JPH0387797A - 楽器用響板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、ピアノ等に用いて好適な楽器用響板に関す
るものである。

「従来の技術」 周知のように、ピアノは打弦楽器の一種であり、その発
音メカニズムについて第９図を参照して説明すると、ま
ず、鍵の動きに連動して、ハンマ１が回動して弦２を打
撃１＝、これにより励起された弦２の自由振動が、駒４
と呼ばれる弦支持部を介して音響放射体である響板３を
駆動し、この結果、響板３から音が放射されるようにな
っている。以上の発音メカニズムから判るように、ピア
ノにおける響板３の役割は極めて重要であり、ピアノの
音の特性は、はとんど響板３の材料物性によって決定さ
れるといっても過言ではない。

そして、ピアノ音に要求される性質としては、打弦に対
するレスポンスが良いこと、および音が程良く伸びるこ
との２点がある。したがって、響板３が上記要求を満た
ず特性を有することが必要であり、かかる特性を有する
材料としてスブルース等のトウヒ属木材が、従来から適
当とされている。

ところで、自然材だけで、響板を構成すると、比弾性率
Ｅ／γ　（Ｅ：ヤング率、γ；重密度が木材固何の値に
よって制限されてしまうため、ある程度以にの発音効率
を望むことができないという問題があった。そこで、発
音効率を上げ、低域から高域までのきを良好に発音させ
るようにした響板が開発された（例えば、特開昭６０−
５７８９４号、特開昭６０−５７８９５号）。この響板
は、横弾性係数Ｇを大きく、剪断損失正接ｔａｎδＧを
小さくするように、積層構造の響板の２材の材質を選択
したり、あるいは積層構造中にソートを介在さＵるらの
である。

また、音色を鮮明にするために、内層板の両面に沿って
表層板の木目方向に配列した炭素繊維を貼設して、縦弾
性係数Ｅを大きく、剪断損失正接ｔａｎδＧを小さくず
ろようにした＠ｌ板も開発されている　（特開昭５７−
１３６６９３号）。この響板によれば、内部摩擦による
減衰率が小さくなる。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上述した従来の響板は、自然楽器特有の
木質音の良さ　（メタリックでない音の暖かみ）を発揮
するには十分でなく、聴感的な特性に劣るという問題が
あった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、木
質音の良さを十分に発揮することができ、全体的に天然
材を用いた場合よりも暖かみのある木質音を実現するこ
とができると共に、その音質を各部の発生音域に応じて
人為的に、かつ自在に設定することができる楽器用響板
を提供することを目的としている。

［“課題を解決するための手段−ｊ 」二足課題を解決するために、この発明は、木製の楽器
用響板において、その板厚方向内部に空間を設けたこと
を特徴としている。

「作用」 構造した構成によれば、響板の板厚方向内部に空間が設
けられているので、響板内層部の剪断変形に対４゛る強
度、すなわち横弾性係数Ｇと等価な特性が低下し、これ
により、響板の縦弾性係数Ｅと横弾性係数Ｇの比である
音色関連材料物性Ｅ／Ｇが大となり、この結果、響板駆
動時における高周波数帯域の内部摩擦損失Ｑ″□′が増
加して、より暖かみのある木質音が実現される。

「実施例］ 以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明す
る。

（１）基本原理 始めに、この発明の基本的原理について説明する。

まず、ピアノの響板の時間軸上での振動特性で重要なの
は、前述したように、弦振動に対するレスポンスの良さ
と、その適度なエネルギー保存性、すなわち、適度な非
減衰性である。前者の特性は音の立ち上がりの良さに対
応し、後者の特性は音の伸びに対応するからである。そ
して、響板材をこの２つの観点から評価する物理量とし
て、比動的ヤング率Ｅ／γ（Ｅ　動的ヤング率、γ・密
度）と内部摩擦損失ｔａｎδが知られている。響板材と
して優れているトウヒ属スブルースなど＋ｉ　Ｅ／γが
大きく　ｔａｎδが小さい。

