弦楽器（音楽）

音楽において、弦は振動によって音を出す弦楽器の長く柔軟な構造物です。弦は張力をかけられて、自由に、しかし制御されて振動することができます。これは、弦を望ましい音程で振動させるためであり、緩い弦は低い音程を出し、張った弦は高い音程を出します。しかし、振動する弦自体はほとんど音を発しません。そのため、ほとんどの弦楽器には音を増幅するための響板が付いています。 ^[1]

弦には主に2種類あります。プレーン弦と巻き弦です。プレーン弦は、長い円筒形の素材の1本で、通常はナイロンまたはガットでできています。巻き弦は中心に芯があり、他の素材が弦の周りにしっかりと巻き付けられています。^[2]

第二次世界大戦以前は、多くの楽器（バイオリンやギターを含む）の弦は、動物の腸の精製された天然繊維から作られた一種のコードであるガットと呼ばれる素材で作られていました。しかし、20世紀半ばには、スチール弦とナイロン弦が弦の製造に好まれるようになりました。ガット弦は、その独特の音色のため、今日でも多くのミュージシャンに高く評価されています。 ^[3]巻き弦（特にスチール弦）の発明は、弦楽器技術における重要なステップでした。金属で巻かれた弦は、同じ太さのプレーンガット弦よりも低いピッチを生み出すことができるためです。これにより、より細い低音弦で弦楽器を作ることができました。

これにより、演奏者が直接爪弾いたり弓で弾いたりする弦楽器（コントラバスなど）では、楽器製作者は最低音の弦に細い弦を使用することができ、低音の弦の演奏が容易になりました。ピアノなど、演奏者が鍵盤を押して弦を叩く機構を備えた弦楽器では、これによりピアノ製作者は最低音のベース音を出すために短く太い弦を使用できるようになり、小さな部屋や練習室向けに設計された 小型のアップライトピアノを製作できるようになりました。

楽器のチューニング機構（弦の張力を強めたり緩めたりするために回転する楽器の部分）に取り付けられる弦の端は、通常プレーンです。楽器によって、弦のもう一方の固定端には、プレーン、ループ、またはボールエンド（短い真鍮の円筒）があり、チューニング機構の反対側の端で弦を取り付けます。ギターでボールまたはループを使用すると、弦がギターのブリッジに固定されたままになります。バイオリン族の楽器でボールまたはループを使用すると、弦の端がテールピースに固定されたままになります。フェンダーブレット弦は、シンクロナイズドトレモロシステムを備えたギターでより安定したチューニングを行うために、円筒が大きいです。楽器によっては、弦を保護するために端がシルクで巻かれている場合があります。シルクの色とパターンは、多くの場合、メーカー、サイズ、意図されたピッチなどの弦の属性を識別します。

ラウンドワウンド弦は最もシンプルで基本的な巻き弦で、丸いワイヤーを丸型または六角形の芯の周りにきつく螺旋状に巻き付けたものです。このような弦は通常、製造が簡単で、最も安価で、便利です。しかし、これらの利点にもかかわらず、いくつかの欠点があります。

• ラウンドワウンド弦は、表面が凸凹しており（巻き線の凸凹）、演奏者の指先に摩擦が生じます。これにより、特にギターアンプ付きのエレキギターや、PA システムで増幅されたアコースティックギターで使用すると、演奏者の指が弦の上を滑るときにキーキーという音が発生します。（ハードコアパンクやヘビーメタルミュージックのエレキギタリストなど、効果を出すために低音弦をピックでこするなど、この音を創造的に使用するアーティストもいます。）
• ラウンドワウンド弦は表面の摩擦が大きいため、滑らかなフラットワウンド弦に比べて指板やフレットの摩耗が早まる可能性があります。
• コアが丸い場合、巻線は固定されにくくなり、特に使用後に巻線が損傷した場合は、コアの周りを自由に回転する可能性があります。

  

フラットワウンド弦は、丸型または六角形の芯線を持ち、巻線ワイヤーは丸みを帯びた四角形の断面を持ち、きつく巻かれた状態では浅いプロファイル（断面）になります。これにより、演奏がより快適になり、フレットとフレットボードの摩耗が減少します（このため、フレットレス楽器によく使用されます）。指が弦に沿って滑ることによって生じるキーキー音も大幅に減少します。フラットワウンド弦は、汚れや油が溜まりやすい溝が小さいため、演奏寿命も長くなります。

