SOUND…平成21年度助成研究より…

手作りハンドベルに関する基礎研究

小山工業高等専門学校

小山工業高等専門学校

機械工学科

一般科物理 准教授

博士（工学）

准教授

田中好一

１．はじめに毎年のことであるが、12月の暮れになると本校ハンドベル部のコンサートが校内で行われ、理学博士

柴田

洋一「それで誰が作るの？」と言い出せないでいると、「呑み友達の田中さんしか頼めないんだ！
頼むよ」の言葉が続いた。
この一言が、これまで楽器作りに全く無縁で年甲斐も無く、もー今年もおしまいか？と、昼あった私達の、無謀とも言える下がりの研究室で感傷的な気分になる。

ベル

しかし、この時期には、ハンドベル部顧問の先生の愚痴話が決まって始まる。その内容は、手作りハンドの始まりとなる。

２．天使のハーモニー

ハンドベル

学校の予算措置が今年も得られず、クラブ所有

ハンドベルは正式名をイングリッシュハンドのハンドベルが買えなかったこと、小山市が貸ベルといい、今から約400年前にイギリスの教し出すハンドベルは、利用者が多くなると予約会で聖歌隊が賛美歌とともに、ハンドベルを鳴が大変であること、ハンドベルが借り物なのでらしたのが始まりと言われている。本格的な楽扱いが大変である……等々である。一見華やか器として登場したのは19世紀以降、アメリカにな楽器ではあるが、団体演奏の指導者ともなる渡ってからのことで、教会を中心に広まったよと苦労が絶えないなと感心する。

うである。また、日本にハンドベルが入って来もっぱら聞き役の私としては、「こつこつとたのは1960年代で、本格的に演奏活動が始まっ演奏会を開けば、学校側も予算のことは考えてたのは、宣教師M. I. ケリーがチームを結成しくれるよ」となだめ役になっていた。しかし、た1970年と言われている。その後、1976年に日２年前のある日、顧問の先生が私の研究室に現

本ハンドベル連盟１）が結成され、現在では600れ、満面の笑みを浮かべながら「ハンドベルがを超えるチームが活動を行っている。

何とかなりそうだ！作ることにした」と得意げ

ここで、楽器としてのハンドベルを簡単に説に言う。そのとき、気の小さい私としては、明する。図１は、ハンドベルの内部の構造を表20

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図１

ハンドベルの構造

図２

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ハンドベルの製造工程したものである。ハンドベルはキャスティング

その後、鋳物品は旋盤などの工作機械で切削と呼ばれる青銅製のベル本体を、その内部に取加工され、表面を鏡のように綺麗にするためのり付けられたクラッパー（一方向に往復する振鏡面仕上げが行われる。最終的には、目的の音り子）で叩くことで音が発生する。

階に出来たかを検査し、購入者へ出荷される。

ハンドベルは高音域ほど小さな形状で、そのなお、ハンドベルの材料は、銅とスズの合金

重さは約200グラム、低音域になると大きくなである青銅が使われることが多く、銅とスズのり、約８キログラムにもなる。従がって、低音混合割合は、およそ８：２が最も美しい音色と域のハンドベルを演奏するには、大きな力が必言われている。しかし、ハンドベル表面の色を要となり、軽いハンドベルへの要求があること比較し判断すると、各メーカーの混合割合は、も事実で、本研究を始めようとしたきっかけで微妙に異なっているものと考えられる。

もある。

３．ハンドベルの製作方法

４．手作りハンドベルへの挑戦
小山工業高専のハンドベル作りは、始まった代表的なハンドベルのメーカーは、アメリカばかりである。ここでは、本校の卒業研究で得の２大メーカーとされ、独自の製作方法でそのられたハンドベルの基本設計と振動解析の結音色も微妙に異なる。従がって、その製造方法

果、そして旋盤を用いて加工した試作品作りのも明らかにされていない部分が多く、各々のメ一部について紹介する。

ーカーのノウハウとして受け継がれている。
ハンドベルの製造方法は、各メーカーのカタ

４．１

ハンドベルの基本設計と振動解析ログ等を参考に推察すると図２のように表せ

実際にハンドベルを製作するにあたり、どのる。まず、任意の音階のハンドベルの形状をも音階のものを作るか、学生と話し合いをした。とに見込み代の付いた模型（model）を作り、その結果、小さなハンドベルは材料費が安くてその模型を用いて鋳型（製品となる空洞部があ済むが、素人が作るのには加工が難しく、手ごる）を作る。この鋳型に溶かした材料を流し込