次に、ピアノの音質を考慮するには、響板材の周波数特
性を考える必要がある。そして、ピアノ用！板材の材料
物性と、その音質との相関関係については、「日本機械
学会誌第９１巻第８３６号論文　“ピアノ音質のエンジ
ニアリング」において種々の観点から解析が試みられて
いるが、ここでは、特に、響板材の周波数特性と音色の
相関関係について詳述する。

まず、ピアノの音色は、音の周波数特性の時間的変化の
様子（スペクトラムエンベロープ）ということができ、
その意味で、響板材の持つ周波数特性はピアノ音に大き
な影響を与える。

一般に、音響材料の持つ周波数特性を求めるためには、
一定形状の板状試料を、両端自由という境界条件下で加
振し、これにより励起されるたわみ振動の各共＠周波数
と、そこでの減衰特性の測定を行う。

この測定結果と、仮の弾性のみを考慮にいれた、オイラ
ー・ベルヌーイ粱の振動方程式の解より、各共振点にお
ける見掛けのヤング率、内部摩擦損失Ｑ−１を求めるこ
とができる。これらの見掛けの材料物性の周波数特性は
、各音響材料の持つ特有の聴感上の音色傾向と相関性が
ある。

本来、ヤング率は、材料固有の物性であり、周波数依存
性がないはずであるわけだが、上記測定及び解析によっ
て得られた見掛けのヤング率が周波数特性を有すること
は、板の振動挙動を記述する際、板に生じる剪断力（お
よび回転慣性）をも考慮に入れた、いわゆるチモシエン
コ粱の振動方程式、または、それに対して、両端自由と
いう境界条件下で求められたゴーエンスの解によって説
明される。

ゴーエンスの解では、各共振点での見掛けのヤング率Ｅ
’ｆｒｅｑは、系内の剪断力を考慮することによって、
以下に示されるような周波数特性を持つ（但し、等断面
な長方形枠の場合の例）。

ｌ　ｈ　。

十−一（装置Ｆ”（＋）　（１＋暖−）１、．２１２　
　　　　　　　　　　　　Ｇここで、ｒ：棒固有振動数
、Ｑ、棒長さ、ｈ：厚さ、ａ、Ｆ（ｍ）：振動次数、境
界条件によって決定される定数、Ｓ：断面形状によって
決定される定数。

この場合、材料物性という視点から見れば、上記測定解
析結果に対して、ゴーエンスの解を補正式として、真の
材料物性Ｅを求めるところであろうが、しかし、ピアノ
音の周波数軸上での特性について論じる場合、聴感上の
音色感との対応から、見掛けのヤング率のほうが重要な
要素となる。

なぜなら、材料Ｌ／ベベルは、音色関連材料物性Ｅ／Ｇ
の値によって変化する見掛けのヤング率の周波数特性が
、弦振動によって励起される響板内の周間的ひずみ、す
なわち変位振幅の周波数特性を決定し、結果的に、内部
摩擦によるエネルギー損失の周波数特性を決定し、これ
によりフィルタ特性が生じて、音色を決定すると考えら
れるからである。

一般に、木材は、その他の工業用材料と比較して、Ｅ／
Ｇの値が大である。その中でも、スブルースなどのトウ
ヒ属材のＥ／Ｇの値は特に大である。このようなスブル
ースなどの材料が有する高周波数帯域における高損失性
、言い換えればハイカットフィルタ的な特性が、いわゆ
る「木の音らしさ」、すなわち暖かみのある音色を作り
出す一要因になっていると考えられる。

以上、現在までの諸官能検査結果により、振動エネルギ
ーの損失の周波数特性を左右すると考えられる音色関連
材料物性Ｅ／Ｇは、ピアノのスブルース響板材の範囲に
おいてら、ピアノ音の次のような特性６強い相関関係に
あることが明らかになっている。

（１）音色関連材料物性Ｅ／Ｇは、音の響き方特性、す
なわち響きの自然さ、重厚さと正の相関関係がある。

（１１）音色関連材料物性Ｅ／Ｇは、音の深さ特性、す
なわち深さ、低い成分の多さと正の相関関係がある。

（ｉｉｉ）音色関連材料物性Ｅ／Ｇは、雑音特性、すｔ
よりち、音響放射に含まれる雑音と負の相関関係がある
。

このような特性を、音色表現語によって示せば、次表の
通りである。

以上の説明から明らかなように、響板全体の音色関連材
料物性Ｅ／Ｇの値を大とし、高周波数帯域における高損
失性、換言すれば、ハイカットフィルタ・−としての特
性を強調することによって、全体的に自然楽器としての
木質音の良さが十分に発揮され、より暖かみのある木質
音が実現されることになる。

