JP5712617B2 - 管楽器 - Google Patents
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図1は、実施形態における管楽器1の構成を説明する図である。管楽器1は、一般的なトランペットのベルを有するベル管の部分が分岐管100により置き換えられた構造をしている。そのため、管楽器1は、一般的なトランペットに備えられている音高調整部41、マウスピース51を有する。音高調整部41は、操作されることにより迂回管への経由の有無を変化させて管楽器1における管長を変化させるピストンバルブおよび迂回管を有する。音高調整部41は、管楽器1において共鳴する気柱の長さを調整する。また、演奏者によってマウスピース51から吹き込まれる息は、矢印Fに示すように、分岐管100の内部空間を流れる。以下に説明する各図において矢印Fは、演奏者によって吹き込まれた息が分岐管100の内部空間を流れる方向を示すものとする。なお、マウスピース51から吹き込まれる息は、演奏者によるものに限らず、機械的に吹き込まれた気体であってもよい。
第1副管部21および第2副管部22は、それぞれ主管部10と内部空間が連結されている。第1副管部21の内部空間が主管部10の内部空間に連結されている位置は、第2副管部22の内部空間が主管部10の内部空間に連結されている位置より上流側である。
なお、分岐管100は、主管部10の上流側端部15Uにおいて、管楽器1を構成する分岐管100以外の管体と分離可能に構成されていてもよい。また、一体に構成されていてもよい。
以上、本発明の実施形態およびその実施例について説明したが、本発明は以下のように、さまざまな態様で実施可能である。
上述した実施形態においては、連結部分P1は、連結部分P2より上流側であったが、主管部10の開口端部から管軸方向に沿った距離が概ね一致した位置に設けられていてもよい。
上述した実施形態においては、主管部10に連結される管体は、第1副管部21および第2副管部22の2つの管体であり、3つの管体から分岐管100が構成されていたが、さらに多くの管体が連結されてもよい。3つの管体が主管部10bに連結され、4つの管体から分岐管100bが構成されている例を図5に示す。
また、変形例2における構成を変形例1に示す例のようにして、3つ以上の連結部分が管10bの開口端部から管軸方向に沿った距離が同じ位置に設けられていてもよい。この場合の構成について図6を用いて説明する。
上述した実施形態においては、主管部10に第1副管部21および第2副管部22が連結され、連結部分P1、P2が主管部10の側面に設けられていたが、2つの連結部分P1、P2が別々の管体の側面に設けられていてもよい。
上述した実施形態においては、第1副管部21及び第2副管部22は真っ直ぐなストレート管であったが、曲がったストレート管であってもよい。
上述した変形例3においては、第1副管部21dに流入した演奏者の息は、第1副管部21dを流れる方向はそのままに、第1副副管部31dへ分岐した息の流れる方向だけが変わっていたが、分岐した双方の息の流れる方向が変わるようにしてもよい。
上述した実施形態においては、第1副管部21の内部空間は、主管部10とは独立した管体により構成されていたが、主管部10の一部とともに構成されていてもよい。
なお、第2副管部22gについても、第1副管部21gと同様に構成してもよい。
上述した変形例3においては、第1副管部21gが主管部10gの周囲を覆うように構成されていてもよい。
なお、支柱10h3とともに、または支柱10h3に代えて、第1主管部10h1と第2主管部10h2とを接続する支柱を有していてもよい。
上述した変形例5における第1副管部21fおよび第1副副管部31fを、変形例7に示すように主管部を覆うように構成してもよい。
なお、第1副管部21kと第1副副管部31kとが連結された管体と主管部10kとは、変形例7における図13に説明したように、支柱により接続されている。
上述した実施形態においては、主管部10の側面に他の管体の連結部分P1、P2が設けられていたが、主管部10の内部空間に連結部分が設けられるようにしてもよい。
この場合、主管部10mに流入する演奏者の息は、連結部分P1において分岐して第1副管部21mと第2主管部10m2との間に形成される空間に流入する。なお、第1副管部21mと第2主管部10m2とは、変形例7における図13に説明したように、支柱により接続されている。
