オルゴールと共鳴箱

質問

オルゴールの共鳴箱を設計・計算し作成しようと思うのですが、
オルゴールの何の因子によって計算したらよいのでしょうか？

また、計算方法もわかりましたらよろしくお願いいたします。

回答No.1

iBook 2001（@iBook-2001） · ベストアンサー

はじめまして♪

私も昔、オルゴールで結構遊びましたよ。

オルゴールのメカとしての本体部分が影響するのは、基本的に取り付け寸法くらいです。

共鳴振動で音が大きく成るのは、あくまで「箱」自体ですからね。

私はスピーカー工作も趣味の一つなんですが、スピーカーユニットと箱の関係と、根本的には同じだと考えています。

違うのは、オルゴールは箱の共鳴や振動を利用して音を大きく豊かに鳴らす事、スピーカーは容積や共振で低域特性をコントロールしながら中高域の共振音を極力抑える事。
ようするに、板が振動し易くするか、振動しにくくするかの違いでしょう。

大きいと最低共振周波数が低く出来るので、大型冷蔵庫の様なオルゴールはかなり低い周波数の振動子まで備えて、独特の音色を得る事が出来ます。しかし、小型のオルゴールユニットですと小さい振動子、つまりそもそも低い周波数成分は少ないので小さな箱で十分、という事で良いでしょう。

「共鳴箱」というと、私なんかはどうしてもスピーカーのバスレフ方式とかをイメージしてしまいます。
http://www.ne.jp/asahi/shiga/home/MyRoom/helmholtz.htm
http://www.ravco.jp/cat/view.php?cat_id=4810

単一周波数での響鳴現象が一番効率は良いのですが、そうすると特定の音程のみが強調されます。
各音階に響鳴させようとする場合、ヴィブラフォンやパイプオルガンの様に響鳴パイプを多数用いるという形式も有るには在りますね。
http://jp.yamaha.com/products/musical-instruments/percussions/vibraphones/

これは、あくまで空気振動に依る響鳴現象を利用する形です。

他に、板自体の振動、共振振動も大きな役割があります。むしろ小型のオルゴールではこちらの効果の方が主役でしょう。

元々板等の固体には叩けば響く、固有振動があります。大きさやその他の影響も在るのですが、一般的には薄くて固い物程、強く影響します。
この個性をもっとも良く利用したのがヴィブラフォンの打鍵とか、ハンドベルなどの音階打楽器でしょうかねぇ。
ただ、固有共振が強過ぎますと他の音階部分では音量が得られにくいので、このままではオルゴールには向きません。

このため、固有の周波数共振が強過ぎず、いろんな周波数での共振も出てくるような素材や構造が好ましいと言えます。

広い音域で、綺麗に響かせようと言う目的の最たる物は、バイオリンとかフォークギターとかのアコースティック弦楽器のボディー部分でしょう。

私もギターにオルゴールユニットを当てて鳴らした事があります。

私の場合はオモチャ並みの小さなユニットでしたので、ギターへ触れさせた時の印象は、ボワンボワンと低域側の音階部分が響き過ぎ、おそらくギターの弦も共振して、より音が変に成ったのかもしれません。
接触させる部位でも音の感じが変わります。
それは、振動の伝達と端に当たって帰って来る振動と言う相互影響で共振モードが変わるからでしょう。

均一な素材であれば、震動源から端で振動の反射が発生し、その素材の音速や距離等で共振する周波数が決まって来ます。その意味では円の中心が震動源の場合に一番固有周波数での共振が強く成る、周辺におけば距離差に依る共振周波数の分散効果が得られると考えて良いでしょう。

しかし、薄い木材の板、単版なら、木目と言う方向性も在るので、更に複雑な共振が得られます。
木目を縦横と張り合わせた合板は、ほぼ均一な素材と考えた方が良いので、真ん中取り付けでは無い方が分難、さらに円よりは四角、正方形よりは長方形、三角や台形等の平衡辺が少ない方が、、、
と考え過ぎて行くと共振周波数はどんどん分散しますが、そのかわり「強い共振」は得にくく成って、音量感は出てこなく成りますね。

正方形の板面に、真ん中にオルゴールユニットを取り付ければ、縦横で同じ周波数の共振が出て、ある音程で強く聞こえてくるでしょう。でも対向する辺を片方はがっちりと、もう片方は固定しない等で振動モードを変えておけば、強調感は少なく成ってその代わり他の音程が聴きやすく成ったりもします。

つまり、「箱」という形で設計する場合、３面から６面の板が有る訳で、それぞれの素材、寸法、固定具合などから共振周波数の分布を特定して、箱の容積や対向面等からの空気共振も加味し、、、
事実上、無理でしょうねぇ。

空気共振だけなら、上記リンクにある、スピーカーの設計とかにも応用される部分が有効ですが、、、

実際のスピーカーでも、共振が多くて音が暴れていると感じたら、内部に補強を加えたりします。
しかし、その補強で、大人しくは成ったが躍動感というか面白みが減り過ぎたので、補強位置を変えて、、、なんていうカットアンドトライは高級機にはつきものです。

板響鳴も積極的に利用する、オルゴール箱ですと、ほんとに高級サウンドを目指せば、スピーカーのような工業製品というよりも、ほんとに手造り楽器のような側面も強く成ると思います。

どんな素材で、どんな大きさや形で、どのような構造が好ましいか、実際に試作をして試聴をするしか無いのでは？と思います。

お礼

詳しくありがとうございます！音の変化って、本当に楽しいですよね♪
実際に作ったりいろいろ試してみます！