上述の考察に基づき、この発明においては、響板のＥ／
Ｇを人為的に大きくし、これにより、暖かみのある木質
音を実現することを基本原理としている。

一方、前述した特開昭６０−５７８９４号、６０−５７
８９５号においては、横弾性係数Ｇを大きくしているの
で、Ｅ／Ｇの値が小さくなってしまい、木質音が得られ
なかった訳である。また、特開昭５７−１３６６９３号
においては、高域における内部摩擦損失Ｑ−’を小さく
しているため、高周波成分が音響放射されてノイズ成分
となり、暖かみのある本音質が得られなかった。

（２）実施例の構成および作用 〔第１の実施例〕 第１図はこの発明の第１の実施例をグランドピアノに適
用した場合の全体構成を示す平面図であり、この図のＡ
−Ａ’線線断断面図、Ｂ−Ｂ′線線断断面図、矢印Ｃ方
向から見た斜視図を、第２図〜第４図に示す。

これらの図において、響板５は、複数の柾目木材単板６
，６．・・・を、幅方向に矧ぎ合わせることによって構
成され、各柾目木材単板６，６．・・・の長手方向は、
それらの木目方向Ｍと一致している。そして、各柾目木
材単板６．６．・・の、互いに当接する各当接面６　ａ
、　６　ａ、・・・の内層部には、それらの木目方向Ｍ
と略直交する方向へ、丸孔７，７．・・・が各々穿設さ
れている。なお、第２図および第３図においては、響板
５の上面に設けられた長駒４０と、下面に設けられた響
棒４１が示されているが、第１図においては、これらの
図示が省略されている。

」二連した丸孔７．７．・・・の加工方法について説明
すると、まず、各柾目木材単板６，６．・・・を矧ぎ合
わせる前に、第５図に示すように、各柾目木材単板６．
６．・・・の当接面６ａに、その厚さ方向りの中心位置
しに沿って、一定径、一定深さの丸孔７７、・・を、一
定ピツチで形成する。これにより、柾目木材単板６の木
目方向Ｍと、略直交する方向−＼延びる丸孔７．７．・
・・が形成される。このようにして丸孔７．７．・・・
が形成された柾目木材端板６゜６、・・・を、第６図に
示すように幅方向に矧ぎ合わせ、接着ケることによって
、響板５が作製される。

以上の構成において、響板５全体の平面投影面積をＳと
し、第７図に斜線で示すように響板５の穿孔部分以外の
投影面積（有効面積）をＳ′　とすると、各丸孔７，７
．・・・の径と、深さと、形成ピッチ（もしくは個数）
を適宜設定することによって、材料の剪断変形に対する
強度、すなわち横弾性係数Ｇと等価な特性を、略Ｓ′／
］（＜ｉ）倍に設定することができ、この結果、響板５
の横弾性係数Ｅと横弾性係数Ｇの比である音色関連材料
物性Ｅ／Ｇの値を所望の値まで高めることができる。

このようにして、音色関連材料物性Ｅ／Ｇの値を高める
ことにより、その内部摩擦損失Ｑ−’の周波数特性は、
第８図に実線ａで示すようになる。

つまり、同図に点線すで示ｄ゛通常の響板材（スブルー
ス材等の天然材料）に比較して、特に高周波数帯域おい
て内部摩擦損失ｑ−＋が鳩加する。このように、高周波
数帯域における内部摩耗損失Ｑ′″１が大となることに
よって、音として放射され易い高周波成分のノイズが減
少し、音色が改善されろ。

また、ピアノ響板として要求される、Ｅ／γもしくはＥ
／γ３（ただし、γは密度）等のヤング率、密度に依存
するその他の音響的性質に関しては、はとんど損なわれ
ることがない。したがって、上述した響板５の内層部に
丸孔７．７．・・・を形成することにより、一般に、ピ
アノ用響板に用いられている高級天然材料と同等以上の
特性が得られ、木質音特有の音の“響き”や、“暖かみ
”等が十分に得られることになる。