上述した実施形態においては、第1副管部21および第2副管部22は、ストレート管であったが、テーパ管であってもよいし、ベル形状のように一定の曲率を有した管体であってもよいし、その他の形状の管体であってもよい。また、ストレート管とテーパ管などを組み合わせた管体であってもよいし、他の形状の管体であってもよい。第1副管部21および第2副管部22がテーパ管である場合について、図16を用いて説明する。
この例においては、第1副管部21nは順テーパ管、第2副管部22nは逆テーパ管であったが、これらは逆の関係であってもよいし、それぞれが順テーパ管であってもよいし、逆テーパ管であってもよい。また、テーパ管の傾斜の程度を示すテーパ率がそれぞれの管体で異なっていてもよい。
上述した実施形態においては、管楽器1は、トランペットのベル管部分を分岐管100に置き換えた構成であったが、トランペット以外の管楽器にも適用できる。例えば、トロンボーンにおけるベル管部分を分岐管に置き換えることができる。
上述した実施形態においては、音高調整部41は、金管楽器であるトランペットのピストンバルブおよび迂回管により構成されていたが、木管楽器であるフルート、サックスなどに設けられている音孔(トーンホール)により構成されてもよい。
音孔th1、th2、・・・th6は、連結部分P1、P2の下流側に設けられていたが、別の場所に設けられていてもよい。
上述した実施形態においては、音高調整部41は、第1副管部21の端部251L、および第2副管部22の端部252Lが開口した状態で、特定の音階を構成する各音高で発音するように構成されていた。音高調整部41は、第1副管部21の管体の一部分に開口している部分があれば、端部251Lが開口せず管体の一部分が開口した状態で、特定の音階を構成する各音高で発音するように構成されていてもよい。
上述した実施形態においては、第1副管部21および第2副管部22は、管長は変化しなかったが、管長が変化するように構成されてもよい。
なお、スライド管で管長を変化させるだけでなく、迂回管と、ピストンバルブまたはロータリーバルブなどのバルブとを用いた構成により管長を変化させてもよい。また、音孔のような開口部を設けて開口部を塞ぐか塞がないかにより管長を変化させてもよい。
これらの構成を主管部10sに適用してもよい。主管部10sに適用した場合には、単に管長を伸ばすだけでなく、第1副管部21sと第2副管部22sとの距離を変化させることもできる。
上述した実施形態においては、主管部10の断面積は、連結部分P1の上流側と下流側とで断面積が変化していなかったが、変化してもよい。この場合、変形例9に示す場合の他、連結部分P1の上流側における主管部の外周と、下流側における主管部と第1副管部とをあわせた外周とが概ね一致した形状になるように構成されていてもよい。この場合、主管部10の内部空間の断面積が、連結部分P1の上流側と下流側とで異なっている。この場合の例について、図21、図22を用いて説明する。
上述した実施形態においては、各管体の断面形状は円形であったが、楕円、多角形など他の形状であってもよい。また、管体の断面形状が管軸方向の位置により異なっていてもよい。なお、管体の断面積が管軸方向に沿って連続的にまたは不連続的に変化するものであってもよい。
上述した実施形態においては、管楽器1における分岐管100は、音高調整部41よりもマウスピース51とは反対側の下流側に設けられていたが、音高調整部41とマウスピース51との間に設けられる構成であってもよい。また、分岐管100は、連結部分P1を有する第1分岐管と連結部分P2を有する第2分岐管とに分離した構成として、第1分岐管が音高調整部41とマウスピース51との間に設けられ、第2分岐管が音高調整部41の下流側に設けられていてもよい。
上述した実施形態において、分岐管100を構成する各管体は、それぞれ分離可能に構成されていてもよい。また、各管体がさらに複数の管体に分離可能な構成になっていてもよい。例えば、主管部10は、第1副管部21および第2副管部22と分離可能に構成されていてもよいし、主管部10が複数の管体に分離可能に構成されていてもよい。分離可能に構成されることにより、管体の収納が容易になる。
上述した実施形態または各変形例においては、各管体の管軸方向は、互いに垂直、または概ね平行の関係であったが、互いの管体の管軸のなす角は0度、90度以外であってもよい。例えば、主管部10の管軸方向に対して第1副管部21の管軸方向が斜め方向に伸びていてもよい。
