(57)【要約】【課題】従来の経験主体の作業によらずに心地よい音色が出やすいベルの形状の一般的特徴が求められていた。また、同時に、従来のカットアンドトライの試行錯誤に始終していたベルの快音化に対して、設計方法を簡略化し、ある特徴に基づいた効率的開発方法が求められていた。同時に調整方法も効率的な方法が求められていた。【解決手段】主となる縦の振動モードの周波数と主となる湾曲面の振動モードの周波数比が単純な整数比をなすことを特徴とした。また、実験より関係式を導き出し、その形状にそった開発手法を用いた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒形状のベルにおいて、
主となる縦の振動モードの周波数と主となる湾曲面の振動モードの周波数比が単純な整数比をなすことを特徴とするベル。
【請求項２】
主となる縦の振動モードの周波数と主となる湾曲面の振動モードの周波数比が整数倍であることを特徴とする請求項１のベル。
【請求項３】
主となる縦の振動モードの周波数と主となる湾曲面の振動モードの周波数比が１:１であることを特徴とする請求項２のベル。
【請求項４】
筒形状の端部がホーン形状を有する請求項１または２または３のベル。
【請求項５】
筒形状の両端部がホーン形状を有する請求項４のベル。
【請求項６】
回転体形状を主に有し、かつ、厚みが変化するベルにおいて、ベルの曲面の厚みに対する中心点（ａ）から、対称となる中心点（ａ´）を結ぶ直径Ｄａとそのときの厚さＴaとし、任意の直径値Dｘとしたとき。任意の厚みＴｘが関係式がＴx＝(Dx／Da)＊＊２＊Ｔaで求められる厚さを主体とした形状を求めることを特徴とした開発方法。
【請求項７】
回転体形状を主に有し、かつ、厚みが変化するベルにおいて、ベルの曲面の厚みに対する中心点（ａ）から、対称となる中心点（ａ´）を結ぶ直径Ｄａとそのときの厚さＴaとし、任意の直径値Dｘとしたとき。任意の厚みＴｘが関係式がＴx＝(Dx／Da)＊＊２＊Ｔaで求められる厚さを主体とした形状を特徴としたベル。
【請求項８】
ベルの振動モードの調整方法がまず第一に主となる湾曲面の振動モードを特定し、次に縦の振動モードを調整する手法によるベルの調整方法。
【請求項９】
請求項８により、調整されたベル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベルとその開発方法ならびに調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のベルは図２にみられるような一般的にベル型として理解されている。開放部に対してラッパ型に開いた形状は主に洋風ベルとして知られている。一方では開放部に対して包み込むような形状（図３、図４）は、日本の梵鐘やおりんに使われており、一般的な日本の鳴物として、知られている。いずれも歴史は古く、伝統的な手法の中でさまざまな発展をとげてきている。材質的には古くから銅合金で鋳造されるものが多く知られているが最近はさまざま材質のものが利用されている。
ベルの厚みに関しては、特開平５−２８９６５５の定肉厚鐘体として、肉厚の等しい鐘体で音楽演奏の帯域を確保する工夫が提案されている。また、おりんとして、特開平８−２０５９８９において、叩打時の響鳴の良好な仏リン形状を追及した提案もある。またパイプ状のチューブラベルもよく知られている。これはパイプ状の金属を吊るし、主に上部を叩き、音を出すもので、長さに応じて、音階が変化し、非常に音程の調整がしやすいのが特徴とされる。また、スペインの建築家として著名なアントニオ・ガウディは志しなかば、試作のみで終わったが、チューブラベルの音域調整のしやすさとラッパ型ベルの音量の豊富さを生かすように考案したのではないかと考えられるクラリネット形状のベルが知られている。
【０００３】
パイプ形状のベルにおいて、縦の振動モードは一次モードから始まり、二次、三次、・・、Ｎ次と複合する。
その時の各振動周波数の比率は必ずしも整数比ではない。そのため、オーケストラベルなどの製品の一部には、適度な重さを付加し、この比率を改善したものもある。
電気通信大学情報通信科高澤嘉光氏の論文「チューブラベルにおける「うなり」について」では捩り振動に関して言及されている。
