テーマNo.1014    「楽器作りよもやま話」その2

                               ＊  楽器の設計・製作過程と音作り  ＊

                                                                                                          楽器創造館　村上和男

そもそも楽器を設計製作する時の目標は、良い音の楽器を作るということであろう。楽器メーカー内の技術部門では日常業務として次期商品とすることを目的として楽器の設計が行われているが、通常その仕事は複数の担当者により、ステップ的に進められる。各ステップに共通して、良い音がする楽器を作ることが最大の目標になるが、三十余年間、楽器の研究開発に取り組んできた経験から、楽器の音作りの考え方とその過程について要約的になるが、試案・提案も交えてお話させていただく。

１．楽器の演奏系に於ける音色の評価

楽器は演奏される場面で初めてその音色が形成され、評価されることになる。音色は楽器本体の音響特性と奏者（奏法）により形成される。従って音色の特徴は楽器本体の音響特性要素と奏者の奏法入力によるものと双方のインタラクションによるものに起因すると仮定する。評価は奏者自身によるものと聴者(享受者)の立場によるものに分かれ、奏者にとっては演奏性(インターフェース)の要素もその評価に影響を与える。両者に共通してその音場の影響も受ける。どちらの立場の評価を重要視するかはその目的によるが、いずれにしても設計者は楽器本体の音響特性との因果関係に関連付けて理解しなければならない。奏者自身による評価は、演奏意図をもって奏法入力してそのレスポンスを奏者の聴覚と触覚（タッチ感など）で評価することになる。当然のことながら奏者によってその評価は異なる。奏者は享受者の立場での評価も必ず確認するものである。

２．楽器の設計・製作過程に於ける音色研究事例

楽器の研究・開発・設計過程の例を図１

に示す。

図１　楽器の研究開発過程

楽器の研究・開発過程は楽器によって異なるし、その手法は開発の目標により、又、その設計者・製作者によっても異なるが、本筋に於いてはこのような過程で進められる。各過程にはその時代において利用可能な先端的な技術が適用される。図中の（I）、（II）、（III）の過程で音色が形成される。研究開発の初期の段階では（I）と（II）のステージが重視されるが（II）の機械的計測解析のステージはその有用性において限界があり、かなりの労力を要するので省かれることもある。しかし（II）に基づいて設計・製作の過程に進めない場合は（III）のステージで音色を形成していくための論拠に乏しく、量産体制になるとコストが優先して音色を維持発展させていくのが難しくなる。

・楽器本体の音色形成要素

楽器の設計製作者は奏法や演奏性を勘案しつつ、楽器本体の音響特性と構造振動特性を如何に適正化するかに腐心する。ここでは筆者が開発を担当した経験をもつ楽器について、音色形成と最も因果関係の強い要素を挙げてみる。

＊ピアノ：ピアノの構造要因と音響特性

楽器の音色形成要素を、最も複雑な構成要因からなるピアノについて図２に示す。ピアノの音色はこれらの要素により形成され、進化してきた。

図２　ピアノの構造振動要素

音色を形成する音響特性要素としてピッ

チ･音程･音量･共鳴特性･放射特性・発音性･止音性･周波数スペクトラム･雑音成分・減衰特性・変調性･協和性等があげられる。

＊管楽器：音程特性と音質

金管楽器の吹奏系のモデルを図３に示す。唄口からの入力条件は閉じた状態に近く、高いインピーダンスを示す。

　　図３　金管楽器の吹奏系モデル

金管楽器の場合は楽器本体の音響管としての共鳴特性により、その音程も音質もほぼ定まっている。奏者の奏法と音程感により音色が形成される。管体の材質や板厚や、塗装・材質処理などは奏者に吹奏感の違いとして奏法に影響して、奏者にとっての音色評価にも関わっている。

＊打楽器：構造振動特性と音色

　打楽器は被打撃体の構造振動特性によりほぼその音質が定まる。特に音板打楽器のビブラホンにあっては音板の裏面を抉って第一次と二次と三次の振動モードの周波数を公称周波数に対して1:4:10に調律する。これによって倍音構造が調和性の音質になる。しかし、同じように調律するにしてもその抉り方は音板の形状寸法により、メーカーにより異なり、音量や減衰特性や第一次モードの歪み方（振動の非対称性）にも影響する。ディーガン社製は音量的には劣るが打撃時に振動モードが歪みやすく高次倍音成分が多く発生して、マイク載りがよいとしてスタジオ録音などに好んで使われる。音量と音質は二律背反的である。