続いて、テーパ管を含む分岐管と、この分岐管を再現するストレート管のみから構成される分岐管との関係について、4つの例を挙げて説明する。なお、以下に説明する各図においては、対応関係がわかりやすくなるように、各管体の内壁のみを示した模式図により説明する。
図23(a)は、テーパ管である主管部10Uとストレート管である第1副管部21Uにより構成される分岐管100Uであり、図23(b)は、図23(a)に示す分岐管100Uを再現するストレート管の主管部10u、第1副管部21uおよび第2副管部22uから構成される分岐管100uである。各部の寸法については、図23に示すとおりである。具体的には、L1は、主管部10U、10uの管長(分岐部分から下流側端部までの長さ)、φin1は、主管部10U、10uの分岐部分の内径、φin2は、第1副管部21Uの分岐部分の内径、第1副管部21uの内径、Lsub1は、第2副管部22uの管長、φsub1は、第2副管部22uの内径である。また、r1は、主管部10Uのテーパ形状の広がり中心から分岐部分までの長さである。
Y = S/jρckr1 + S/jρctan(kL1) ・・・(1)
但し、ρは媒質密度(kg/m3)、cは音速(m/sec)、kは波数(rad/m)であり、音の波長をλ(m)とした場合、k=2π/λとなる。また、Sは円錐管の初期面積であり、以下の式(2)となる。
S=π・(φin1/2)2 ・・・(2)
Yの第1項目Yr1=S/jρckr1の分母分子にH1を掛けたものを考えると、H1が小さい場合には、以下の式(3)に近似可能である。
Yr1=H1・S/jρckH1・r1
≒H1・S/jρctan(kH1・r1)・・・(3)
これは、断面積H1S、長さH1・r1のストレート管のアドミタンスとなる。Yの第2項目YL1は断面積S、長さL1のストレート管のアドミタンスとなる。
よって、主管部10Uのような円錐管は、アドミタンスYr1に相当するストレート管と、アドミタンスYL1に相当するストレート管の並列となる分岐接続で近似実現が可能である。ここで、H1が小さいほど概して円錐を精度良く近似できることから、H1を円錐近似係数と呼ぶ。
H1S=π・(φsub1/2)2 ・・・(4)
これと式(2)より、円錐近似係数H1は以下の式(5)で計算される。
H1=(φsub1/φin1)2>0 ・・・(5)
この場合、Lsub1とφsub1との関係は以下の式(6)で表される。
Lsub1=H1・r1=(φsub1/φin1)2・r1 ・・・(6)
そのため、分岐管100Uを再現する分岐管100uの第2副管部22uは、内径が大きければ、管長も長くなるという関係を有する。
図24(a)は、ストレート管である主管部10Vとテーパ管である第1副管部21Vにより構成される分岐管100Vであり、図24(b)は、図24(a)に示す分岐管100Vを再現するストレート管の主管部10v、第1副管部21vおよび第2副管部22vから構成される分岐管100vである。各部の寸法については、図24に示すとおりである。具体的には、L2は、第1副管部21V、21vの管長、φin1は、主管部10V、10vの分岐部分の内径、φin2は、第1副管部21Vの分岐部分の内径、第1副管部21vの内径、Lsub2は、第2副管部22vの管長、φsub2は、第2副管部22vの内径である。また、r2は、第1副管部21Vのテーパ形状の広がり中心から分岐部分までの長さである。
Lsub2=(φsub2/φin2)2・r2 ・・・(7)
ここで、円錐近似係数H2=(φsub2/φin2)2>0である。
そのため、分岐管100Vを再現する分岐管100vの第2副管部22vは、内径が大きければ、管長も長くなるという関係を有する。ここで、円錐近似係数H2が小さいほど、概して円錐近似度が高いものとなる。
図25(a)は、テーパ管である主管部10Wおよび第1副管部21Wにより構成される分岐管100Wであり、図25(b)は、図25(a)に示す分岐管100Wを再現するストレート管の主管部10w、第1副管部21w、第2副管部22wおよび第3副管部23wから構成される分岐管100wである。図25(c)は、分岐管100Wを主管部10wの管軸方向に沿ってみた場合の各副管部の位置関係を示す図である。各部の寸法については、図25に示すとおりである。具体的には、L1は、主管部10W、10wの管長、L2は、第1副管部21W、21wの管長、φin1は、主管部10W、10wの分岐部分の内径、φin2は、第1副管部21Wの分岐部分の内径、第1副管部21wの内径、Lsub1は、第2副管部22wの管長、φsub1は、第2副管部22wの内径、Lsub2は、第3副管部23wの管長、φsub2は、第3副管部23wの内径である。また、r1は、主管部10Wのテーパ形状の広がり中心から分岐部分までの長さであり、r2は、第1副管部21Wのテーパ形状の広がり中心から分岐部分までの長さである。