しかしながら、どのベルにおいても形状や厚みに関するこれといった直接的関係式を明確に表すことなく、経験的に理想とする音色を得るために、ベル形状を工夫していた。より、快音化のベルを作ろうとするとあいまいな経験則に頼るしか方法がなかった。
【０００４】
また、音階ごとのカリオンのような鐘を必要としたときに、従来からの形状を参考としつつ一連の形状を求めることは、非常に面倒な工程を必要とした。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の経験主体の作業によらずに心地よい音色が出やすいベルの形状の一般的特徴が求められていた。
また、同時に、従来のカットアンドトライの試行錯誤に始終していたベルの快音化に対して、設計方法を簡略化し、ある特徴に基づいた効率的開発方法が求められていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
研究の結果。パイプ形状に関して、厚み、高さ、直径に関して、図５のような関係式が成り立つことが判明した。これらの関係式を含め、実験から、従来の主たる縦のモードとは異なる湾曲面の振動モードの存在は高さにほぼ無関係であり、厚みや直径に関して、関係を持つことがわかる。（ここで、縦の振動モードについては、図７で、湾曲面の振動モードについては図６の説明図を参考のこと。図１では概念的説明をまとめている。）また逆に、たての振動のモードは高さに依存する。この性質を利用して、たての振動モードと湾曲面の振動モードの周波数比率をほぼ整数比にすることで、音の改善化が図られる。特に主となる縦の振動モードの周波数と主となる湾曲面の振動モードの周波数比が整数倍であることはより、明白に改善が感じられ、また、その中でも1：1の比率に関しては、エネルギー的にも有利である。
加えて、これらの性質を利用して、直径が一定のいわゆるチューブラベルと呼ばれているパイプ状のベル以外の形状でも、応用が図られる。
具体的には。
ベルの曲面の厚みに対する中心点（ａ）から、対称となる中心点（ａ´）を結ぶ直径Ｄａとそのときの厚さＴaとし、任意の直径値Dｘとしたとき。任意の厚みＴｘが関係式がＴx＝(Dx／Da)＊＊２＊Ｔaで求められる厚さを基準とするベル。すなわちTx／（Dx＊＊２）＝Ｋ（ただしＫは任意の定数）となる関係式からなる形状のベル。とする。このとき、Ｋは周波数ｆと比例する定数である。これは、グラフから求められた関係式と近似であるため、その形状の持つ湾曲面の振動モードがもっとも強く出る性質を有する。
【０００７】
加えて、一般的なベルの形状に対しても、振動モードが、縦の振動モードと湾曲面の振動モードの周波数値が整数比となるような形状のベルとすると理想的である。
さらに、パイプ状のベルにおいては空間における空気振動モードとほぼ整数比の関係になるような振動モードを考慮した設計とすることで、快音化がより精密に図られる。
また、パイプ型のチューブラベルの端面を開いた形状のベルにすると、ホーン効果が得られ、開放方向に指向性を有するベルとすることができる。
それに、パイプ型のチューブベルの両端を開いた形状のベルにすると、一方向の開放方向だけでなく、反対方向の開放部の方向にも指向性をもった音響を響かせることが可能となる。
【０００８】
開発手法としては、ベルの形状データをインプットする。それを基にコンピュータを用いてモーダル解析する。そのデータを基にもっとも音に関して、有効なモードに対して、不協和音を生じやすい振動モードを減衰しやすくしたり、振動数をほぼ単純な整数比にするようにシフトさせるように工夫する。
調整方法としては、まず第一に主となる湾曲面の振動モードを特定し、次に縦の振動モードを調整する手法によるベルの調整方法が簡便である。
【発明の実施の形態】
【０００９】
実施の形態を図８で説明する。
一般にベルを叩いたときのもっとも主となる振動モードは図６に見られるような湾曲面のモードで、開放口の一次モードである。このモードが面として全体的に振動する一次モードがすみやかに得られる形状を実験から求めた。
ベルの曲面の厚みに対する中心点（ａ）から、対称となる中心点（ａ´）を結ぶ直径Ｄａとそのときの厚さＴaとし、任意の直径値Dｘとしたとき。任意の厚みＴｘが関係式がＴx＝(Dx／Da)＊＊２＊Ｔaで求められる厚さを主体とした形状がそうである。
この式は実験より求めた数式に近似している。
【００１０】
また、この場合の打点の位置は断面における重心点を叩くのがもっともエネルギーを鐘に伝えやすい。