以上の説明から明らかなように、響板５の音色関連材料
物性Ｅ／Ｇの値を大とし、高周、２１！！数帯域におけ
る高損失性、換言すれば、ハイカットフィルターとして
の特性を強調することによって、自然楽器としての木質
音の良さが十分に発揮され、より暖かみのある木質音が
実現されることになる。

上述した実施例によれば、各丸孔７．７．・・・の径と
、深さと、形成ピッチ（もしくは個数）を変更すること
によって、材料の剪断変形に対する強度、すなわち横弾
性係数Ｇと等価な特性を、任意に設定することができ、
これにより、響板５の音色関連材料物性Ｅ／Ｇの値を人
為的に、かつ自在に設定することができる。この場合、
柾目木材単板を矧ぎ合わせる前に孔を形成するという極
めて簡単な木工加工によって、音色を改善することがで
きる。

〔第２の実施例〕 第１０図は、この発明の第２の実施例の構成を示す平面
図である。図において、響板１．１は、複数の柾目木材
単板１２．１２・・・・・・を矧ぎ合わせて形成されて
いる。この実施例における響板１１は、グランドピアノ
用の響板である。また、響板１１の中央部には木目方向
Ｍに沿って長駒１３が設けられ、響板１１の図面右上部
には短駒１４が設けられている。図に破線で示す部分は
、単板１２．１２・・・・・の当接部分において木目方
向Ｍに沿って設けられているｉｆｆ＋５，１５・・・・
・である。ここで、同図におけるＡ−Ａ　’線断面を第
１１図に、ＢＢ゛線断面を第１２図に各々示す。第１１
図に示すように、溝１５は、単板１２の当接面から所定
の深さを有し、両当接面における溝１５．１５の位置が
重なっている。すなわち、向かい合わされる１１１５．
１５によってｌっの空洞部が形成されている。図に示す
警棒ｌＯは、単板１２．１２・・・・・に対し木目方向
に直交して取り付けられており、木目方向に直交する方
向への振動伝搬を補い、また、響板１１全体を補強する
ものである。また、溝１５は第１２図に示すように、単
板１２の当接面の略中央位置において木目方向に沿って
設けられている。ここで、響板１１を第１０図に示すＣ
方向から見た場合の斜視図、および、単板の接合面の拡
大図を第１３図および第１４図に各々示す。

上述のように、単板！２の接合面に溝１５を設けると、
＋１１１５の部分において剪断変形に対する強度が低下
するから、響板１１全体についての横弾性係数Ｇに相応
する特性を小さくすることができる。今、第１５図に示
すように、単板１２の幅をＷ、単板１２の一方および他
方の溝の深さをＷｌ、Ｗ２とずれば横弾性係数Ｇに相当
する特性の値は、おおよそ（Ｗ−（Ｗ　１　＋Ｗ２））
／Ｗ倍に変化させることが可能である。このように、横
弾性係数Ｇに相当する特性値を自由にコントロールする
ことができる。そして、横弾性係数Ｇに相当する値を小
さくすると、Ｅ／Ｇの値が大きくなり、このＥ／Ｇの値
が大きくなると、前述の表１に示したような特性が得ら
れることになる。

このような実施例においても内部摩擦損失Ｑの周波数特
性が第８図に曲線ａで示すようになり、これにより、暖
かみのある木質音を得ることができる。

この場合、響板１１のヤング率、密度自体はほとんど変
化していないから、Ｅ／γ、Ｅ／γ３等のヤング率と密
度とに依存する他の音響的性質はほとんど損なわれるこ
とがない。

また、上述した実施例においては、単板１２の当接面の
双方に溝１５を形成したが、第１６図に示すように、一
方の面だけに溝１５を形成してもよい。この場合は、構
成が簡単になる利点が得られる。

