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管楽器は、共鳴器（通常は管）を備えた楽器で、共鳴器の端または端近くに設置されたマウスピースに（またはマウスピースの上から）息を吹き込むことで、空気柱が振動します。振動のピッチは、管の長さと、振動する空気柱の有効長さを手動で変更することで決まります。一部の管楽器の場合、リードを通して息を吹き込むことで音が出ます。他の管楽器では、金属製のマウスピースにブザー音を吹き込む必要があります。また、他の管楽器では、端の穴に息を吹き込むことで空気柱が分割され、音が出ます。
さまざまな音符を取得する方法
- パンフルートのように、異なる音色を出すために異なる空気柱を使用します。これらの楽器は一度に複数の音を演奏できます。
- 振動する空気柱の長さを変えるには、バルブ（ロータリーバルブ、ピストンバルブを参照）をかみ合わせて管の長さを変え、空気を追加の管に通します。これにより管全体の長さが長くなり、基本音程が下がります。この方法は、ほぼすべての金管楽器で使用されています。
- スライド機構を使用して管を長くしたり短くしたりすることで、振動する空気柱の長さを変更します。この方法は、トロンボーンやスライドホイッスルで使用されます。
- 管の側面にある穴を開けたり閉じたりすることで、振動の周波数を変えます。これは、指で穴を塞いだり、キーを押して穴を閉じることで行うことができます。この方法は、ほぼすべての木管楽器で使用されています。
- 空気柱の長さを変えずに、空気柱をさまざまな倍音で振動させる (ナチュラルホルンと倍音列を参照)。
ほとんどすべての管楽器は、音域を拡張するために、最後の方法を他の方法と組み合わせて使用します。
種類
管楽器は一般的に2つのグループに分類されます: [1]
木管楽器はもともと木で作られており、金管楽器も真鍮で作られていましたが、楽器は材料ではなく、音の出し方に基づいて分類されます。たとえば、サクソフォーンは一般的に真鍮で作られていますが、振動するリードで音を出すので木管楽器です。一方、ディジュリドゥ、木製のコルネット（コルネットと混同しないように）、サーペントはすべて木製（またはプラスチックの場合もあります）で作られ、オリファントは象牙で作られていますが、振動は演奏者の唇によって開始されるため、これらはすべて金管楽器のファミリーに属します。
- 金管楽器では、演奏者の唇自体が振動し、楽器内の空気が振動します。
- 木管楽器の場合、演奏者は次のいずれかを行います。
ホルンボステル・ザックスの楽器分類法では、管楽器は気楽器に分類されます。
音響生成の物理学
すべての管楽器の音の生成は、共鳴室 (共鳴器)に取り付けられた流量制御バルブへの空気の流入によって決まります。共鳴器は通常、遠端が開いている長い円筒形または円錐形の管です。バルブからの高圧パルスは、音速で管を伝わります。開いた端から低圧の戻りパルスとして反射されます。適切な条件下では、バルブはパルスを反射してエネルギーを増大させ、管内に 定在波が形成されます。
クラリネットやオーボエなどのリード楽器は、マウスピースに柔軟なリードが付いており、圧力制御バルブを形成しています。チャンバー内の圧力が上昇すると、リード全体の圧力差が減少し、リードがより開き、空気の流れが増加します。[2] [3]空気の流れが増加すると、内部圧力がさらに上昇するため、マウスピースに到達した高圧パルスは、より高い圧力パルスとして反射してチューブを下ります。チューブ内の定在波は、1/4波長の奇数倍になり、[4]マウスピースに圧力の腹、開放端に圧力の節があります。リードは、共鳴器によって決定される速度で振動します。
リップリード（金管楽器）では、演奏者は唇の張力をコントロールし、唇を流れる空気の影響を受けて唇が振動するようにします。[5] [6]低圧パルスがマウスピースに到達したときに唇が最も閉じられ、空気の流れが最も少なくなるように振動を調整し、低圧パルスを管に反射させます。管内の定在波は1/4波長の奇数倍になり、マウスピースに圧力の腹、開放端に 圧力の節があります。
エアリード楽器（フルートとフィップルフルート）では、パイプの開口部（マウス）を流れる薄い空気のシート（平面ジェット）が鋭いエッジ（ラビウム）と相互作用して音を生成します。[7]ジェットは、演奏者が細いスリット（フリュー）を吹き込むことで生成されます。リコーダーとフリューオルガンのパイプの場合、このスリットは楽器メーカーによって製造され、固定された形状になっています。横笛やパンフルートでは、スリットは演奏者の唇の間に形成されます。