一方、フラットワウンド弦はラウンドワウンド弦よりも音の明るさが劣り、ベンドしにくい傾向があるため、ビブラートがかかりやすい。フラットワウンド弦は、需要が少なく、生産量が少なく、諸経費が高いため、ラウンドワウンド弦よりも高価である。製造も難しく、巻き線の平らな面の正確な位置合わせを維持する必要がある（ラウンドワウンド弦の巻き線が多少回転することは許容される）。^{[4] [5]}

現代の弓弦は、滑らかな演奏を可能にし、弓毛の破損を減らすために、プレーン（通常は高音の細い弦）またはフラットワウンド弦です。ラウンドワウンドのフィドル弦にはニッチな市場があります。

ハーフラウンド（ハーフワウンド、グラウンドワウンド、プレッシャーワウンド弦とも呼ばれる）は、ラウンドワウンドとフラットワウンドの中間のような弦です。このような弦は通常、最初に丸線を丸芯または六角芯に巻き付け、次に研磨、研削（グラウンドワウンドという名前が由来）またはプレスして、実質的に平らになるようにして作られます。これにより、フラットワウンドのような平らで快適な演奏感が得られ、きしみ音も少なくなり、明るさはラウンドワウンドとフラットワウンドの中間になります。研磨工程により、巻き線の質量のほぼ半分が除去されるため、それを補うために、メーカーはより太いゲージの巻き線を使用します。製造工程が増えるため、通常はラウンドワウンドよりも高価ですが、フラットワウンドよりも安価です。

六角巻き弦は、基本的に丸巻き弦の六角形バージョンで、六角形の芯に六角形に巻かれた丸い巻線が付いています。この巻き方により、2 番目の問題が解決されます。つまり、巻線が芯の周りで固定されるため、回転したり指の下で滑り落ちたりすることがなくなり、芯と巻線が密接に結合するため音色が向上します。六角巻き弦の欠点は、比較的鋭い六角形の角が指に優しくなく、通常の丸巻き弦よりも指板とフレット線が早く摩耗することでしたが、この欠点は、角をわずかに丸くすることで指に優しくなり、指板とフレットを傷から保護することで解決されました。

巻弦に一般的に使用される芯線には 3 つのタイプ、つまり形状があります。

ヘックスコア弦は、六角形の芯線と密に巻かれた（通常は円形）巻き線で構成されています。ヘックスコア弦の設計により、丸芯弦で起こり得る巻き線が芯線から滑り落ちるのを防ぎます。これにより、丸芯弦に比べてチューニングの安定性、柔軟性が向上し、弦の破損が軽減されます。^[6]

ラウンド コア弦は、通常のラウンド コアとタイトな (通常はラウンド) 巻き線で構成されています。ラウンド コアは伝統的な「ビンテージ」製造方法で、巻き線と弦のコアの接触が大きくなります。

八角形コア弦 (Mapes 製) は、タイトな丸巻きの八角形コアを備えています。八角形コア弦のデザインは、丸形コア弦の柔軟性と六角形コア弦のチューニング安定性を 1 つに組み合わせたものです。

バイオリンやチェロなどの擦弦楽器の弦は、通常、ゲージではなく張力で表されます。フレット楽器 (ギター、バンジョーなど) の弦は、通常、ゲージ(弦の直径) で表されます。弦の音色は、重さに部分的に左右されるため、弦の直径 (ゲージ) によって決まります。通常、弦を張力で表さない弦メーカーは、弦の直径を 1000 分の 1インチ(0.001 インチ = 0.0254 mm) で表します。直径が大きいほど、弦は重くなります。重い弦は同じ音程でも張力が必要になり、結果として指板に押し付けるのがより難しくなります。フレット楽器を異なるゲージの弦に張り替える場合は、演奏のしやすさを維持したり、弦がフレットに当たってビビらないようにするために、フレット上の弦の高さ (「アクション」) を調整する必要がある場合があります。フレットレス楽器のアクションの高さも、弦のゲージや素材、および意図する演奏スタイルに合わせて調整されます。

