JPH09297574A - 楽 器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動体から発生した振動を響板へ伝達し、該
響板から周囲の空気に伝播させる楽器において、ＦＲＰ
にて前記響板を形成しその音響特性を改善すること。 【解決手段】 振動体から発生した振動を響板へ伝達
し、該響板から周囲の空気に伝播させる楽器において、
前記響板が、線膨張率の異なる層を積層して内部応力を
発生するように形成した繊維強化プラスチックより成
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複合材料で成形され
た響板を備えた楽器に関する。

【０００２】

【従来の技術】楽器、特に、ピアノ等の打弦楽器、或い
は、バイオリンやチェロ等の弦楽器は振動体としての弦
を振動させ、この振動をピアノの響板やバイオリン、チ
ェロ等の表板や裏板（以下、これらを総称して響板と記
載する）へ伝え、該響板から周囲の空気へ伝播させて、
演奏に適した大きな音を得ている。一般的に響板は蝦夷
松やスプルースや楓等の木材にて形成されている。然し
ながら、こうした材料は高価な上、その音響特性が個々
の材料により変化するので、音響特性を最適化または制
御することは、如何なる材料を選択するかに依存してお
り非常に困難である。また、同じ木材であっても、産
地、製材する部位、および、製品にするまでの乾燥等の
処理によって性質が異なるので、一定の音響特性を有す
る楽器を量産するには不向きであると言える。

【０００３】そのために、近時、こうした響板をＦＲＰ
（繊維強化プラスチック）により成形する試みが成され
ている。例えば、特開昭５７−５７８９５号公報、特開
昭５７−１３６６９３号公報、特開平３−５９６９７号
公報に開示されたピアノ用の響板は、木製響板の両面に
金属繊維またはプラスチック繊維を配設して、その音響
特性を改善している。然しながら、こうした試みは必ず
しも成功しているとは言えない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、振動体から
発生した振動を響板へ伝達し、該響板から周囲の空気に
伝播させる楽器において、ＦＲＰにて前記響板を形成し
その音響特性を改善することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、振動体から発
生した振動を響板へ伝達し、該響板から周囲の空気に伝
播させる楽器において、前記響板が、線膨張率の異なる
層を積層して内部応力を発生するように形成した繊維強
化プラスチックより成ることを特徴とする楽器を要旨と
する。

【０００６】更に、本発明は、振動体から発生した振動
を表板へ伝達し、該表板から周囲の空気に伝播させる弦
楽器において、前記表板が繊維強化プラスチックより成
り、該表板と異なる線膨張率を有する繊維強化プラスチ
ックから成る力木が、前記表板に一体成形されているこ
とを特徴とする弦楽器を要旨とする。前記弦楽器は、長
手方向に繊維を配向させて一体成形したバイオリンとす
ることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図１から図４を参照して本
発明の第１の実施形態を説明する。第１の実施形態では
本発明を弦楽器としてのバイオリンに適用する場合につ
いて説明するが、本発明はチェロ、コントラバス、ギタ
ー等の他の弦楽器に適用できることは言うまでもない。

【０００８】本発明の第１の実施形態によるバイオリン
１０は、一般的なバイオリンと同様に、アッパーバウツ
とインナーバウツとロワーバウツとを有する概ね瓢箪形
に形成された胴体１２と、該胴体１２に取り付けられた
竿２０とを具備している。胴体１２は、一対のエフ孔を
有する表板１４と、該表板１４に対設された裏板１６
と、該表板および裏板１４、１６に連結された側壁１８
とにより中空状の箱体として形成されている。また、好
ましくは、胴体１２の上下端部とコーナー部には補強ブ
ロックが設けられる（図２には、胴体１２の内部空間に
おける上下端部に配設された補強ブロック３４ａ、３４
ｂが図示されている）。

【０００９】前記竿２０は、胴体１２の長手の中心軸線
に沿って延設されており、該胴体１２においてアッパー
バウツ部分に一体的に連結されている。竿２０の先端部
には、４つの糸巻２２ａを有する糸倉または糸巻箱２２
が設けられている。胴体１２の表板１４のロワーバウツ
部分にはテールピースまたは緒止板２４が設けられてお
り、糸倉２２の各糸巻２２ａと緒止板２４との間には４
本の弦２６が張り渡されている。４本の弦２６は、図１
において左側からＧ線、Ｄ線、Ａ線、Ｅ線の順に配設さ
れている。

