私にぴったりのオルゴールは？
私にぴったりのオルゴールは？
ベース（台座）は、オルゴールの三大要素（櫛歯、ベース、木箱）の一つですが、しばしば見落とされ、その重要性は過小評価されがちです。本記事では、Muro Boxの設計経験をもとに、優れたオルゴールのベースはどのように設計されるのかをご紹介します。
振動の伝達が音の特徴を決定する
オルゴールムーブメントのベースの主な役割は、櫛歯が叩かれた際の振動を木箱に伝えることです。これは、バイオリンやギターの「ブリッジ（Bridge）」が弦の振動を木製のボディに伝える仕組みと同じです。この「伝達」が音質を決定する重要な要素であるため、ベースの素材、サイズ、形状、厚さは、オルゴールの音質を確保するために何度もテストを重ねる必要があります。
次に、これらの特性が音にどのような影響を与えるかを詳しく解説していきます。
オルゴールのベースは金属製でなければならないのか？
最も安価なオルゴールムーブメントでも、なぜ必ず金属製のベースを使用しているのか、不思議に思ったことはありませんか？プラスチックの方がコストを抑えられるのではないでしょうか？プラスチックの3Dプリントはどうでしょうか？金属の3Dプリントも可能ですか？金属であれば何でも良いのでしょうか？
一見簡単な質問ですが、意外に答えるのが難しいですね。 オルゴールから音を出すだけなら、確かにどの素材を使っても構いません。しかし、オルゴールの音を心地よく響かせる、つまりよく言われる「美しい余韻」を目指す場合、条件が多くなります。
「余韻」とベースの重さの関係
私たちがよく言う「余韻」とは、櫛歯が弾かれた後に振動が続く時間のことです。一般的には、音の余韻が長く響くこと、つまり長く持続することが好まれます。これは、オルゴールの「共鳴」効果が良いことを指します。
そして、余韻を生み出すキーポイントの一つは、オルゴール全体の質量にあります。現代のオルゴールは小型化が進み、ムーブメントがプラスチックのケースに収められることが多いため、全体の質量が小さくなっています。そのため、クラシックな大型オルゴールに比べて、多くの人が小型オルゴールに対する印象は、音量は大きいものの、余韻が短く、音が急に止まり、サステイン効果があまり感じられないということです。
では、この現象をどのように説明すればよいでしょうか？質量と音の関係をダムの放流を例として説明しましょう。
質量の大きいベースは、容量の大きいダムのようなもので、より多くの水、つまり櫛歯の振動エネルギーを蓄えることができ、そのエネルギーがゆっくりと放出されるため、余韻が延びる効果が得られます。一方、質量の小さいベースは、櫛歯の振幅が大きい、つまり振動エネルギーが高い場合、ダムのように満水になり溢れてしまうことが多いです。振幅（音量）が大きすぎると、いわゆる「音割れ」と呼ばれる不快なノイズが生じやすくなります。また、容量の小さいダムのように、放流が早く終わり、余韻も短くなります。
余韻とベース素材の選択について
「余韻」について十分に理解した上で、ベースの素材を評価していきましょう。
余韻を延ばすには質量を増やす必要があるため、プラスチックは適していません。プラスチックを使うと、音が短く途切れがちになるからです。これは加工方法とは関係ないため、プラスチック射出成形や3Dプリント、いずれも適していません。
Muro Box開発の初期段階では、3Dプリンターを使用して試作品を作成しました。その際、協櫻の黄総経理が私たちの試作品を見て、以下の物語を語ってくれました。
以前、台湾の工業技術研究院（ITRI）の材料化学研究所から、金属の代わりに最新の高分子材料をベース素材にするよう、協櫻に打診が来ました。黄総経理はベース設計の重要なポイントを伝え、慎重な姿勢を見せたものの、最終的には開発支援を進めることにしました。しかし、残念なことに余韻が良くなく、製造コストも倍増したため、このプロジェクトは立ち消えになってしまいました。
プラスチックは重量が不足していますが、すべての金属が適しているわけではありません。例えば、アルミニウムも金属ですが、その重量はまだ軽すぎます（約2.7g/cm³）。黄総経理はまた、ベースに鋳鉄（Cast iron）を使用して開発を試みましたが、結局失敗したという経験も共有してくれました。失敗した理由は、重量は十分であったものの、鋳鉄が硬すぎたため、ベースとしての音響特性が認められなかったからです。したがって、硬度も考慮すべき要素であり、単に重ければ良いというわけではありません。
これにより、クラシックなオルゴールで真鍮が使われる理由が明らかになりました。
1) 比重が高いこと。真鍮は入手しやすい金属の中で、比較的比重が高い（約8.5g/cm³）。
