フルートなどの木管楽器

質問

フルートなどの木管楽器は両端が開いた管でできていることが多い。途中の側壁についている孔をあけると、そこが一方の端になり、管が短くなったのと同じ効果を示す。 その理由を考えよ。
教えてください。

回答No.1

el156

振動というのは何かと何かが交互に大きくなったり小さくなったりすることで起きます。例えば振り子は位置エネルギーと運動エネルギーが交互に小さくなったり大きくなったりします。振り子の場合、速度が最大の場所で位置が最小になり、位置が最高の場所で速度がゼロになり、これを繰り返します。
音も振動です。笛の場合は空気の圧力と流速がそれぞれ振り子の位置と速度にあたり、圧力変化がゼロの場所で流速変化が最大に、流速変化がゼロの場所で圧力変化が最大になります。前者は「開いた場所」です。笛の解放端や、牛乳瓶をならす場合なら瓶の口がこれに当たります。開いている場所は空気が自由に行き来できるから圧力が上がりません。でも自由に行き来できるから流速変化は最大になります。後者は「閉じた場所」で、例えば牛乳瓶の底になります。瓶の底は空気が動けないので流速はゼロです。でも動けないからこそ圧力が上がります。両端が開いた笛の場合、一見閉じた場所が無さそうに見えますが、笛の真ん中が閉じた場所になります。一番圧力が上がるからです。圧力は、開いた場所が節になり閉じた場所が腹になって振動しますから、両端が開いた笛では開いた場所ともうひとつの開いた場所との間の距離がおよそ1/2波長になります。牛乳瓶なら開いた口と閉じた底の距離がおよそ1/4波長です。これが音程を決めます。
笛の穴をあけた場所では空気が自由に行き来できるようになるから流速変化最大の場所になり、同じ理由で圧力が上がらない場所になります。