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 ブームワッカー の ミニ科学 |
叩いて音階を出す楽器・・・ブームワッカー・・・って、下の木琴のような楽器かと思ったのですが、
実は、そうでは無かったです。
管楽器の仲間だったのですね。
ブームワッカー・・・って、チューブ（パイプ）の長さが、だんだん短くなっていますよね。
そうです・・・。 パイプの長さがだんだん短くなっている楽器には、こんな物が有ります。
 コンサートホールや教会のパイプオルガン |
 ペルーやハンガリーの民族楽器 Panpipe (パンパイプ) |
短い物や小さな物の方が、高い音になる・・・と言うのは、なにも ブームワッカー で無くても分かりますが、
それは何故でしょうか。
図１
上の図は、両端を切りっぱなしのパイプの中の空気を振動（正確には共振させる）させたときの、空気の振動の様子を模式的に示した図です。
詳しくは、管内の空気柱の振動モード などと呼ばれます。
両端部は、自由な空間に開いているので、最も抵抗が少ないため、大きく振動します。
その様子を、ピンクの幅を太く 示しています。一番左、Ⅰの図の真ん中の部分は、ピンクの幅がゼロ になっています。
この部分は、空気が殆ど動いていない部分となります。ピンクの幅が最も太い場所・・・そこを、振幅の腹
ピンクの幅がゼロの場所・・・そこを、振幅の節
と呼びます。パイプの中の空気が、このように振動している時、パイプからは、一定の周波数の音（音波）が出ています。
その音波の波長・・・これが、音の高さを決めますが・・・は、ピンクの幅が、最大から最小になり、また最大になる・・・その２倍が、１波長 と言う事になります。一番左、Ⅰの図の場合、音波の波長は パイプの長さ Ｌ の、約２倍です。 （正確には、開口補正と言って、パイプの端の外の空気も振動しますので、２倍より少し長くなります）
音波の波長 (λ ラムダ) が分かると、音の高さ (周波数) （f ）Hz が決まります。 その関係は、空気中で音の伝わる速さ 音速 V=340 m/sec として、
f = V/λ となります。一番左、Ⅰの図の場合、音波の波長 (λ ラムダ) は パイプの長さ Ｌ の、約２倍ですので、
f = V/２Ｌ となります。
すなわち、パイプの長さが短ければ、音の高さ (周波数) （f ）Hz は高い音になります パイプの長さで、それぞれの 音の高さ (ピッチ) が決まります
上の図の二番目 Ⅱの場合は、音波の波長 (λ ラムダ) は パイプの長さ Ｌ に近い値になります。
従って、音の高さ (周波数) は、f = V/Ｌ となります。 これは、２倍の高さの音・・・第２倍音 が出ていることを示します。
以下、同様に、Ⅲの場合は、第３倍音。 Ⅳの場合は、第４倍音 がでていることを示します。
この時の様子が、目に見えると面白いでしょうね。
弦楽器ですと、弦の振動している様子は、目でも見えますが、空気自身の振動は目では見えません。
でも、もし、パイプ が透明で、中に煙りが入っている・・・としたら、多分こんな風に見えるかもしれませんよ。
図２
矢印が左右に向いているところは、空気が激しく左右に振動していますので、煙は集まりません。
ところが、ツブツブが濃く描かれているところの空気は、動いていませんので、そこには煙が集まります。
多分、こんな風に見えると思います。
それでは、実際に ブームワッカー を叩いて、音の高さ（ピッチ）を測定してみましょう。
下のデータは、ダイアトニックセット 品番： BWDW の ラ（Ａ） の チューブ を叩いた時の 音を、マイクで拾い、波形分析をしたものです。
音の高さは、 Frequency 442.5 Hz と測定されました。ラ（Ａ） の チューブ の長さは、約３６．３ｃｍ （0.363 m）でした。
f = V/２Ｌ に、数値を代入して計算してみます。
f ＝ 340/2×0.363＝468 Hz と計算されました。
正確には、開口補正というのがあり、音波の波長 (λ ラムダ) は パイプの長さ より長くなっていることを考慮すれば、
実際に測定された、Frequency 442.5 Hz と468 Hz と計算された値は、ほぼ合っていると考えて良いと思います。実際に、メーカーでブームワッカー を作る時は、ラ（Ａ） の チューブ の長さは、その音の高さが、442 Hz 前後になるように、正確に長さを決めていると思います。
オーケストラなどでチューニングされる ラ（Ａ）の 音の高さ（ピッチ）は、442 Hz です。
そう言うことで、 ブームワッカー には、ドレミ・・・に相当する、それぞれ違った長さのチューブが用意されているのです。
一番左端 最低音のドのチューブの長さは 1.28m
一番右端 最高音のドのチューブの長さは 0.30m最低音のドの音の望ましい周波数は、C=130.8 Hz ですが、チューブの長さからは、 f ＝ 340/2×1.28＝132.8 Hz と計算されました。