【００１０】本実施形態において、上述した胴体１２、
竿２０および緒止板２４は、繊維強化プラスチック（Ｆ
ＲＰ）により一体的に成形される。従って、胴体１２の
表板１４と裏板１６と側壁１８とブロック３４ａ、３４
ｂおよび後述する力木もまたＦＲＰにより一体成形され
る。本発明で使用されるＦＲＰは繊維材料とし炭素繊
維、ガラス繊維、アラミド繊維等が適宜に選択され、マ
トリックス材料としてはフェノール樹脂やエポキシ樹脂
等の熱硬化性樹脂が選択される。バイオリン１０は、周
知のＦＲＰ成形プロセスにて一体成形される。すなわ
ち、上記熱硬化性樹脂を含浸した繊維材料が成形型に順
次張り付けられ、適当な厚を有するように積層され、次
いで、オートクレーブ等の加熱器により約１２０°Ｃに
加熱、硬化される。バイオリン１０は弦２６による張力
を受けるので、この張力に対して十分な抵抗力を有する
構造とするために、繊維材料はバイオリン１０の長手方
向に配向させることが望ましい。

【００１１】表板１４のインナーバウツ部分には、表板
１４の表面と弦２６との間に駒またはブリッジ２８が立
設されている。駒２８の円弧状の上縁部には４本の弦２
６の各々を保持するための切欠（図示せず）が形成され
ており、下端部に左右一対の脚部２８ａ、２８ｂが形成
されている。駒２８は、弦２６の張力により表板１４に
対して付勢、支持されており、表板１４に接触する脚部
２８ａ、２８ｂを介して弦２６の振動を表板に伝達する
作用をなす。

【００１２】胴体１２の内部空間には、魂柱３０が表板
１４と裏板１６との間に挟持されている。また、表板１
４の内面には力木３２が配設されている。魂柱３０は、
駒２８の右側、つまり、Ｅ線側の脚部２８ａの下側にお
いて位置調整ができるように配設されている。弦２６と
弓との摺動により発生し、駒２８の右側の脚部２８ａを
介して胴体１２の表板１４に伝達された振動は、魂柱３
０を介して裏板１６へ伝達される。

【００１３】これに対して力木３２は、概ね表板１４の
内面において駒２８の左側、つまりＧ線側の脚部２８ｂ
の下側を通過するように胴体１２の長手方向に延設され
ている。弦２６と弓との摺動により発生し、駒２８の左
側の脚部２８ｂを介して胴体１２の表板１４に伝達され
た振動は力木３２へ伝達される。

【００１４】表板１４および裏板１６が胴１２の内部空
間の空気と共振して演奏に適した大きな音として周囲の
空気に伝播されるので、胴体１２内部の空気に振動を伝
達する表板１４および裏板１６は、バイオリンの音響特
性に対して大きな影響を与える。従って、表板１４と裏
板１６は可及的に広い周波数帯域で胴１２の内部空間の
空気と共振できなければならない。更には、表板１４か
ら魂柱３０を介して振動の伝達を受ける裏板１６は、表
板１４の振動に対してと共振できなければならない。

【００１５】また、裏板１６が魂柱３２を介して表板１
４の振動の伝達を受けるのに対して、表板１４へは、弦
２６の振動が駒２８の２つの脚部２８ａ、２８ｂを介し
て伝達されるので、表板１４は裏板１６に比較してより
直接的に振動の伝達を受けると言える。そのために、バ
イオリン１０の音響特性を決定する上で、表板１４の音
響特性は特に重要である。例えば、表板１４の板厚を薄
くすると、表板１４の共振周波数が低くなり、低音が豊
かになるとともにピークの鋭さを低減される。然しなが
ら、表板１４を薄くすると、共振周波数が低くなること
から、同時に高調波も低音側にシフトして、高い周波数
域での音量が低減されてしまい、全体的に籠もったよう
な音になる。

【００１６】一方、力木３２は、表板１４の内面に取り
付けられ表板１４を補強するが、その作用は、単に、弦
２６の張力により表板１４がバックリングを起こすこと
を防止するのみならず、駒２８の左側の脚部２８ｂから
の振動を表板１４全体に伝えると共に、表板１４を内面
側から補強しながら、表板１４の周波数の高い高調波の
音圧を強める作用があることが知られている。すなわ
ち、力木３２をいわゆる「強く」すると表板１４の音色
が高く澄んだ音になるのである。これは、力木３２を変
えることによる表板１４の強度や内部応力の変化が影響
しているものと考えられる。

【００１７】本発明では、ＦＲＰの組成、特に繊維材料
としてのガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の繊維
の組み合わせを変えることにより、バイオリン１０を構
成する表板１４、力木３２、裏板１６等の各部材の強度
や内部応力を変化させて、響板としての表板１４と裏板
１６の音響特性、すなわちバイオリン１０の音響特性を
制御することを主眼としている。例えば、ガラス繊維は
炭素繊維やアラミド繊維と比較して熱に対する線膨張率
が高く、温度変化に対して大きく膨張、収縮するので、
ガラス繊維を炭素繊維またはアラミド繊維と組み合わせ
て積層し、フェノール樹脂またはエポキシ樹脂等の熱硬
化性樹脂にてＦＰＲを形成すれば、熱硬化プロセスの間
の温度変化により、ガラス繊維の層と炭素繊維の層の間
に熱収縮率の差による内部応力が生じる。