2) 適度な硬度を持つこと。真鍮は音を発する材料として、心地よい音色が生み出せる。
しかし、明らかな欠点もあります。それは高すぎるという点です。
真鍮は材料自体の価格も加工コストも高く、さらにサビや変色、黒ずみが発生しやすい金属です。そのため、現在では真鍮製のオルゴールはほとんど見かけなくなりました。
さらに、金属の3Dプリントでオルゴールのベースを作ることは可能ですが、コストが非常に高いため、量産には向いていません。実際には、CNCフライス加工の方が効果的であり、これがN40サブライム版の真鍮製ベースの加工方法でもあります。
亜鉛合金の歴史
オルゴールが百年にわたる進化を経てきたことを理解していますが、そのベースの素材は必ずしも一定ではありません。近年では、銅やアルミニウム、鋳鉄、高分子プラスチックなど、さまざまな特殊材料が試みられてきました。
しかし、どの素材を試しても、亜鉛合金の総合的な性能に勝るものはありません。現在、亜鉛合金が選ばれているのは、多くの先人たちが試験を重ねて得た結果です。
亜鉛合金は、質量が大きく（約6.5g/cm³）、適度な硬度を持ち、加工しやすいという優れた特徴を備えており、オルゴールの製造に最適な素材とされています。しかし、亜鉛合金の表面は錆びやすく、灰色になる現象「やけ」が発生しやすいため、一般的には金メッキや銅メッキを施して使用されます。亜鉛合金は、水道の蛇口やドアロック、ドアノブ、車のエンブレム、ワインオープナーなど、非常に幅広い分野で利用されており、その産業チェーンも整っています。そのため、近年亜鉛合金の急激な価格変動がオルゴール業界に大きな影響を与えているにもかかわらず、ほとんどのメーカーは依然として亜鉛合金を使用してオルゴールを製造し続けています。
金型職人インタビュー
Muro Box-N20とN40の標準版に使用されている黒色ベースの素材は亜鉛合金であり、品質を確保するために、台湾の彰化にある亜鉛合金加工メーカーと協力しています。この創業30年以上の専門メーカーは、協櫻との協力関係も25年以上続いています。
今回は、Muro Boxの亜鉛合金製ベースの金型を手掛ける職人、郭さんに特別インタビューを行いました。郭さんによると、Muro Boxのベース金型は、亜鉛合金加工の精度限界に近いレベルで製作されているとのことです。これを実現するために、モジュラー設計（Modular Design）が採用されています。まず、銅製の金型を使って一部のテンプレートを作成し、それらをすべて組み立て、正確な寸法を確認した後、最終的な金型を製作します（一つの金型で少なくとも50万個のベースを生産できます）
亜鉛合金ベースの製造工程を見てみよう！
まず、亜鉛合金の塊を435℃の炉に入れて液体状態に溶かし、ダイカストマシンを用いてその溶融金属を金型内に流し込みます。これにより、亜鉛合金がMuro Boxのベースの形状になります。
冷却が完了した後、部品から余分な材料を丁寧に切り取り、それを再び炉に戻します。その後、サンドペーパーを使い、手作業で丁寧にバリ取りを行います。部品の寸法に問題がないことを確認した後、まず油汚れなどの付着物を除去するために洗浄し、塗装後に塗料が剥がれないようにします。次に、ベースの上部に協櫻が設計したステッカーを貼り付けます。これは櫛歯がベースに直接接触し、塗装が櫛歯から亜鉛合金製ベースへの音の伝達に影響を与えないようにすることで、鮮明でクリアな音色を確保するためです。
ベース機構が音に与える影響
Muro Boxのベースの外観は、伝統的なオルゴールを参考にし、「不要なデザインを減らす」という理念に基づいて設計されています。それぞれの細部は実用的な役割を果たしています。
ここでは、あまり知られていないベース設計の裏話を皆さんと共有したいと思います。
ベースに穴や凹部があるのはなぜ？
オルゴールのムーブメントのデザインをよく観察したことはありますか？なぜその上に凹部や開口部があるのでしょうか？これは音質を向上させるためのデザインなのでしょうか？
実際のところ、その理由はまったく逆です。このデザインは単純にコスト削減のためです。ベースを薄くすることで、使用する金属の量が減り、生産コストを下げることができるからです。
しかし、ベースが薄すぎると重量が不足し、余韻の効果が弱まってしまいます。そこで最も重要なのは、金属の量を減らしつつも、音質を維持するための技術です。これこそが台中にある協櫻の強みであり、台湾製と中国製のオルゴールの根本的な違いです。
一方、Muro Boxのベースに関しては、価格設定が異なるため、コスト削減の必要がありません。そのため、亜鉛合金製のベースや、サブライム版の真鍮製ベースはいずれも中実であり、開口部や凹部を設ける必要はありません。