ろなA５（ラの音階、基本周波数：880Hz）のみ、ハンドベルの原型である鋳物品を作る。

ハンドベルを作ることにした。
21

SOUND（1）：ハンドベルの格子モデル（2）：第２振動モード（振動数：877Hz）
図３

設計したハンドベルの格子モデルと振動解析の結果

図４

A5ハンドベルの試作品と既製品

また、ハンドベルの材料としては、銅合金がことより、A５ハンドベルの音階の基本周波数最も美しい音色になると言われているが、本研は880Hzであり、今回試行錯誤で決定したハン究の目的の一部が、軽いハンドベルということドベルの形状が、ほぼ満足しているものと推察もあり、アルミニウム合金（6061材）を用いるできる。

ことにした。
まず、A５のハンドベルをパソコンCADで４．２切削加工による試作品作り設計する。作図したハンドベルは要素分割し、図３に示したハンドベル形状のCADデータ振動解析ソフト（ANSYS 8.0）を用いて数値計をもとに、CNC旋盤で直径120㎜のアルミニウ算し、基本周波数が880Hzに近い形状を試行錯

ム材を切削し、ハンドベルを試作した。

誤により決定する。そのときの要素分割の条件は以下に示す。

図４は、今回製作したアルミニウム製ハンドベルと比較のためにマルマーク社製Ａ5ハンド

１）メッシュの要素サイズ：4 . 0㎜

ベル（青銅製）を示したものである。

２）メ ッ シ ュ の 節 点 数：38121個

また、製作したアルミニウム製ハンドベルの

３）メ ッ シ ュ の 要 素 数：19534個

周波数を検査するため、無響室にて周波数測定

なお、計算に必要な物性値は、アルミニウムを行った。図５は、試作したA5アルミニウム合金6061材の値を入力した。
ハンドベルはベル本体をクラッパーで叩く

製ハンドベルとマルマーク社製ハンドベルの振動周波数と音圧レベルの関係を示した。と、複雑な変形パターンで振動し減衰する。こハンドベルの基本周波数２）は、ほぼキャステ

れらの振動モードは数十種類にも分類できる

ィング（図１参照）の厚さに比例し、マウス部が、これらの中で最も大きい音圧レベルのものの直径に反比例する。また、材料のヤング率がが基本周波数となる。図３（1）は、今回の計大きくなると、基本周波数は大きくなり、密度算で用いたA5ハンドベルの格子モデルを示す。

が大きくなると逆に周波数は小さくなる傾向を

また、図３（2）は振動解析の結果を示したもの示す。従がって、図４から分かるように、アルで、最も音圧レベルの大きい第２振動モードをミニウムの密度は青銅に比べ小さいため、同じ表し、その固有振動数は877Hzであった。この音階のアルミニウム製ハンドベルを作るには、

22２）

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図５

無響室における周波数測定結果青銅製に比べ大きな形状となる。

図６

小山市のハンドベル演奏会３）

ベルを作ってみたいと言う要望に応えるためにまた、試作品の音の周波数測定結果では、第も、技術的な問題を早急に明らかにしたいと考２振動モードである基本周波数が890Hzで、設えている。そして、本研究の成果が企業や学校計段階で数値計算した基本周波数877Hzに比べに技術的なノウハウとして共有され、日本中に幾分大きな値となるが、ほぼ満足する結果が得

ハンドベル作りの文化が広まる端緒になればとられた。しかし、アルミニウム製ハンドベルは、考えている。

高音域の音が小さく、減衰も大きい。
今後、研究の第二ステップとしては、ベル本体の材料を色々変化させること、ベルの形状を決定する際、基本周波数だけでなく、音色のことも考慮すること等が挙げられる。

５．今後の展望

謝辞

本研究に対して研究助成を賜りましたサウンド技術振興財団に心より感謝申し上げます。

参考文献
１）日本ハンドベル連盟：ハンドベル連盟の歴

図６は、栃木県小山市で開催されたハンドベ

史と歩み, http://www.handbell.org/．

ルフェスタ in OYAMA の様子である。小山市

２）楽器の物理学：N. H. フレッチャー／T. D.

では、ハンドベルを『小山ブランド』の一つとロッシング著, 岸して定め、その普及に努めている。このような

川

ハンドベルに対する地域性も手伝ってか、地元ーク東京．の企業や学校の中でハンドベルを作ってみたいという要望も生れている。
小山高専のハンドベル作りは、始まったばか憲史／久保田秀美／吉茂（訳）, シュプリンガー・フェアラ

３）ハンドベルフェスタ in OYAMA：開催場
所（栃木県小山市立文化センター）, 2009年10月18日．

りで試行錯誤の連続でもある。しかし、ハンド23