フルートってなぜ音が鳴るのか、それがわかると演奏にも役に立つかもしれません。息のスピードやハーモニクスなど、やはり感覚で覚えていくことが大事だと思いますが、ここではその理屈を説明していきたいと思います。
Contents
エアリード
サックス等と違って、フルートには息を振動にかえるリードというものが無いです。なので、フルートの場合、エアリードと言います。要するに息だけで振動を作ります。
では、どうやって息だけで振動を作っているかですが、流体の中に何か障害物を置くとその後方に渦が交互にできるという「カルマン渦」という現象で、空気が振動します。文章だけだとうまく説明できないので、図を書きます。
矢印が流体で、黄色い丸が障害物だと思ってください。この流体のスピードがあるスピードを超えると、障害物の後方にカルマン渦ができます。これは、流体のスピードが上がるほど、カルマン渦も細かくでき、カルマン渦の振動が速くなります。
では、これをフルートの場合で考えてみます。
フルートってリッププレートのエッジに向かって息を吹きますよね。この息を流体と考えます。そして、フルートって、息の半分を中に、もう半分を外に出す感じで吹きますね。つまりリッププレートのエッジが流体の障害物となっているので、その後方にカルマン渦が発生して中の空気が振動します。空気の振動とは圧力の変化であり、これが管内に伝達し共鳴して音がなります。（詳しくは後述）
先ほど、流体のスピードが速いほど、カルマン渦の振動も速くなると書きました。つまり、息のスピードが速いほど、振動も速くなり、周波数が高い音がでます。周波数が高いほど音程の高い音がでますので、高音になるほど息のスピードを速くしていく必要があります。
開口管の共鳴
音というのは空気の振動なのですが、ちょっと振動したぐらいでは人間の耳ではわかりません。なので、ある程度強い振動にする必要があります。この役割を担っているのが管体です。
フルートの場合、歌口と足部管の先端が開いているので、両端が開いている開口管とみなせます。この開口管で、特定の周波数の音だけを共鳴させて強い振動に変えることができます。この共鳴した周波数の音が聞こえているのです。
では、この周波数はどうやって決まるかなのですが、管の長さで決まります。これも説明が難しいので図を書きます。
音波の振動は管の先端で反射します。（不思議に思えますが開いていても反射します。）この進行波と反射波が重なり合って波を強めあう周波数があるのです。それが上の図に書いた特定の周波数です。これらの周波数の波は、あたかもそこに止まって振動してるかのように見えるため、定在波と呼ばれます。開口管の場合、自由端反射なので音波の波長の1/2がちょうど管の長さになるときに共鳴します。これが基本振動となります。
この基本振動の2倍、3倍、4倍の周波数の音も共鳴します。いわゆる倍音（ハーモニクス）というものです。
ただ、これだと特定の周波数（音程）の音しか鳴らせないので、管体には音孔がたくさんあり、それを指で押さえたり離したりすることで、管の長さを調節していろんな音程をだせるようにしています。
ここで少しだけエアリードの話に戻ると、共鳴する音は指で調節できるので、息は単に空気を振動させればいいというわけではないです。共鳴する音の周波数に近いカルマン渦の振動を作ってあげることで音が出やすくなります。なので指だけではなく、息のスピードも音程によって意識する必要があります。低い音は息のスピードを遅く、高い音は息のスピードを速くします。息の時点で出したい音の周波数に近い振動を作れれば、それだけ簡単に音が出せるようになります。
ハーモニクス（倍音）
フルートの場合、第1オクターブ（低音）の音はすべて基本振動で鳴らしていますが、第2オクターブより上の音はすべてハーモニクスを使って鳴らしています。同じ運指でも息のスピードを上げれば高い音が出ますよね。
このハーモニクスの練習がフルートでは大事だと思うのですが、これも理屈を説明していきたいと思います。低音のレの音を押さえた場合を仮定して説明していきます。
低音のレは、右手の小指だけ離した運指なので、一番先端の音孔だけが開いた管になります。この場合、（厳密には複雑な計算がありますが）歌口と音孔の距離が共鳴する音の1/2波長に（ほぼ）なります。これがレの基本振動となります。
この運指のまま、息のスピードを速くしていくと、オクターブ高いレが出るようになります。これは管内で基本振動の2倍の振動の方が共鳴するようになるからです。振動数（周波数）が2倍になると、音程はオクターブ上がります。
同じ運指でさらに息のスピードを上げていくと、基本振動の3倍の音が共鳴するようになります。これはレではなく、中音のラがでます。なぜかというと、3倍のハーモニクスは、中音レの1.5倍の周波数になっています。周波数が1.5倍になると完全5度の音程がでるので、レの5度上はラになります。
さらに息のスピードをあげると、高音レが出ます。これは4倍振動になっています。4倍は中音レに比べても2倍になっているので、オクターブ上となり、レになります。
このあたりから難しくなってきますが、さらに息のスピードをあげると高音ファ＃がでます。これは5倍振動となっています。これは、4倍振動の高音レに対して、1.25倍高くなっています。周波数が1.25倍になると長3度の音が出ます。
6倍とかもあるのですが、ここまでにします。これを見ると、ハーモニクスだけで結構いろんな音が出せることがわかります。ですが、ハーモニクスだけでこれらの音を行き来するのは大変です。（だからこそ基礎練としては最適なのですが。）そのために、中音や高音はハーモニクスがでやすいように、定在波の腹の部分の音孔を開けます。
これが中音レの例です。中音のレって、左手の人差し指（一番上の音孔）離しますよね。この位置、低音レの波長の半分の位置なのです。ここの音孔を開けると、ここでも音の反射が生成されて、2倍振動の定在波が作りやすくなります。
他の音程のハーモニクス（倍音）も同じで、定在波の腹の部分の音孔を開けることで倍音を出しやすくしています。高音域の高い音になると、なんかひとつおきに抑える運指が多いですよね。あれって4倍とか5倍振動なので、定在波の腹の部分がたくさんあるから、いろいろ開けてるのです。
長々と小難しいことを書いてしまいましたが、つまり何がいいたかったかと言うと、
ハーモニクスの練習は大事です！
指だけではなく、息のスピードで音程（倍音）をコントロールできる感覚が身に付けば、低音から高音への移動も楽に吹けるようになると思います。