パイプの音響振動により、パイプ内の空気は交互に圧縮および膨張します。[8]これにより、パイプの口からパイプに出入りする空気の流れが交互に発生します。この横方向の音響流と平面空気ジェットの相互作用により、煙道出口（ジェットの起源）でジェットの速度プロファイルの局所的な摂動が誘発されます。この摂動は、流体がラビウムに向かって移動するにつれて、ジェットの固有の不安定性によって大きく増幅されます。その結果、ラビウムでジェットの全体的な横方向の動きが発生します。
煙の柱を見ると、その固有の不安定性によるジェットの乱れの増幅が観察できます。煙草を持つ手のわずかな振幅の動きによって、煙の振動が上方への距離とともに増大し、最終的には無秩序な動き (乱流) になります。同じジェットの振動は、室内の穏やかな空気の流れによっても引き起こされ、もう一方の手で振って確認することができます。
ラビウムの周りのジェットの振動は、ラビウム上の気流の変動力をもたらします。ニュートンの第 3 法則に従い、ラビウムは流れに対して反対の反作用力を及ぼします。この反作用力がパイプの音響振動を引き起こす音源であることが実証されています。
このタイプの音源の性質の定量的な実証は、パイプのない状態で平面ジェットが鋭いエッジと相互作用する研究でアラン・パウエル[9]によって提供されました(いわゆるエッジトーン)。エッジトーンから放射される音は、鋭いエッジ (ラビウム) 上のジェット流によって誘発される不安定な力の測定から予測できます。物体の周りの流れの不安定な力に対する壁の反応による音の生成は、空気の流れに対して垂直に配置された円筒の風音 (シンギングワイヤー現象) も生成します。これらすべての場合 (フルート、エッジトーン、風音...)、音の生成には壁の振動は含まれません。したがって、フルートの材質は音の生成原理とは関係ありません。金のフルートと銀のフルートの間に本質的な違いはありません。[10]
フルートの音の生成は、パイプが音響スイング（質量バネシステム、共振器）として機能し、管の長さによって決まる固有周波数で優先的に振動する集中要素モデルで説明できます。ジェットの不安定性は、煙道出口の安定したジェット流からラビウム周辺の振動流にエネルギーを伝達する増幅器として機能します。パイプはジェットとともにフィードバック ループを形成します。これらの 2 つの要素は、煙道出口とラビウムで結合されています。煙道出口では、パイプの横方向の音響流がジェットを乱します。ラビウムでは、ジェットの振動によって音波が生成され、パイプの振動が維持されます。
パイプ内の音響流は、定常振動の場合、定在波として記述できます。これらの波は、開口部に圧力節を持ち、反対側の開口端にも圧力節を持ちます。このような開口管内の定在波は、半波長の倍数になります。[4]
大まかに言えば、約 40 cm のチューブでは、次の点付近で共鳴が発生します。
- リード楽器またはリップリード楽器の場合: 220 Hz (A3)、660 Hz (E5)、1100 Hz (C#6)。
- エアリード楽器の場合: 440 Hz (A4)、880 Hz (A5)、1320 Hz (E6)。
しかし、実際には、管楽器から音楽的に有用な音色の範囲を得るには、慎重な楽器の設計と演奏技術に大きく依存します。
振動モードの周波数は、空気中の音速に依存し、空気の密度によって変化します。温度の変化、そして湿度の変化も、空気の密度、ひいては音速に影響を与え、したがって管楽器のチューニングに影響します。管楽器、さらには金管楽器の熱膨張の影響は、空気に対する熱の影響に比べればごくわずかです。
ベル
管楽器のベルは、マウスピースの反対側にある丸く広がった開口部です。クラリネット、サクソフォン、オーボエ、ホルン、トランペットなど、多くの種類の楽器に使用されています。金管楽器では、ボアから外気への音響的結合はすべての音に対してベルで発生し、ベルの形状がこの結合を最適化します。また、楽器の共鳴を変える上で大きな役割を果たします。 [11]木管楽器では、ほとんどの音が最上部の開いた音孔から放出されます。各音域の最低音のみがベルで完全にまたは部分的に放出され、この場合のベルの機能は、これらの音と他の音の間の音色の一貫性を向上させることです。
呼吸圧
一部の管楽器、特に息圧抵抗が高い楽器を演奏すると眼圧が上昇し、緑内障が健康リスクにつながる可能性がある。2011年に金管楽器と木管楽器に焦点を当てたある研究では、「一時的で時には劇的な眼圧の上昇と変動」が観察された。 [12]別の研究では、眼圧上昇の程度は楽器に関連する口腔内抵抗と相関し、抵抗の高い管楽器を演奏することで断続的に眼圧が上昇すると視野欠損の発生率につながることがわかった。[13]ネイティブアメリカンのフルートなど、さまざまな民族の管楽器に伴う口腔内圧の範囲は、西洋の古典的な管楽器よりも一般的に低いことが示されている。[14]