【００１１】
実施形態  2
図５では縦振動に関するもっとも有効とされる４次モードに注目している。
それとは別に湾曲面の振動モードは無関係に存在している。つまり、この場合においては、湾曲面の振動モードをもっとも有効な縦の振動モードの周波数と整数比の関係をなすように、厚みと直径を変化して、調整すればよい。
【００１２】
【発明の効果】
もっとも音質に影響を与える主たる縦の振動モードと湾曲部の振動モードが単純な整数比の関係であるため、とても美しい調和の取れた音響効果を有する。
また、開発手法として、得られた関係式を用いることにより、具体的で適切な調整方法が可能となった。
ここで、請求項ごとの効果について、言及する。
【００１３】
請求項１においては、前述した通りで、とても美しい調和の取れた音響効果を有する。
【００１４】
請求項２においては、請求項１の中でも、和音として優れている。
【００１５】
請求項３においては、調和の取れた音響効果とエネルギー的に相互にもっとも伝達しやすい性質を持つ。
【００１６】
請求項４においては湾曲部の振動モードによる音のエネルギーが拡散せずに、効率的に遠方まで、伝達しやすい効果を有する。
【００１７】
請求項５においては、特に両端部がホーン形状であることで、両端から音の開放が得られ、片面方向のみならず、両面による音の開放で、２方向に音を伝達しやすくさせる。また、２面より音が重なり合い独特の音質が得られる。
【００１８】
請求項６においては、これまで、試行錯誤の連続で、経験と勘がたよりの開発手法に、一定の関係式を導入することで、効率的なベルの開発が可能となった。
【００１９】
請求項７においては、もっとも、音に変える効率のよい形状のベルで、減衰も少なくて済むとともに、打点の違いによる、音のズレが極めて微小にできる。
【００２０】
請求項８においては、湾曲部の振動モードがあまり高さに関係しないとの関係の発見から、まず湾曲部を優先的に調整することで、あとは、縦方向の振動に重きを置くことだけで、調整が楽に済む。
何度も、微調整を繰り返す必要性がない。
【００２１】
用語の定義
ここで、用語の定義を示す。
１．主となる縦の振動モードとは、ここでは、もっとも音に変換するエネルギーを持ち、主体となる振動モードを示す。これは、打つ場所やベルの固定の仕方で、異なる。筒形状の断面曲げモーメントにより振動する一次モード、二次モード、三次モード、…、Ｎ次モードと無限であるなかで、もっとも、音に関して影響を与えている振動モードを示す。
２．主となる湾曲面のモードとは、ここでは、もっとも音に変換するエネルギーを持ち、主体となる湾曲面の振動モードを示す。これは、鐘を打つ点や、打つ材質、固定点により、異なるが主に一次モードが主体となる。
３．単純な整数比とは、ここでは、２：３のような、一桁の数字比率であらわせられる整数比を表す。
もちろん、比率の関しては、音程に関する平均率音階と純正律音階との誤差程度の周波数のズレ程度は容認する比率を示す。
５．ホーン形状とは、通常の楽器に見られるような、音の拡散を防ぎ、遠く音を響かせる形状のことを意味する。メガホンやスピーカー、拡声器などにも、この形状は用いられ、一般的な広い概念上の形状を示す。
６．快音化とは、複雑な周波数形態の音を、人間にとって、心地よい周波数形態に変えることを示し、ここでは、主に、違和感を感じる音を排除または、周波数を変化させ、違和感を少なくすることを示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】筒形状のベルの振動モード概念図
【図２】フリーハンド図
【図３】フリーハンド図
【図４】フリーハンド図
【図５】径の変化による周波数の変化図
【図６】湾曲面の振動モードの説明図
【図７】縦の振動モードの説明図
【図８】断面を表す説明図
【符号の説明】
ａ  ：ベルの曲面の厚みに対する中心点
ａ´：対称となる中心点
Ｃ  ：ベル
Ｄａ：直径
Ｄｘ：直径
ｄ−１：湾曲面の一次振動モード
ｄ−２： 湾曲面の二次振動モード
ｅ−１：縦の一次振動モード
ｅ−２：縦の二次振動モード
ｆ：洋風ベル
ｇ：梵鐘
ｈ：おりん
Ｔａ：厚み
Ｔｘ：厚み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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