて張弦されていますこ
れは 2 重交差式という方法で、1845 年にチッカーリングによって発明されたものです。
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ピアノを小型化し、かつ音響効果を良くするのにつごうがよいため、今日でも用いられて
いる方式です。
弦にはピアノ線という非常に引張りに強く硬く均質なものが使用され、最高音部の№88
けん（Ｃ）で最も径の細い約 0.8 ㎜のもの、最低音部の№1 けん（Ａ）で最も太い約 1.6
㎜となっています。しかしピアノによって少しずつ違っており、もっと太いものも細いも
のもあります。
また、低音用の弦には、ピアノ線の上に軟銅線を 2 重または 3 重に巻き付けた銅巻鋼線
も使用されています。
また、音量のバランスを保つため、中高音部には 1 音につき 3 弦を用い、低音部では 2
弦、最低音部では１弦だけしか設けないという方法をとっています。ですから、合計約
220 本の弦が必要とされています。
47
48
6-1
6-2
6-3 6-4 6-5 6-6
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E
6-7
6-8
B
C
A
6-9
6-10
D
E
6-11
B
6-12
6-13
6-14
6-15
6-43
6-14
6-42
C
6-41
6-16
6-17
6-38
6-37
6-36
F
6-18
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6-9
6-19
6-20
6-44
6-21
6-22
K
J
A
H
F
6-39
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C
6-7
6-8
F
6-40 L
B
MP
B
6-23
A：側板 B：フレーム C：ヒッチ・ピン D：駒ピン E: 短駒
F：長駒 G：高音用弦 H：中音用弦 I ：低音用弦 J ：チュー
ニング・ピン K： マグラフ L：響板
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D
J
6-35 6-34 6-32 6-30
6-28
6-266-25 6-24
6-29
6-27
6-33 6-31
図 I.2.10 グランドの張弦
G
A：弦 B：フレーム C：
チューニング・ピン D：
ヒッチ・ピン E: ピン
F：駒ピン G：駒 H：響板
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図 I.2.11 グランドの本体断面
② これらの弦は各々約 90kg ほどの力で張られていますから、全体で 220（本）×90（kg）
＝20000kg＝20 トンという大きな力になります。このため、ピアノの弦（A）は非常にが
んじょうな鉄製の枠（フレーム）（B）にチューニング・ピン（C）とヒッチ・ピン（D）と
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によって、しっかりと張設されています。その様子は図 I.2.11 に示されています。
このうち、ヒッチ・ピンはフレームに強固に打込まれているのですが、チューニング・
ピンはフレームを貫通してピン板（E）に打ち込み、強い回転力を与えれば、ゆっくり回
転できるようになっており、ここで弦の張力を変えることにより微妙な調律を行なうので
す。
このピン板は、経年変化によるチューニング・ピンのもどりを防いで、長く調律された
状態を保つ必要があるため、特殊な加工材を使用しています。
③ 弦の振動は、2 本の駒ピン（F）でねじるように曲げられて弦を係止した駒（G）を通じ
て響板（H）に伝わります。
駒は、弦の張力を保持し、かつ弦の振動を最も忠実に響板に伝達する重要な役目をする
ものですから、一般に良質のカエデ材やブナ材が用いられます。この駒は、響板にニカワ