量産品の音色を熟練職人のヴァイオリンに近づける

量産品と職人のヴァイオリンの音色の違いを数値化

美しい音色を奏でるヴァイオリンですが、熟練の職人が作ったものは百万円以上と高額であり、誰もが気軽に購入し演奏を楽しめない現状があります。一方、工場で量産されるものは数万円からあり安価ですが、よい音色が出せないことが多いのです。
それぞれの音色を計測して、比較すると、量産品は職人の作ったものに比べて滑らかな波形でないことがわかりました。どのような素材でどのような形状に加工をすればよい音色が出るか、コンピュータで形状モデルを作成し、職人が作ったものの波形に近づける研究が行われています。

木材・ニスの材料データを分析し、計算モデル化

ヴァイオリンは、木の「箱」と弦、弦を支える駒などで構成されており、弦と板の振動で音色が決まります。ヴァイオリンの材料はマツやカエデの仲間の木材です。その種類や厚さ、表面を保護するニスなど、さまざまな要素が振動、音響にどう影響するかを解析し、どのような波形になるか、職人が制作したヴァイオリンの端材で材料データの分析が行われました。
コンピュータ・シミュレーション（CAE）では「有限要素法」という技術を用います。これは自動車などの工場製品の解析に使われる技術をヴァイオリンに適用したものです。全体を細かくメッシュに分割し、部分ごとに計算してすべてを統合することで、ヴァイオリンの音色を計算するのです。

コンピュータの計算で音色をより正確に再現

現在、シミュレーションの精度を上げることが課題です。従来は、材料は完全に接着されているという前提で計算が行われていましたが、実際の接着の強度は弱いことがわかりました。そこで、「ニカワを使った板の接着の状態」を正確に計算に加味したところ、精度が上がり、実験データにより近い結果が得られました。
このようにシミュレーションの精度を上げていき、工場での加工に生かせれば、職人が作ったヴァイオリンの音色に近づいていくと考えられます。また、この技術がほかの楽器にも応用できると期待されています。

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先生情報 / 大学情報

帝京大学理工学部総合理工学科機械・航空宇宙コース教授黒沢良夫先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

機械力学、音響学、CAE、有限要素法

先生が目指すSDGs

メッセージ

私は、自動車の会社に勤めていましたが、自分の好きな対象をじっくり研究したいと思い、大学の教員になりました。自動車の音を静かにする研究開発を行っていましたが、その研究手法をヴァイオリンの解析に応用し、材料や形状変更による音色の変化をコンピュータの計算（CAE）で再現しました。従来、長年の勘と経験で製作されてきたヴァイオリンの数値化・見える化を目指しています。
ぜひ、自分の興味のある対象を研究している先生を見つけて、充実した大学生活を送ってください。

先生への質問

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帝京大学宇都宮キャンパスは、栃木県宇都宮市の北西部の高台にあるキャンパスで、理工学部では総合理工学科を設置し、機械・航空宇宙コース、ロボティクス・AIコース、情報科学コース、環境バイオテクノロジーコースの4つのコースで幅広い理工学の学びを展開。医療技術学部柔道整復学科、経済学部地域経済学科も開設され、文系・医療系・理工系を擁するミニ総合キャンパスとなっております。それぞれの学問領域で交流を図りながら各分野のスペシャリストとして、将来、さまざまな分野の核として、地域に貢献できる人材を育成します。