さらに、第１７図に示すように、単板１２の当接部を斜
面形状に構成してもよい。この場合においては、単板１
２を接着する面積が大きくなるので、接着強度が向上す
るという利点が得られ、また、第１８図に示すように、
斜面形状当接部の一方側にだけ溝１５を形成してもよい
。

〔第３の実施例〕 第２０図（イ）は、この発明の第３の実施例の構成を示
す平面図である。図において、柾目木材単板１２ａ、１
２ａ・・・・・・は、その板目面を当接面として互いに
接合されている。ここで、同図におけるＡ−Ａ−線断面
およびＢ−Ｂ−線断面を各々第２１図、第２２図に示す
。これらの図から判るように、単板１２ａ、１２ａ・・
・・・・と対向して単板１２ｂ、１２ｂ・・・・・・が
設けられている。これら単板１２ａと＋２ｂとは、その
柾目面が接合面になっている。また、単［１２ｂ、＋２
ｂ・・・・・・は、各々その板目面を当接面として互い
に接合されている。

そして、これら単板１２ａ、１２ａ・・・・・・および
１２、ｂ、１２ｂ・・・・・・によってグランドピアノ
用響板１１が構成されている。また、単板１２ｂには、
第２１図に示すように溝２５．２５が設けられている。

この溝２５は、第２２図に示すように単板１．２ｂの木
目方向に沿って設けられている。

そして、単板１２ａは、第１９図（イ）に示すように単
板１２ｂの上面（柾目面）に接合され、接合後は同図（
ロ）に示す状態となる。すなわち、溝２５の部分が響板
１１における空洞部となる。ここで、第２０図（ロ）は
、溝２５．２５の部分を破線で示した場合の平面図であ
り、図示のように１挨の単板１２の中に２本の溝２５．
２５が平行に位置している。また、第２３図は、第２０
図に示す矢印Ｃから見た矢視図であり、単板！２ａＳ　
１２ｂと溝２５との位置関係を示す。

次に、第２図（イ）、（ロ）に示す長駒１３および短駒
１４は、各々響板１１の中央部および右上部に木目方向
Ｍに沿って設置Ｊられており、それぞれ複数の弦を支持
する。第２０図、第２１図に示ｔｇｌ棒１０は、単板１
２．１２・・・・・・に対し木目方向に直交して取り付
けられており、木目方向に直交４“る方向への振動伝搬
を補うとともに響板１１全体を補強する。

上述のように、単板１２ｂ１．：、溝２５を設けると、
１Ｍ２５の部分において剪断変形に対する強度が低下し
、響板１１全体についての横弾性係数Ｇに相当する特性
値が小さくなる。したがって、Ｅ　、／　Ｇの値が増加
し、前述の表１に示したような特性が得られることにな
る。この場合、どの程度までＥ／Ｇを大きくし得るかは
、溝２５の数や幅等の設定の仕方によって任意に設定す
ることができる。

このような実施例においてら内部摩擦損失Ｑの周波数特
性が第８図に曲線ａで示すようになり、これにより、暖
かみのある木質音を得ることができる。

この場合も、響板１１のヤング率、密度自体はほとんど
変化していないから、Ｅ／γ、Ｅ／γ３等のヤング率、
密度に依存する他の音響的性質はほとんど損なわれるこ
とがない。

なお、溝２５は、響板１１の中立軸に位置するのが、最
も効果的である。

また、上述した実施例においては、２枚の単板１２ａ、
１２ｂを上下方向に接合して用いるので、各単板につい
ては、あまり厚さは要求されない。

したがって、比較的薄い材料を使用して響板を製造する
ことができる。そして、積層部材を構成する各単板には
、あまり厚みが要求されないので、薄い単板を使用して
も良質な単板には匹敵する品質を実現することができ、
さらに、原材料から薄い単板を切り出して使用すること
ができるので、歩留りの向上が図れる。

