手作り楽器の工作｜輪ゴムとストローで音の仕組みを学ぶ自由研究
輪ゴム、ストロー、コップの水など、身近な材料はどれも立派な楽器になります。楽器から音が鳴るとき、そこには必ず何かが「振動」しています。この記事では、弦楽器・管楽器・打楽器の3種類を手作りしながら、それぞれで音の高さがどんな条件によって決まるのかを実験で確かめる方法を紹介します。
音が鳴る仕組み
弦楽器の音の高さ
輪ゴムをピンと張って弾くと音が鳴ります。これは輪ゴムが細かく振動し、その振動が空気を震わせて耳に届くためです。弦（輪ゴム）の音の高さは、主に3つの条件で決まります。弦が短いほど、強く張るほど（張力が大きいほど）、そして細く軽いほど、1秒間に振動する回数（振動数）が多くなり、音は高くなります。逆に、長く、緩く、太い弦は振動数が少なく、低い音になります。ギターやバイオリンの弦の太さや長さがそれぞれ違うのも、この仕組みを利用しています。
管楽器の音の高さ
ストローの先端を潰して吹くと、ブザーのような音が鳴ります。これは、潰されたストローの先端が2枚の薄い板のようになり、息を吹き込むことでこの2枚が高速で開いたり閉じたりを繰り返して振動するためです。オーボエなど「ダブルリード」と呼ばれる楽器も同じ仕組みで、2枚のリード（reed、振動板）のすき間を息が通ることで音が生まれます。
管の中で音が鳴っている間、管の長さを変えると音の高さも変わります。管の中の空気の柱（気柱）が振動できる空間の長さで、音の波長が決まるためです。気柱が短いほど音は高く、長いほど音は低くなります。
打楽器の音の高さ
太鼓の膜（皮）をピンと張るほど、また膜の面積が小さいほど、振動が速くなり音は高くなります。逆に緩く張るほど、面積が大きいほど低い音になります。
用意する材料と道具
材料一覧
- 空き箱（ティッシュ箱や菓子箱など）：1個（輪ゴムギター用）
- 輪ゴム：太さや長さの違うものを5種類以上
- 割り箸：2本以上（ブリッジ・バチ用）
- ストロー：太さの違うものを数本（できれば直径6mmと8mm程度の2種類）
- ガラスコップまたは同じ形のグラス：5個以上（100円ショップで統一サイズをそろえると比較しやすい）
- 水
- 空き缶または紙コップ：数個（打楽器用）
- 風船またはゴム手袋：1つ（膜用）
道具一覧
- はさみ
- 計量カップ（水の量を正確に量るため）
- ものさし、メジャー
- スマートフォンのチューナーアプリ（周波数を数値で記録できると比較が正確になる。無料アプリで可）
- 記録用のノートとカメラ
手作り楽器の作り方
手順1：輪ゴムギターを作る
空き箱のふたを大きく開け、対角に近い位置に切り込みを2か所入れて輪ゴムを3本から5本、箱に巻きつけるように張ります。箱の中央付近に割り箸を1本、輪ゴムの下に差し込んでブリッジ（駒）にすると、輪ゴムが箱の面から少し浮き、振動が箱全体に伝わりやすくなって音が大きくなります。
手順2：ストローオーボエを作る
ストローの一方の端を1.5cmほどの長さで指でつぶし、平らにします。つぶした部分の先端を、はさみで両側から斜めに切り落として、鉛筆の先のように尖らせます。これがリードになります。
つぶした部分を軽く唇で挟んで強く息を吹き込むと、リードが振動してブザーのような音が鳴ります。音が鳴っている状態で、ストローの反対側の端を1cmずつはさみで切っていくと、気柱が短くなり音が高くなっていくのが確認できます。
手順3：コップ楽器を作る
同じ形のグラスを5個並べ、水の量をそれぞれ変えて入れます（例：0ml、50ml、100ml、150ml、200ml）。ここから2種類の演奏方法を試します。
グラスのふちに軽く息を吹きかけて鳴らす方法（気鳴楽器の仕組み）と、割り箸などでグラスの側面を軽く叩いて鳴らす方法（体鳴楽器の仕組み）です。同じグラスでも、吹いたときと叩いたときで音の高さの変化が逆になる点に注目しましょう。詳しくは次の実験で確かめます。
手順4：空き缶や紙コップの打楽器を作る
風船を大きめに切り開き、空き缶や紙コップの開口部に膜のようにかぶせて、輪ゴムでしっかりと固定します。膜の張り具合を変えられるように、輪ゴムは調整しやすいものを選びましょう。割り箸の先を丸めてテープを巻けば簡易的なバチになります。
実験で確かめる
実験1：輪ゴムギターの太さ・張力と音の高さ
輪ゴムの太さを変えて弾き比べ、音の高さの違いを記録します。同じ太さの輪ゴムでも、強く張るほど音が高くなることも確認しましょう。チューナーアプリがあれば周波数（Hz）を記録すると、感覚だけに頼らない客観的な比較ができます。
実験2：ストローオーボエの長さと音の高さ
ストローを2cmずつ切りながら、そのたびに音を鳴らして周波数または音の高さの変化を記録します。管の長さと音の高さの関係を表とグラフにまとめましょう。
実験3：コップ楽器の水量と音の高さ（吹く場合と叩く場合の比較）
水の量を0ml、50ml、100ml、150ml、200mlと変えたグラスを、①息で吹いた場合と②側面を叩いた場合のそれぞれで音の高さを記録します。予想では、吹いた場合は水が多いほど気柱が短くなって音が高くなり、叩いた場合は水が多いほど振動する全体の重さが増えて音が低くなるはずです。実際にそのとおりになるかを確かめ、2つのグラフを並べて比較しましょう。
レポートのまとめ方
研究の動機には「輪ゴムの太さで音の高さが本当に変わるのか調べたかった」のように書きます。予想は「水を増やすと、吹いたときと叩いたときで音の変化が逆になるのではないか」のように、実験3のような対照的な結果を予想しておくと、結果とのギャップが考察の材料になります。
結果は、輪ゴムの太さ・ストローの長さ・水の量といった条件ごとに、測定した周波数や音の高さの変化を表とグラフでまとめます。考察では「水を増やしてグラスを吹いたときは音が高くなったが、叩いたときは逆に音が低くなった。これは、吹いたときは気柱の長さ、叩いたときはグラスと水を合わせた重さが、それぞれ音の高さを決めていたためだと考えられる」のように、仕組みの違いにまで踏み込んで書くと評価が高まります。
作り方のコツ
輪ゴムは古くなると劣化して伸びやすくなり、正確な比較ができなくなります。実験前に新しい輪ゴムを用意しましょう。
ストローオーボエは、つぶし方が浅いと息を吹いても音が鳴りません。指でしっかり平らに潰し、先端を鋭く尖らせることが成功のポイントです。うまく鳴らない場合は切り口の角度を調整してみましょう。
コップ楽器で水をこぼすと音の条件が変わってしまいます。トレイの上に並べて作業し、こぼれても実験に影響しないようにしておくと安心です。
まとめ
手作り楽器の工作は、弦・管・膜という異なる仕組みで音がどのように生まれ、どんな条件で音の高さが変わるのかを実際に確かめられる自由研究です。特にコップ楽器で「吹く」と「叩く」を比較する実験は、同じ水の量の変化でも音が逆方向に変わるという意外性のある結果が得られ、考察のしがいがあるテーマです。