6 弦ギター用のスチール弦は、通常、同じ弦のセットで販売されています。セットは通常、最初の弦のゲージ (例: 9) または最初と最後の弦のペア (例: 9–42) で参照されます。国でヤードポンド法が使用されているかどうかに関係なく、 1 インチの 1000 分の 1 単位の測定が事実上の標準です。製造元によっては、ゲージの順序が若干異なる場合があります。以下のサンプル データは、通常のラウンドワウンドのニッケルメッキ弦のD'Addario弦表から引用したものです。

弦のゲージは演奏者の好みによりますが、アコースティックギターはエレキギターよりも太いゲージの弦が張られるのが一般的です。増幅がないため音を遠くまで届ける必要があることが、その主な理由の1つです。^[7]

ベースギターの弦は特定のスケールの長さに合わせて作られることがあり、ショート、ミディアム、ロング、エクストラロング (スーパーロングと呼ばれることもある) スケールがあります。ほぼすべてのベースギターの弦は巻き弦です。一般的なベースギターの弦には、次のゲージがあります。

20 世紀以降、スチール弦や合成芯弦の出現により、擦弦楽器の弦メーカーの大半は、弦を直径ではなく張力で販売するようになりました。弦セットは通常、ヘビー、ミディアム、ライト(ドイツ語ではstark、mittel、weich ) の 3 つの張力レベルで製造されています。これらの張力レベルはメーカー間で標準化されておらず、特定の直径とも相関していません。あるブランドのミディアム弦の張力は、別のブランドのミディアム弦の張力とはまったく異なる場合があります。入手可能な歴史的記録に基づくと、1900 年以前はガット弦も同様の方法で販売されていました。

一方、金属巻きの現代のガット芯弦は、通常、安価なブランドではゲージなしで販売されているか、特定のゲージで販売されています。ドイツの Gustav Pirazzi 社は、20 世紀初頭に Pirazzi メーター (PM) 測定を導入しました。1 PM は 0.05 mm に相当します。たとえば、14 1/2 PM ゲージの弦の直径は 0.725 mm です。Pirazzi (現在は Pirastro として知られています) は、Oliv、Eudoxa、および Passione ブランドのプレミアム ガット芯弦を PM ゲージで販売し続けています。各弦は、5 種類以上の個別のゲージで提供されています。歴史的に知識のある演奏でよく使用される伝統的なプレーン ガット弦のメーカーは、ライト/ミディアム/ヘビー、PM、mm、またはそれらの組み合わせで製品を販売しています。

ほとんどの金属弦の芯は鋼鉄です。特定の鍵盤楽器 (例: ハープシコード) やゲール語のハープでは真鍮が使われています。絹やガットなどの天然素材、またはナイロンやケブラーなどの合成素材も弦の芯に使われています。(弦に使われる鋼鉄はミュージックワイヤと呼ばれ、硬化され焼き入れされています。) バイオリンの E 弦の中には、音質を向上させるために金メッキが施されているものもあります。

スチール弦または金属弦は、エレキギターやベースの弦の基盤となっています。ナイロン弦のギターに比べると、心地よい明るい音色です。金属の組成は多種多様で、メッキにさまざまな合金が使用されることもあります。金属弦の歴史の多くは、ピアノの革新を通じて発展してきました。実際、最初に使用された巻き金属弦はピアノで使用されました。しかし、優れた弾性特性を持つ超小径弦の開発に関しては、エレキギターが金属弦を次のレベルに引き上げ、ピックアップの使用に適応させました。

スチール弦は張力が高いため、合成弦を使用する「クラシック」ギターよりもスチール弦ギターの方が頑丈に作られています。ほとんどのジャズやフォークの弦楽器奏者は、反応が速く、コストが低く、チューニングが安定しているため、スチール弦を好みます。^[8]

ナイロン弦（通常は610または612）^{[9]は、伝統的に}クラシック音楽に使用され、よりまろやかな音色とレスポンスの良さをフォークで楽しむことができますが、他のスタイルの音楽でも使用されています（たとえば、ウィリー・ネルソンはナイロン弦のギターを使用しています）。ナイロン弦は、より柔らかく密度の低い素材で作られており、スチール弦よりも張力が低くなっています（約50％少ない）。つまり、現代のスチール弦の張力に耐えられない古いギターでも使用できます。