参照
参考文献
- ^ ベインズ、アンソニー(1961)。『時代を超えた楽器』ハーモンズワース：ペリカン。
- ^ ベナデ、アーサーH.（1990）。音楽音響学の基礎。ニューヨーク：ドーバー。p.491。
- ^ Wolfe, Joe. 「クラリネット音響学入門」ニューサウスウェールズ大学。 2010年12月12日閲覧。
- ^ ab Wolfe, Joe. 「Open vs. Closed Pipes」ニューサウスウェールズ大学。 2010年12月12日閲覧。
- ^ ベナデ、アーサーH.（1990）。音楽音響学の基礎。p.391。
- ^ Wolfe, Joe. 「金管楽器（リップリード）の音響学：入門」ニューサウスウェールズ大学。 2010年12月12日閲覧。
- ^ Fabre, Benoit; Gilbert, Joel; Hirschberg, Avraham; Pelorson, Xavier (2012). 「楽器の空力音響学」(PDF) . Annual Review of Fluid Mechanics . 44 (1): 1–25. Bibcode :2012AnRFM..44....1F. doi :10.1146/annurev-fluid-120710-101031. S2CID 55500335.
- ^ Wolfe, Joe. 「フルート音響学入門」ニューサウスウェールズ大学。 2010年12月12日閲覧。
- ^ パウエル、アラン(1961)。「エッジトーンについて」アメリカ音響学会誌。33 (4): 395–409。Bibcode : 1961ASAJ ...33..395P。doi : 10.1121/1.1908677。
- ^ Coltman, John W. (1971). 「フルートの音質に対する材質の影響」アメリカ音響学会誌49 ( 2B): 520–523. Bibcode :1971ASAJ...49..520C. doi :10.1121/1.1912381.
- ^ 「トランペットで音のハーモニックシーケンスを生成する」hyperphysics.phy-astr.gsu.edu。
- ^ Gunnar Schmidtmann、Susanne Jahnke、Egbert J. Seidel、Wolfgang Sickenberger、Hans-Jürgen Grein (2011)。「一般的な演奏条件下におけるプロの金管楽器奏者と木管楽器奏者の眼圧変動」。Graefe 's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology。249 (6): 895–901。doi : 10.1007 /s00417-010-1600-x。hdl : 10026.1 / 10195。PMID 21234587。S2CID 21452109 。
- ^ JS Schuman; EC Massicotte; S. Connolly; E. Hertzmark; B. Mukherji; MZ Kunen (2000 年 1 月)。「高抵抗管楽器演奏者の眼圧上昇と視野欠損」。眼科学。107 (1): 127–133。doi :10.1016/ s0161-6420 (99)00015-9。PMID 10647731 。
- ^ Clinton F. Goss ( 2013 年 8 月)。「民族楽器の管楽器における口腔内圧」。民族楽器の管楽器における口腔内圧( PDF )。Flutopedia。arXiv : 1308.5214。Bibcode : 2013arXiv1308.5214G。2013年8月 22 日閲覧。 代替URL
さらに読む
- 管楽器の概要 CD は、「Microsoft Musical Instruments」(現在は製造中止ですが、Amazon で入手できる場合があります) と「Tuneful Tubes?」 ( http://sites.google.com/site/tunefultubes ) です。
- ロビンソン、トレバー（1980年）。アマチュア管楽器製作者（改訂版）。マサチューセッツ州アマースト：マサチューセッツ大学出版局。ISBN 9780870233128。バロックフルートやクラリネット、ショーム、クルムホルン、トランペット、ラケットなど、人気の高い歴史的な管楽器を自宅で製作するための完全なマニュアルです。
外部リンク
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