ベースは重ければ重いほど良いのでしょうか？
先ほど、ベースはダムのような役割を果たしていると述べましたが、ベースが無限に重ければ重いほど良いのではないかと考える人もいるかもしれません。しかし、結論としては「そうではない」ということです。なぜなら、櫛歯の振動がオルゴール全体を十分に駆動できない場合、音量が小さくなってしまうからです。
音の大きさは音波の振幅に対応しています。ベースが重すぎると、オルゴールの振幅が小さくなり、それに伴い音波の振幅も小さくなり、音が小さく聞こえるのです。例えば、N40サブライム版の真鍮製ベースにはダブル櫛歯が使用されていなければ、N40標準版と比較して音量が不足しているように感じられます。実際、N20は当社の全モデルの中で最も音量が大きいのです。
高級オルゴールの音が小さくなりがちな理由もここにあります。高級オルゴールは通常、ベースが重いため、音量が抑制されているのです。一方、小型オルゴールは相対的に音が大きいですが、振幅が大きく、エネルギーの消耗が早いため、余韻が短くなります。
したがって、オルゴールのベースの重さは使用される振動板とバランスを取る必要があります。重ければ重いほど良いというわけではありません。これは、櫛歯におもりをつける重要な理由の一つでもあります。
櫛歯の取り付け位置
オルゴールの櫛歯がどのようにシリンダーと接触しているのか、考えたことはありますか？直感的には、櫛歯は垂直に配置され、シリンダーの中央に位置していると思うかもしれませんね？しかし、実際には櫛歯の最適な位置はそこではありません。
N40サブライム版の設計では、櫛歯とシリンダーの角度は85度です。実は、最初の設計段階ではこの角度を設計する理由を知らず、ただスイスブランドのオルゴールの角度を模倣しただけでした。しかし、サブライム版の設計が完了した後、私はこの角度の利点と欠点をはっきりと理解することができました。
この設計の主な理由は、櫛歯の先端にあるダンパーを強化するためです。この角度により、シリンダーのピンとダンパーの接触時間が増加し、ダンパーの吸震効果が向上します。
さらに、この角度により、櫛歯の組み立てが容易になります。同じ間隔であれば、角度をつけた櫛歯はシリンダーのピンによって持ち上げられる高さが低くなり、組み立て時に高音と低音の音量をバランスよく保ちやすくなります。
しかし、この設計には明らかな欠点もあります。櫛歯のねじ穴とベースが垂直ではないため、生産において非常に不利だという点です。大量生産を考慮すると、この櫛歯とシリンダーの角度の設計は最初に捨てられることになります。
ベースの形状が音に与える影響は？
私の観察によると、ベースの形状は音に影響を与えますが、その影響は直感的ではありません。例えば、この図に示されているのはMuro Box開発時のベースのエンジニアリングサンプルで、矢印が示しているのは亜鉛合金製ベースの開口部の位置です。その中の三角形の穴は、伝統的なオルゴールの開口部を模倣したもので、当時は音の原理を理解していなかったため、穴を開けた理由はただの装飾に過ぎませんでした。もう一つの長方形の穴は、シリンダーの制御信号用配線のためのものです。
この設計の問題点は、もし音が亜鉛合金ベースで開口部の周囲に沿って伝わり、その経路がちょうど半波長（1/2波長（λ））の奇数倍にあたった場合、音が互いに打ち消し合い、特定の音が「消えてしまった」ように聞こえることです。これは楽器の設計においてよく直面する問題であり、避けるべき課題です。
この問題に気づいた後、私たちは最終的に亜鉛合金製ベースから三角形の開口部を取り除くことにしました。しかし、残念ながらシリンダーの信号線用の開口部は必要であり、取り外すことはできませんでした。一方、真鍮製ベースは厚さが増したため、音がベース内を移動する経路が複雑になり、この開口部を避ける必要がなくなりました。
結論として、N40サブライム版の真鍮製ベースは、真鍮製おもりの振動スペースを確保するために、三角形の開口部を維持しています。一方、N20およびN40標準版の亜鉛合金製ベースでは、この三角形の開口部を取り除き、音の伝達に影響を与えないようにしています。
結び
ベースの開発はコストが高いため、一度確認されると簡単には設計変更が行われません。そのため、世界中で実際にオルゴールのベースを設計した人は非常に少なく、関連する設計資料や文献もほとんど存在していません。ここでは、Muro Boxのベース設計で直面した課題を皆さんと共有したいと思います。将来の設計者がより早く優れた設計を行う手助けになれば幸いです。これが、私たちなりのオルゴールコミュニティへのささやかな貢献にもなりますね。