【００１８】前記内部応力は、積層する繊維材料の組み
合わせ変えることのみならず、繊維材料とマトリックス
材料との組み合わせを代えても制御することができる。
マトリックス材料は繊維材料に比べて熱に対する線膨張
率が大きいので、線膨張率の比較的小さな炭素繊維やア
ラミド繊維との間には比較的大きな内部応力が生じ、ガ
ラス繊維との間に生じる内部応力は比較的小さくなる。
また、マトリックス材料に対する繊維材料の配合比率も
また内部応力の大きさに影響を与えることは言うまでも
ない。

【００１９】図１における矢視線III-III に沿う断面図
である図３を参照すると、本実施形態による力木３２
は、中心部に強化材としてガラス繊維を使用したコア部
３２ａと、炭素繊維を使用した両側部３２ｂと、アラミ
ド繊維を使用した下端部３２ｃとから成る。一方、表板
１４は炭素繊維またはアラミド繊維を使用することがで
きる。これにより、熱硬化プロセスの冷却工程におい
て、力木３２のコア部３２ａが表板１４に対して収縮す
るので、表板１４には、力木３２に沿って外側に凸状に
変形させる内部応力が作用する。これにより、表板１４
の音響特性、特に周波数の高い高調波の音圧が変化す
る。特に、コア部３２ａを大きくすることにより力木３
２による表板１４を外側に凸状に変形させる力は大きく
なるので、いわゆる強い力木となり、表板１４の高音特
性が改善される。

【００２０】力木３２を単にガラス繊維のみから形成す
ることも可能であるが、図３に示すように、複数の部分
にて形成することにより、各部分の境界面に内部応力が
生じて、力木３２の表板１４に対する作用力が調整され
るとともに、力木３２それ自体の共振周波数や高い周波
数域での高調波の音圧レベル等の音響特性も変化させる
ことが可能となる。更には、表板１４、力木３２の各部
分の繊維材料たるガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維
の各々に対する配合割合や、マトリックス材料に対する
配合割合を調節すことによっても、表板１４や力木１６
の内部応力が変化し、表板１４の音響特性を制御するこ
とができる。

【００２１】また、裏板１６の部分断面図である図４を
更に参照すると、本実施形態による裏板１６はガラス繊
維を使用した内層１６ａと炭素繊維を使用した外層１６
ｂとから成る２層構造をしている。これにより、裏板１
６には外側に凸状に変形させる内部応力が生じる。内層
１６ａのガラス繊維および外層１６ｂの炭素繊維または
アラミド繊維の各々に対する配合割合や、マトリックス
材料に対する配合割合、各層の厚み等を調節することに
より、裏板１６の共振周波数や高調波の音圧レベルが制
御される。図３、４に示す本実施形態では、表板１４は
炭素繊維から成る単層で、裏板１６はガラス繊維と炭素
繊維から成る２層構造としたが、表板１４を２層とし裏
板１６を単層構造とすることもできる。更に、表板１４
と裏板１６を形成するＦＲＰの繊維材料とマトリックス
材料との混合比を変えることによっても、ＦＲＰの繊維
材料とマトリックス材料との間の内部応力を変化させ、
表板１４と裏板１６の音響特性を制御することも可能で
ある。

【００２２】次に図５、６を参照して本発明の第２の実
施形態を説明する。第１の実施形態では本発明を弦楽器
の代表としてバイオリンに適用する場合について説明し
たが、本発明はバイオリン等の弦楽器に限定されず、図
５に示すようにピアノ等の打弦楽器にも適用することが
できる。