ナイロン弦は磁気ピックアップでは機能しません。磁気ピックアップでは、ピックアップの磁場と相互作用して信号を生成することができる 鉄弦が必要です。

現在、撚りナイロンはバイオリン、ビオラ、チェロ、コントラバスの弦の芯材として最もよく使われている素材の一つで、Perlonという商標名で販売されていることが多い。ナイロン製のギター弦は1947年にAlbert Augustine Stringsによって初めて開発された。^[10]

羊、牛、その他の動物の腸（猫腸とも呼ばれるが、猫がこの材料の原料として使われたことはなかった）は、音楽用の弦を作るために最初に使われた材料の一つである。^[11]実際、弦を意味する古代ギリシャ語「khordḗ」の本来の意味は「腸」である。

動物の腸は主にエラストマーで構成されているため、非常に柔軟です。しかし、吸湿性も非常に高いため、湿度の変化によってピッチが変動しやすくなります。演奏者の手の汗による湿気にさらされると、プレーン（巻きされていない）ガット弦が擦り切れ、最終的には切れてしまうことがあります。これは巻きガット弦の場合はそれほど問題にはなりません。巻きガット弦では、ガットの芯が金属の巻き線（および下層がある場合はその下層）によって汗との接触から保護されるため、はるかに長持ちします。とはいえ、このようなガット弦は古くなり、温度と湿度の周期的な変化に絶えず反応するため、芯が弱く脆くなり、最終的には切れてしまいます。さらに、すべてのガット弦は、大気中の湿度の変化によって調子が狂いやすくなります。

しかし、金属や合成芯材が導入された後でも、多くのミュージシャンはガット弦の方が優れた音色を提供すると信じ、依然としてガット弦を好んで使用しています。時代演奏運動に携わる演奏家は、作曲当時に聴衆が聞いていたであろう古典音楽、バロック音楽、ルネッサンス音楽の音を再現する努力の一環として、巻弦と巻弦以外のガット弦を使用しています。

撥弦楽器の演奏者にとって、ナイルガット弦はガット弦の代替として最近開発されたものです。特殊なナイロンから作られており、チューニングの問題がなくガット弦と同じ音響特性を提供すると言われています。

フッ素ポリマー弦は、クラシックギター、ハープ、ウクレレに使用できます。これはモノフィラメント釣り糸に使用されているのと同じ素材で、使用される代表的な化学物質はPVDFです。これらの弦は通常、フルオロカーボン、カーボンファイバー、カーボンなどの名称で取引されていますが、これは科学的には正しくありません。

カーボン素材と呼ばれる素材はナイロンよりも密度が高いため、ナイロン弦をより小径のカーボン弦に置き換えることができます。これにより、高音域のフレットの精度が向上し、結果として生じる振動挙動により、倍音が改善され、より鮮やかな音が得られます。特に、ナイロンのG弦の音が鈍すぎると感じるクラシックギタリストは、カーボンG弦を含む弦を使用することができます。^[12]

ポリエーテルエーテルケトンやポリブチレンテレフタレートなどの他のポリマーも使用されている。^{[13] [14]}

中国では、1950年代に金属やナイロンの弦に取って代わられるまで、伝統的な中国楽器に絹が広く使用されていました。古琴に使用される純粋な絹の弦のみが現在も生産されていますが、クラシックギターやウクレレには銀巻きの絹の弦がまだいくつかあります。古代の品質は非常に高く、あるブランドはその滑らかさと半透明の外観から「氷の弦」として賞賛されていました。^[15]

バイオリンやビオラなどの擦弦楽器では、アルミニウム、銀、クロム鋼が一般的な巻線ですが、アコースティック ギターの弦には通常青銅、ピアノの弦には通常銅が巻かれます。汗による腐食を防ぐために、アルミニウムがハイドロナリウムなどの耐性合金として使用されることもあります。クラシック ギターの弦は一般的にナイロンで、ベースには銀または青銅が巻かれています。エレキ ギターの弦には通常、ニッケルメッキ鋼が巻かれていますが、純ニッケルやステンレス鋼も使用されます。ベース ギターの弦には、ステンレス鋼またはニッケルが巻かれることが最も一般的です。楽器によっては、銅、金、銀、タングステンが使用されています。銀と金はより高価で、腐食に強く、アレルギーを起こしにくいという理由で使用されています。