この場合も、ほぼ一致してますね。
ブームワッカー と言う楽器は、チューブを叩いて、中の空気を振動させて、その音を出す楽器だったと言う事が分かりました。
ブームワッカー（チューンド・パーカッション・チューブ）は、
パーカッションのように叩いて音を出す楽器、
ドレミ・・・の正確な音階を出すために、調律されたカラフルなプラスティックチューブと言うことになります。
冒頭にも書きましたが、木琴のような楽器かと思ったのですが、実は、そうでは無く、管楽器の仲間だったのでした。
この図は、管楽器の最も一般的な横笛・・・フルート の原理図です。
フルートのような管楽器は、管の長さを変えるのでは無く、明いている穴を塞ぐことで、見かけの管の長さを変えて、違った高さの音を出しています。
フルートの場合は、上の ブームワッカー の場合と同じく、両端が開いた管・・・開管として、長さと音の高さ（ピッチ）の関係が決まります。
すなわち、一方の端は、BLOWHOLE 歌口 または、歌穴。 もう一方の端は、TONEHOLE 開孔 または、全部閉じた時は、管の全長 と言うことになりますので、
管の長さと音の高さ（ピッチ） の関係は、ブームワッカー の場合と同じです。
ところが、少し違う管楽器も有ります。 この写真を良くご覧になって下さい。
ペルーやハンガリーの民族楽器 Panpipe (パンパイプ)片方の端は、竹の節が有って、塞がれています。
こういう楽器の、管の長さと音の高さ（ピッチ） の関係は、どうなっているのでしょうか。
図３
また、同じような図が出て来ました。 この図の場合は、管の一番上の端が、塞がれています。
この図は、一方の端が塞がれた、いわゆる、閉管 の中の空気を振動させた時の、管内の空気柱の振動モード を示しています。
一番左、Ⅰの図の、ピンクの形は、上で述べた、図１両端があいた時の物に大変良く似ていますが、ピンクの波形が、半分しか有りません。
しかし、実際は、管の中の空気は共振していて、上で述べた、両端があいた時の図１のⅠと同じ音を出しているのです。すなわち、一方の端を塞さいだ管・・・閉管 の場合は、 管の長さが半分でも、両端があいた管・・・開管 と同じ音の高さの音になります。
ただし、開管と大きな違いが有ります。
図１の開管の場合は、Ⅱの場合は、２倍の高さの音・・・第２倍音。
Ⅲの第３倍音。 Ⅳの第４倍音 がでていることを述べましたが、
図３の閉管の場合は、Ⅱの２倍の高さの音・・・第２倍音は、存在しません
Ⅲの第３倍音は有りますが、Ⅳの第４倍音も有りません。
以下同様、Ⅴの第５倍音は有ります。・・・すなわち、奇数の倍音しか出ないのです。
図４
上の、開管の場合と同じように、閉管の場合も、こんな風に見えると思います。
管楽器の中で、閉管の挙動となっている物の代表例は・・・クラリネット です。
まろやかな音色は、その倍音の出方から生まれています。 また、フルートとそんなに長さが違わないのに、低い音まで出ていますし、音域の広い楽器です。
これは、一方の端が塞がれた閉管だからです。上の写真の、ペルーやハンガリーの民族楽器 Panpipe (パンパイプ) も、閉管ですから、楽器の大きさの割に結構低い音域が演奏出来ます。
この写真は、パイプオルガンに使われているパイプを示した物です。 一台のパイプオルガンにも、色々な形の物が使われています。
上の、違った形のパイプは、何れも同じ高さ（ピッチ）の音を出す物ですが、音色を変えるために色々な形が用いられています。
右の４本は、上端は塞がれてない、開管です。
一番左の１本は、上端が塞がれた、閉管です。 右の４本と比べ、長さはほぼ半分ですが、音の高さ（ピッチ） は同じです。そうです、一方の端を塞さいだ管・・・閉管 の場合は、 管の長さが半分でも、両端があいた管・・・開管 と同じ音の高さの音になります。
もう少し、言い換えますと
同じ長さの管の、一方の端を塞さぐと、音の高さは 半分に下がる・・・すなわち、オクターブ下がる・・・
と言うことになります。
| 優れものの オプションアイテム |
オクタベーターセット 品番： OC8W
は、この原理を旨く使った優れものでした。 なーるほど・・・
チューブの端にプラスティックキャップを嵌めると、何と・・・音が１オクターブ低くなります。
８ケで１セット。 ダイアトニックをベースダイアトニックの音域にすることが出来ます。
ベースダイアトニックに使えば、更に１オクターブ低くなります。 この場合の最低音は、チェロの一番下の Ｃ の音 (C=65.4 Hz) と同じ高さ。
そうです。 ダイアトニック １セット、ベースダイアトニック ２セットと、オクタベーターセットで、３オクターブの音域を演奏できるんです。
これだけ有れば、素晴らしいアンサンブルも楽しめると思います。
ビデオをご覧下さい
Windows Media Player (3,450KB)
それでは、あなたも ブームワッカー を楽しんで下さい。
工房ミネハラ
Mineo HaradaUpdated:2002/7/17