なお、上記実施例においては、単板１２ｂ上に２本のｉ
ｉ’１２５．２５を設けたが、この数は任意であり、例
えば、第２４図に示すように、３本の溝２５．２５．２
５を設けてもよい。この場合において、単板１２ａ、１
２ｂの幅をＷ１溝２５．２２５．２５の幅を左から會い
Ｗ３、Ｗ、とすると、材料の横弾性係数Ｇと等価な特性
を、 （Ｗ−（■、＋　ｗ　＊＋　＊　３）　／　Ｗ倍にする
ことができる。また、ｎ本の溝を設けた場合は、（Ｗ−
Σｗ）／Ｗ倍にすることができる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、木製の楽器用
響板において、その板厚方向内部に空間を設けたので、
響板内層部の剪断変形に対する強度、すなわち横弾性係
数Ｇと等価な特性が低Ｆし、これにより、響板の音色関
連材料物性Ｅ／Ｇの（直を、天然材では困難な値まで高
めることができ、従来の天然材より暖かみのある木質音
を実現することができ、さらに、以下のような効果が得
られる。

■響板駆動時における高周波数帯域の内部摩擦損失Ｑ−
１が大きいため、音として放射され易い高周波成分のノ
イズが減少し、き色が改善される。

■響板として要求されるヤング率、密度に依存−４るそ
の他の音響的性質に関しては、はとんど損なわれること
かない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例をグランドピアノの響
板に適用した場合の全体構成を示す平面図、第２図は第
１図のＡ−Ａ’線線断断面図第３図は第１図のＢ−Ｂ′
線視断面図、第４図は第１図の矢印Ｃ方向から見た斜視
図、第５図および第６図は同実施例の加工工程を説明す
るための側面図および平面図、第７図は同実施例の厚さ
方向の中心線に沿う断面図、第８図は同実施例による響
板と通常の響板の内部摩耗損失の周波数特性を示す特性
図、第９甲はピアノの発音メカニズムを説明するための
概念図である。 また、第１Ｏ図はこの発明の第２の実施例の構成を示す
平面図、第１１図は第１０図におけるＡ−Ａ−線断面図
、第１２図は第１Ｏ図におけるＢ−Ｂ′線断面図、第１
３図は第１Ｏ図の矢印Ｃにおける矢視図、第１４図は同
実施例おける単［接合部分を拡大した断面図、第１５図
は単板の幅と溝の深さとの関係を示す断面図、第１６図
、第１７図、第［８図は各々同実施例の変形例の構成を
示す断面図である。 また、第１９図（イ）はこの発明の第３の実施例におけ
る単板の組合せ状態を説明するための分解図、第１９図
（ロ）は同実施例における単板の接合状態を示す断面図
、第２０図（イ）、（ロ）は各々同実施例の平面図、第
２１図は第２０図におけるＡ−Ａ″線断面図、第２２図
は第２０図におけるＢ−Ｂ−線断面図、第２３図は第１
９図の矢印Ｃにおける矢視図、第２４図は同実施例の一
変形例における溝位置を示す断面図である。 ５．１１・・・・・・響板、 ６．１２・・・・・・柾目木材単板、 ６ａ・・・・当接面、 ７・・・・・丸孔、 １５．２５・・・・・・溝、 Ｍ・・・・・・木目方向。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）木製の楽器用響板において、その板厚方向内部に
   空間を設けたことを特徴とする楽器用響板。
2. （２）複数の柾目木材単板を矧ぎ合してなる楽器用響板
   において、 前記複数の柾目木材単板の、互いに当接する各当接面の
   少なくとも一方の内層部に、その木目方向と略直交する
   方向へ、孔を穿設したことを特徴とする楽器用響板。
3. （３）複数の柾目木材単板を矧ぎ合わせてなる楽器用響
   板において、 前記複数の柾目木材単板の層内に、その木目方向に沿っ
   て溝を形成したことを特徴とする楽器用響板。
4. （４）前記溝は、前記柾目単板の、互いに当接する各当
   接面の少なくとも一方の面に沿って形成されることを特
   徴とする請求項３記載の楽器用響板。
5. （５）２枚の柾目木材単板の柾目面を積層して構成され
   る積層部材を、その木目方向が平行になるように複数配
   置するとともに隣接する各積層部材の板目面を当接接着
   し、かつ、前記積層部材を構成する一方の柾目木材単板
   の柾目面に木目方向に沿った溝を少なくとも１つ形成し
   、この溝を形成した面を接合面として他方の柾目木材単
   板の柾目面と接合したことを特徴とする楽器用響板。