一部の「歴史的に情報に通じた」弦は、「理髪店のポール」のような外観の金属のオープン巻きを使用しています。この方法は、質量を追加し、弦を薄くして張力を高めることで、太いゲージのガット弦の音響性能を向上させます。このようなオープン巻き弦のサンプルは、18 世紀初頭のアントニオ ストラディバリの工芸品コレクションに見ることができます。「シルク アンド スチール」ギター弦は、巻き線の下にシルクのフィラメントがあるスチール弦を巻き直したものです。

リン青銅は、1970 年代初頭にD'Addarioによって導入されました。リン青銅は、他の弦よりも「新品」の音を長く保つと言われています。青銅の混合物には、少量のリンと亜鉛が加えられています。これにより、リン青銅は 80/20 青銅よりもわずかに耐腐食性が高くなります。

80/20 ブロンズ弦は、80 パーセントの銅と 20 パーセントの亜鉛で構成されています。^[16]亜鉛は、より明るい音色と硬度を与え、経年劣化を遅らせます。弦にコーティングを追加すると、さらに長持ちします。ただし、コーティングが適切に行われていない場合、弦は数時間で音色を失い、湿度の高い場所に放置すると銅のせいで緑色に変色し、時間の経過とともに腐食します。「80/20 ブロンズ」という名前は誤った呼び方です。ブロンズは定義上、銅とスズの合金です。「80/20 ブロンズ」弦は、より正確には真鍮と呼ばれます。^[17]

アコースティック プレイヤーの中には、エレキ ギター用にニッケル メッキ鋼で巻かれた弦を使用する人もいます。ニッケル メッキ弦の特性により、サウンド ホールに磁気ピックアップが取り付けられたフラットトップ ギターに適しています。

^[18] すべての金属弦は酸化と腐食の影響を受けやすい。巻き弦は一般に真鍮や青銅などの金属を巻き線に使用している。これら2つの金属は腐食に対して非常に弱い。演奏者の皮膚の皮脂腺は酸性の油を生成する。演奏者の指から出る油、塩分、水分が最大の腐食源となる。油と空気中の酸素の組成も弦の酸化と腐食を助長する。スチール弦では酸素がスチール中の鉄と反応して錆びる。その結果、弦は時間とともに輝きを失っていく。^{[19] [20]}酸化のもう一つの副産物である水は、油の酸腐食の可能性を高める。青銅製のアコースティック弦などの巻き弦は、耐腐食性がないため、新鮮な音色を保つのが非常に難しい。腐食の問題を解決するために、弦は金属メッキまたはポリマーコーティングされている。ポリマーコーティングは、指のきしみ音やフレットの摩耗を軽減し、チューニング能力を向上させると言われています。一部の企業は、酸化プロセスを遅らせ、弦の寿命を延ばす潤滑油を販売しています。これらの特別な潤滑油は、空気に対するバリアとして弦に塗布され、酸化プロセスを遅らせます。

弦によく使われる金属メッキの種類には、スズ、ニッケル、金、銀などがあります。金や銀などの金属は、弦に異なる音色を与えます。ポリマーでコーティングされた弦の中では、テフロン（ポリテトラフルオロエチレン）が最も一般的に使用されています。テフロンは、塩素、酢酸、硫酸、塩酸などの多くの腐食剤に耐性があります。顕微鏡レベルでは、テフロンは非常に密に詰まったポリマー鎖を持っており、これらの密に詰まった鎖は滑りやすい表面を作り出し、演奏者の手の油が弦に付かないようにするだけでなく、演奏も滑らかにします。^[21] エチレンテトラフルオロエチレン（ETFE）は、弦のコーティングに時々使用される別のポリマーです。摩耗や切断に強く、テフロンに似た多くの特性を持っています。^[22]

ギターやベースの弦を再生させるために、煮沸するミュージシャンもいる。沸騰したお湯の高温は、演奏者の手についた油、塩分、汚れを弦から取り除くのに役立つ。弦を弾くと、フレットの摩耗でできた非常に小さな金属片が剥がれて弦の巻き線の間に挟まることがある。弦を加熱すると、これらの粒子が膨張して巻き線から離れる可能性がある。水道水中のミネラル沈殿物が弦の芯の腐食を促進すると考え、脱イオン水で弦を煮沸する演奏者もいる。煮沸後、合金の品質によっては、弦の弾力性が低下し、もろくなることがある。食器洗い機で弦を洗うのも効果があることが知られている。^[23]