【００２３】打弦楽器の一例として図５に示すグランド
ピアノ４０は、ケーシング４２内に張り渡された多数の
弦４６の直下に概ね水平に設けられた響板４４を具備し
ている。鍵盤のキー４８を操作することによりアクショ
ン機構を介して作動するハンマー（図示せず）により弦
４６が打擲される。これにより、所定振動数の振動が発
生し、その振動が響板４４に伝達され、響板４４が共振
して周囲の空気に伝播される。響板４４内に内部応力を
生じさせて、弦４６の発生する振動に対して響板４４を
共振させたり多くの高調波を発生させるなど良好な音響
的効果を得るために、例えば、図６に示すように、響板
４４を炭素繊維を使用した上層５０ａと、ガラス繊維を
使用した中間層５０ｂと、炭素繊維を使用した下層５０
ｃとから成る３層構造とすることができる。ガラス繊維
を上下層５０ａ、５０ｃに使用し、炭素繊維を中間層５
０ｂに使用してもよい。炭素繊維に代えてアラミド繊維
をし要してもよい。好ましくは、上下層５０ａ、５０ｃ
は中間層５０ｂ対して対称に形成される。これにより、
中間層５０ｂと上下層５０ａ、５０ｃとの間に生じる内
部応力が中間層５０ｂに関して対称となり、響板４４が
変形することが防止される。更には、３層構造ではな
く、それ以上の層構造とすることもできる。この場合に
も、響板４４の内部応力が上下方向に対称となるよう
に、各層を形成することが望ましい。

【００２４】また、ピアノは他の楽器と比較して非常に
広い範囲の音階をカバーするので、響板４４は広い周波
数帯域に渡って良好に共振し、かつ、多くの高調波を発
生しなければならない。そのために、響板４４を、図６
に示すように、鍵盤４８に対して垂直な方向で区分し
て、低音部４４ａと、中音部４４ｂと、高音部４４ｃの
３つの部分を設け、各々の領域で積層する繊維材料の種
類、配置、配合割合、マトリックス材料の種類や繊維材
料に対する配合、或いは、３層の各々の厚さ等を変え
て、響板全体として最適な共振特性、高調波特性を得る
ように構成することもできる。更には、図６に示すよう
に３つの部分ではなく、更に多数の部分に区分して響板
４４の音響特性を最適化することもできる。

【００２５】既述の実施形態では、ＦＲＰを構成する繊
維材料としてガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、マ
トリックス材料としてフェノール樹脂、エポキシ樹脂が
例示されているが、本発明はこれらの材料に限定されな
い。例えば、繊維材料は、熱効果プロセスの温度レベル
に十分に耐え、かつ、線膨張率の異なる材料であれば如
何なる繊維材料であってもよい。更には、マトリックス
材料も、硬化後に十分な強度を有する熱硬化性の樹脂で
あればよい。また、ＦＲＰにシート状または帯状の気泡
材料（図示せず）を加えてもよい。この気泡材料は、響
板の密度を低減して共振周波数を高くすると共に、内部
の剪断損失を大きくして金属的な音となることを抑制す
る作用がある。

【００２６】既述の実施形態では、本発明をバイオリン
とピアノに適用する場合を説明したが、これは単に弦楽
器と打弦楽器の代表的例示であり本発明がこれに限定さ
れないことは言うまでもない。振動体から発生した振動
を響板へ伝達し、該響板から周囲の空気に伝播させる楽
器には、例えば、ティンパニ等の打楽器も含まれる。こ
の場合、振動体としてのヘッド膜から響板としての共鳴
胴に振動が伝達され、該振動が共鳴胴から周囲の空気に
伝播される。従って、打楽器の場合も既述の実施形態と
同様に、ＦＲＰにて共鳴胴を内部応力が生じるように形
成して、この内部応力を調節することにより、該打楽器
の音響特性を制御することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明では、ＦＲＰより成る響板が内部
応力を発生させるように形成されており、この内部応力
を調整することにより響板の音響特性を制御することが
可能となる。従って、振動体から発生した振動を響板へ
伝達し、該響板から周囲の空気に伝播させる楽器の音響
特性を改善することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用するバイオリンの略示斜視図であ
る。

【図２】図１の矢視線II-II に沿う断面図である。

【図３】図１の矢視線III-III に沿う断面図である。

【図４】図１のバイオリンの裏板の部分断面図である。

【図５】本発明を適用するピアノの略示斜視図である。

【図６】図５のピアノの響板の略示斜視図である。

【符号の説明】

１０…バイオリン １２…胴体 １４…表板 １６…裏板 ２０…竿 ４０…ピアノ ４４…ピアノの響板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動体から発生した振動を響板へ伝達
   し、該響板から周囲の空気に伝播させる楽器において、
   前記響板が、線膨張率の異なる層を積層して内部応力を
   発生するように形成した繊維強化プラスチックより成る
   ことを特徴とする楽器。
2. 【請求項２】 振動体から発生した振動を表板へ伝達
   し、該表板から周囲の空気に伝播させる弦楽器におい
   て、前記表板が繊維強化プラスチックより成り、該表板
   と異なる線膨張率を有する繊維強化プラスチックから成
   る力木が、前記表板に一体成形されていることを特徴と
   する弦楽器。
3. 【請求項３】 前記弦楽器が、長手方向に繊維を配向さ
   せて一体成形したバイオリンである請求項２に記載の楽
   器。