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弦楽器(げんがっき)(絃楽器とも)とは、弦に何らかの刺激を与えることによって得られる弦の振動を音とする楽器の総称である。弦の振動を得るために、弦とそれを張力をもって張っておく装置を備え、多くの場合は得られた音を共鳴させて音を拡大するための装置を持つ。

楽器分類学では弦鳴楽器と呼ぶ。

◆ 音の出し方

弦をはじく、または弓のつるで弦をこする、または弦を叩くことによって、弦に刺激を与えると、弦が振動して音が得られる。刺激の与え方により、撥弦楽器、擦弦楽器、打弦楽器に分類することができる。

; 撥弦楽器:弦をはじく。はじくには、指、爪、またはそれに変わるもの(義甲、プレクトラムという)を使う。箏、ギター、エレクトリックベースなどがこうして音を出す。

; 擦弦楽器:弦を弓のつるでこする。ヴァイオリンの仲間や、胡弓の仲間、モリンホール(馬頭琴)の仲間などがこうして音を出す。弓のつるは馬の尾の毛のような摩擦の大きいものを使い、さらに松脂などによって摩擦を大きくする。韓国の牙箏(アジェン)のように、弓ではなく木の棒で擦るものもある。

; 打弦楽器:弦を打つ。ピアノ、一部の打楽器や、和楽器の一部もこれに入る。弦を打つのは、ハンマー、ばちなどである。

ただし、これらの奏法は必ずしも楽器ごとに固定しているわけではなく、例えば擦弦楽器であるヴァイオリン属の楽器には弦を撥弦楽器のように弾いて音を出すピチカートという奏法があり(コントラバスをポピュラー音楽で使う場合にはむしろその方が一般的である)、撥弦楽器である箏には弦を叩いて音を出す打ち爪という奏法がある。その他三味線の撥音には弦だけでなく皮の振動音も複合されており打楽器的な効果もあり、ギターの胴を手で叩いて打楽器的効果を出したり、三味線、箏には「すり手」「すり爪」といって、爪で弦をこすって「ズー」という効果音的な音色を出す技法がある。但し、チェンバロ、ピアノ等は普通弦楽器ではなく、鍵盤楽器に分類される。

弦楽器では、共鳴体によって音の高さが決まる管楽器と違い、発音体たる弦の振動数(周波数)によって音の高さが決まる。弦の振動は一般には非線形現象だが、多くの弦楽器では以下のような1次元の波動方程式によって十分に近似できる。

また、多くの弦楽器では弦の両端は固定されているため、以下のような境界条件を満たさなければならない。

この偏微分方程式の解は一般に、

ただし、$\backslash omega\_n\; =\; \backslash frac\backslash sqrt\backslash frac$であり、$C\_n,\; \backslash phi\_n$は初期条件に依存する定数。

で表される。この解のうち音として現れるのはcosの部分である。これは振動数 $f\_n\; =\; \backslash frac$ の波の和になり、n=1の波が基音、n=2,3,…の波がそれぞれ第2倍音、第3倍音に相当する。これらの倍音の比率は弦楽器の音色を決定する要素となる。弦の基本振動数は次の式によって得られる。

l: 弦の長さ (m)

T: 張力 (ニュートン)

σ: 単位長さあたりの質量 (線密度, kg/m)

このように、振動数は弦の長さ、弦の張力、弦の単位長さあたりの質量(弦の太さ、弦の密度)によって変わるので、複数の高さの音を得るためにはこれらを変更すればいいことになる。そのために次のような工夫がされる。

・ 弦の振動する長さを変更する。

・ 弦の張力を変更する。

・ 得られる音の高さの異なる複数の弦を張る。

多くの弦楽器は、これらの中から1つ以上の方法によって音の高さを変更している。例えば、エレクトリックギターでは、異なる高さの弦を6本張り、弦の振動する長さを短くするために指板やフレットと呼ばれる装置を備え、さらに演奏にあたって弦を横に引くこと(チョーキング)により張力を変える。

◆ 共鳴の仕組み

弦楽器では、弦と空気の音響インピーダンスマッチングが悪いので、弦の振動だけではかすかな音しかしないことが多い。聞こえる音量を増大させるために、いったん弦の振動を空気の音響インピーダンスに、より整合した別の振動体(振動版)に伝えてから空気中に輻射させる、いわゆる共鳴の原理が用いられる。

ほとんどの弦楽器の「胴」はこの共鳴を実現するために作らた「共鳴胴」である。その形状は大きく分けて

・ 単一の板または適度な張力で張った膜(ピアノ、一部のバンジョーなど)

・ 穴の開いた中空の箱(バイオリン属、ギター、琴など)

・ 閉じた中空の箱(三味線など)

となるが、最初の2種は位相幾何学的には同一である。ピアノのように単一の板の共鳴体を「響板」と呼ぶ。

共鳴胴の形状は特定の周波数での鋭い共振を避け、幅広い音域で滑らかに共鳴させるために、曲面や曲線で囲まれた平面で構成される。たとえばリュートやウードにでは一面は平面であるが他面は半球である。希に裏板が平面であるコントラバスが存在するが、これはヴィオール属の名残であり、現在は多くが曲面である。ギターでは表裏の板は平面であるが側板は曲面であり、さらに胴の内側で部分的に振動を抑制するような構造(ブレーシング)で共振点の分散を図っている。

共鳴胴から発する音は通常、楽器の音量の大きな部分を占めるので、その材質、寸法、形状、仕上げ、他の部品との接合の具合などは、楽器に音質に大きな影響を与える。共鳴胴の材質は、その適度な内部損失、加工のしやすさ、耐久性、入手の容易さから、木の薄板や組み木を板状にしたものが多く、三味線のように一部に動物のなめし革を使ったものがある。共鳴胴の最初は太鼓であっただろうと考えられている。

◆ 分類

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