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§4  定常波 

試験管のように一端の閉じた管(閉管)に息を吹き込むと、その管に特有の音が出ます。
これは管内の気柱に定常波ができ、それが音源となって外部の空気に音波が伝わるからです。
ところで、定常波とは何でしょうか?



すでに理解されたと思いますが、二つの波による、媒質のある点の変位は重ね合わせの原理で計算されます。

ところで、速さ、形が全く同じ2つの波が出会う時に限り、移動せずに大きさだけ変わるように見える合成波が生じます。これを「定常波」といいます。

ここをクリックしてください。
再生ボタンをおして、左右から全く同じ形の波が同じ速さでやってきて定常波ができるまでの過程を実際に見てください。
また、「Show Compo」にチェックを入れておけば、合成する前の二つの波を見ることができます。

定常波において全く振動していない点を「(ふし)」、一番大きく振動している点を「(はら)」といいます。

管楽器でどのように定常波が発生するかというと、吹くことによって入った波と、管の一番端で反射して帰ってきた波(ほとんど同じ形の波)が出会うことによって発生します。
例えば、上のサイトの波を例にとると、左からやってくる波は楽器を吹いたことによって直接生じる波、右からやってきている波は、それが楽器の端で反射して戻ってきた波と考えるとよいと思います。

この検証において重要なことは、その反射する「端」が固定端(つまり閉管)であるか、自由端(開管)であるかによって、定常波のでき方が変わってくるということです。


ここをクリックしてください。
そして、固定端または自由端によって定常波のでき方に違いがあることを体験してきてください。
違いとはつまり、固定端には定常波の節ができ、自由端には定常波の腹ができる、ということです。

「click here」をクリックすることで、固定端(fixed end)、自由端(free end)の変更ができます。
変更したら一端「Reset」ボタンを押してもう一度「>」を押した方が定常波をよく理解できます。
それと、「Show Compo」にチェックを入れておけば、合成する前の二つの波を見ることができます。



固定端(管楽器の閉管部または弦楽器のブリッジ、ナット)には定常波の節が、自由端(管楽器の開管部)には定常波の腹が生じる事がわかります。

これがなぜかを説明できますか?
説明できない場合は理解できていないということなので、もう一度いままでのところを復習してみてください。
(理由はかなり複雑で難しいと思うので、一回で理解できていなくても気にすることはないです。)

「理解できてるよ!」とおっしゃる方は、最終セクションに進んでください。
最終セクションでは、このページのテーマである『閉管楽器からは、なぜ偶数倍音が生じないのか?』が説明されます。



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