＊弦楽器：バイオリンの形状寸法と音色

　バイオリンは手作りで創られ、一台ごとにその形状寸法が異なり、その材質や塗装や接着仕様も異なるので構造振動特性が異なることになり、その音質も一台ごとに違ったものとなる。しかも真偽のほどはさておき、これらが経年変化してある程度年代を経たものが良い楽器とされている。

名器といわれる楽器の図録解説書は数多くあって、多くの人が関心を寄せるテーマである。The　Miracle　Makers（Bein & Fushi inc.）には三枚のCDがついていて、世界的なコンサートバイオリニストElmer Oliveira（米）が同じ条件で夫々１５台のStradivariとGuarneriのバイオリンを弾いている。これを聞きながら図録を眺めていると夫々の音色の共通性と形態の共通性が見えてくる。名器に迫ろうとするならこの形状寸法をいかにしてモデリングして再現性を持って作ることができるかが第一歩である。その上で材料を選別してこれを音響的に改質処理して、その素材を生かす加工法と組み立て工程、塗装工程を研究することで良い音色が得られるはずである。

３．楽器本体の音色形成過程のモデル化の試み

ピアノ、管楽器、打楽器、弦楽器などの自然楽器の楽器本体の構成要素と音色形成についてみてきたが、ここでは楽器本体の音色形成過程とその評価のモデル化の試みとして次の三つのモデルを提案する。

（１）楽器本体の設計・製作過程の音色形成モデル

楽器本体の音色形成に関する設計製作過程のモデルを図４に示す。

図４　楽器の設計製作過程と音色形成

楽器によってはこの中でいくつかの要素が欠落しているものもある。又は一体不可分となっている要素もある。このモデルの運用にあたっては各ステップごとに特性が把握され評価されることが肝要である。また、楽器の中で起こっている現象を理解することが重要で、現象に寄与している要因が音色にどのように関わるかを考察して、どの要因を精査するかを定めることが出来る。矢印に従って設計製作過程を進めるが、途中で上位の要素の仕様を替える場合は、それに伴って下位の過程を再度適正化しなければならない。形状寸法と構造強度が精度良く再現して作れるようになったところで、材料処理や塗装仕様により、さらに音質を改善することができる。

（２）新しい音色評価システムの提案

〜奏者による評価と音づくり〜

楽器の音色の形成には奏者の奏法入力が大きく関わっている。ここでは奏者の音づくりへの関わりを通して楽器本体の音を定性的、または定量的に評価するシステムを提案する（図５）。定性的に評価するとは、フィルター特性の広域をあげるとか、下げると言うことで、定量的に評価するとは、基本波成分を2dB上げるとか下げるとか言うことで、これを奏者自身が演奏しながら操作して所望の音を作ることで、その結果が楽器本体の音色を評価することになる。

図５　奏者による音色形成と評価システムこれは録音やPA（Public　Address）の音響信号処理の過程で、楽器の演奏系の中で奏者自身が楽器の音響特性を補正して音づくりする手段を提供することにもなる。

このシステムは消音楽器や減音楽器、いわゆるサイレント楽器の音の評価と改良目標設定のためのツールにもなろう。サイレント楽器は楽器演奏系の再構成の試みであり、未だ進化の途上にあるが、サイレント楽器を自己完結の楽器とするためにはそれぞれ独自の音響放射体(スピーカの類)を用意する必要があろう。

又、バイオリンの弓やサックスのリードやドラムスティックにセンサーを装着して奏法入力情報の評価もできるとシステムの活用の分野も広がることになろう。

（３）自動演奏によるピアノ本体の評価

〜享受者の立場で楽器を選ぶ〜

楽器本体の音色の評価の手段として、例えばピアノの場合は自動演奏システムにより演奏してこれを聞いて評価するシステムを提案したい。自動演奏は組み込み（BI）型でなく鍵盤を前から弾くロボット型が望ましい。音場の影響もあるので音場の特性をDSPで設定できると良い。評価は評価ポイントを明確にして定量的に行われるのが好ましい。複数の比較評価対象ピアノがあるときは自動演奏すれば評価者が聞きたいピアノを切り替えてスピーカの鳴き比べテストのようにテストが出来るので評価の精度を上げることが出来る。自動演奏のシステムがない楽器にあっては、規格化された奏者の試奏を聞いて評価することになる。