Lsub1=(φsub1/φin1)2・r1 ・・・(8)
ここで、円錐近似係数H1=(φsub1/φin1)2>0である。
また、Lsub2とφsub2との関係は以下の式(9)で表される。
Lsub2=(φsub2/φin2)2・r2 ・・・(9)
ここで、円錐近似係数H2=(φsub2/φin2)2>0である。
そのため、分岐管100Wを再現する分岐管100wの第2副管部22wおよび第3副管部23wは、内径が大きければ、管長も長くなるという関係を有する。ここで、円錐近似係数H1、H2が小さいほど、概して円錐近似度が高いものとなる。
図26(a)は、ストレート管である第1主管部10X1、テーパ管である第2主管部10X2、およびストレート管である第1副管部21Xにより構成される分岐管100Xであり、図26(b)は、図26(a)に示す分岐管100Xを再現するストレート管の第1主管部10x1、第2主管部10x2、第1副管部21xおよび第2副管部22xから構成される分岐管100xである。第1主管部10X1と第2主管部10X2とにより主管部10Xが構成され、第1主管部10x1と第2主管部10x2とにより主管部10xが構成される。各部の寸法については、図26に示すとおりである。具体的には、L2は、第2主管部10X2、10x2の管長、φin1は、第2主管部10X2の第1主管部10X1との接続部分の内径、第2主管部10x2の分岐部分の内径、φin2は、第1副管部21Xの分岐部分の内径、第1副管部21xの内径、Lsub2は、第2副管部22xの管長、φsub2は、第2副管部22xの内径である。また、r2は、第2主管部10X2のテーパ形状の広がり中心から第1主管部10X1との接続部分までの長さである。
Lsub2=(φsub2/φin1)2・r2 ・・・(10)
ここで、円錐近似係数H2=(φsub2/φin1)2>0である。
そのため、分岐管100Xを再現する分岐管100xの第2副管部22xは、内径が大きければ、管長も長くなるという関係を有する。ここで、円錐近似係数H2が小さいほど、概して円錐近似度が高いものとなる。
以上が、テーパ管を含む分岐管と、この分岐管を再現するストレート管のみから構成される分岐管との関係についての説明である。
先に述べた図1〜図22の各実施例、各変形例は、このような考えを元に設計された寸法を用いてもよいし、このような考えを用いずに、所望の楽器の特性に近くなるように複数の分岐管の寸法を最適に定めても良い。
続いて、一般的なトランペットと、分岐管を用いたトランペットとの音響特性について説明する。以下の説明においては、分岐管としては、実施形態における分岐管100のように第1副管部21および第2副管部22の2つの副管部を有する分岐管(以下、2段分岐管という)を用いたものと、第2副管部22を持たず1つの副管部を持つ分岐管(以下、1段分岐管という)を用いたものについて、一般的なトランペットとの音響特性の比較を行う。
Zin(ω)=p(ω)/u(ω) [N・s/m3] (ω=2πf)
の関係を満たしている。
Claims (4)
- 2以上の連結部分により内部空間が連結された3つ以上の管体を有し、一の前記管体に流入する気体が、前記連結部分において他の前記管体に分岐して流入する2以上の分岐部を有する分岐管と、
前記管体の各々の一部分が開口した状態で、予め決められた音階のいずれかの音高で発音するように、共鳴する気柱の長さを調整する音高調整部と
を具備することを特徴とする管楽器。 - 前記一の管体に流入する気体が分岐して流入する前記他の管体は、複数存在する
ことを特徴とする請求項1に記載の管楽器。 - 前記一の管体に流入する気体が分岐して流入する前記他の管体に対して、当該他の管体に流入する気体が分岐して流入する他の前記管体が連結されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の管楽器。 - 前記管体は、ストレート管である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の管楽器。
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