弦は複雑な倍音パターンで振動します。演奏者が弦を動かすたびに、倍音列に基づいて特定の周波数セットが共鳴します。基本周波数は最も低く、弦の密度、長さ、張力によって決まります。これが弦のピッチとして識別される周波数です。その周波数を超えると、倍音（または倍音）が聞こえ、それぞれが高くなるにつれて小さくなります。たとえば、基本ピッチが 440 Hz（中央の Cより上のA）の場合、そのピッチに調整された理想的な弦の倍音は 880 Hz、1320 Hz、1760 Hz、2200 Hz などです。これらのピッチの音名は、A、A、E、A、C ♯などになります。ただし、弦の物理的性質により、倍音が高くなるほど、基本音とのチューニングがずれます（または「間違っている」）。これは、鍵盤の上の方に行くほど倍音がより調和するようにピアノ全体の調律を 拡張しようとするピアノ調律師にとって重要な考慮事項です。

共鳴振動と呼ばれる現象では、弦が自ら振動しているように見えます。これは、弦の基本音程またはその倍音の 1 つに近い周波数で音波が弦に当たったときに起こります。外部から弦の固有周波数に一致する強制振動を加えると、弦は振動します。

共鳴はオーディオフィードバックを引き起こす可能性があります。たとえば、アコースティックギターと PA システムを組み合わせたセットアップでは、スピーカーがギターの弦と同じ固有振動数で振動し、ギターを振動させることができます。オーディオフィードバックは、 PA システムに接続されたアコースティックギターでは大きなハウリング音を引き起こすため、望ましくない現象と見なされることがよくあります。ただし、エレキギターの場合、ヘビーメタルやサイケデリックロックの一部のギタリストは、エレキギターを強力で大音量のギターアンプのスピーカーキャビネットに近づけて歪みを大きくし、独特の高音で持続するサウンドを作成することで、意図的にフィードバックを発生させます。ジミヘンドリックスとブライアンメイは、エレキギターのフィードバックの著名な使用者でした。

一般的な高Eナイロン弦の場合、最大横力は最大縦力振幅の約40倍です。しかし、縦力はパルス振幅の2乗で増加するため、振幅が増加すると差は小さくなります。スチールの弾性率（ヤング率）はナイロンの約40倍で、弦の張力は約50％大きいため、縦力と横力の振幅はほぼ等しくなります。^[24]

ギターなどの弦楽器を音程に合わせると、弦に大きなひずみがかかり、弦内部の応力の大きさを示します。応力は弦の伸びや伸長に比例します。弦を高い音程に合わせると、弦は長く細くなります。楽器が弾性限界を超えて伸びると、元の張力に戻らないため、チューニングが狂うことがあります。応力対ひずみ曲線には、応力とひずみが関係する線形領域があり、これをヤング率と呼びます。新しい弦は、応力対ひずみ曲線上でヤング率を超えた塑性領域と呼ばれる領域にあることがよくあります。塑性領域では、塑性変形が発生します。つまり、材料が回復できない変形です。したがって、塑性領域では、関係は線形ではありません (ヤング率は一定ではなくなります)。弾性領域は、弾性変形が発生している領域、つまり弦が回復できる変形が発生する領域です。線形 (つまり弾性) 領域は、ミュージシャンが楽器を演奏したい領域です。^[25]

• バイオリンの構造と仕組み
• 電子チューナー
• 調和振動子

ウィキメディア・コモンズには、弦楽器 (音楽)に関連するメディアがあります。

• ギターの弦の違いを説明するビデオ 2013-09-16 にWayback Machineでアーカイブされました
• 絹の模様で弦を識別する
• 両端が固定された弦の振動 Archived 2005-12-19 at the Wayback Machine
• 19世紀からナイロンの出現までのギター弦
• 弦の計算; 弦の測定; 単位長さあたりの質量
• 弦の張力 – 弦の張力に関する技術情報、張力計算機付き