エレキギターの研究ジ ∼ピックアップって何∼ 熊本県立熊本西高等学校物理部１１年澤田髙野宮田２年岡松他２名はじめにエレキギターには共鳴箱やマイクがないのに大きな音が出る。ではどうやって音が鳴るのか不思議に思って調べてみると、エレキギターとは……弦の振動をピックアップで拾い、アンプで増幅して音を出すギター２原と説明があり、ピックアップって何？と思って研究しました。理ピックアップの構造エレキギターの構造は大きく分けてヘッド、ネック、ボディーの三つに分けられる。さらにボディーの中にピックアップ、振動するボリューム・トーン、ジャックなどがある。マイクは、音に弦よって振動板を振動させ、コイルに電流を発生させるが、ピッ鉄芯クアップは金属の弦が磁石の上で振動することにより、磁界磁石が変化してコイルに電流を発生させる。３実験実験１コイルピックアップから電気が流れることを確認するために次の実験をおこなった。 ⑴ ボルトにエナメル線を巻き、検流計とつなぎ、磁石の上に置く。鉄の棒をボルト上で振る。 ⑵ ピックアップと増幅器と発光ダイオードをつなぎ、ピップアップの上で弦を振動させる。 ◇実験１の結果・検流計の針が左右に振れたので、電気が流れることがわかった。・発光ダイオードが光ったので、ピックアップから電気が流れたことがわかった。実験２ピックアップから流れる電気が、次の条件でどのように変化するのか、調べる。 ⑴ 磁力を変える。磁石の数：（１個 ⑵ コイルの巻数を変える。 ⑶ 芯を変える。２個３個）コイルの巻数：（100回巻芯の種類：（大きい鉄小さい鉄銅 200回巻 300回巻）アルミ芯なし） ◇実験２の結果・磁石の個数を変えても、電流は増加しているものの顕著な変化は見られなかった。・コイルの巻数を変えたら、電流は比例して大きくなった。・芯は、磁化されやすい鉄の方が、電流が大きくなり、芯が大きい方が電流が大きくなった。 150 1 5 7 .4 15 0 1 3 2 .8 4 150 137.86 137.86 1 3 7 .8 6 100 1個２個３個 10 0 50 50 86.38 48.38 １００回２００回３００回 0 0 磁力を変える 100 94.06 63.92 64.94 62.38 50 鉄大鉄小銅アルミ芯無 0 コイルの巻数を変える芯を変える実験３磁石、コイル、芯を変えることで、ピックアップから発生する電流が変化することが分かったが、磁石もコイルも動いていないのになぜ電気が流れるのか、わたしたちは弦が振動することで磁束が変化しているのでは、と考え、磁石の上に弦がある場合とない場合の磁束密度を測定した。Ｗｂ／ｍ２とは･･････１ｍ２あたりの磁気量(ウェーバー) ◇実験３の結果磁石の数 1個２個３個４個５個６個７個８個磁石の上に弦なし…Ａ 0.130 0.175 0.190 0.200 0.200 0.205 0.210 0.210 磁石の上に弦あり…Ｂ 0.150 0.200 0.215 0.230 0.230 0.235 0.240 0.240 0.020 0.025 0.025 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 変化量（Ａ−Ｂ）表のとおり、磁石の上に弦があると磁束密度が磁束の変化変化した。磁石の上に弦なしの磁束密度と、変 0.035 化量（Ａ−Ｂ）をグラフにすると比例関係にある。な違いが見られなかったのは、磁石そのものの磁束密度が数に比例してないことによる。４弦がある場合の変化量磁石の数を増やしても２個目以降の変化量に大き 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 実験の考察 0 実験結果から、スチール弦が磁石の上に有るか 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 磁石の磁束密度無いかで磁束が変化することが分かった。スチール弦は磁石の上にあるためにほんの少し磁化さている。そのためコイル内の磁束の変化が生じてコイルに電流が発生したものと思われる。ファラデーの電磁誘導の法則によると、誘導起電力はコイルの巻数と、単位時間あたりの磁束密度の変化量に比例する。 △ φ ファラデーの電磁誘導の法則Ｖ＝ − Ｎ ───── △ ｔ発生した電流はコイルの巻数にほぼ比例している。しかし、磁石の個数が増えても、あまり顕著な変化は見られない。弦の振動による磁束密度の変化量は磁石の磁束密度に比例する。しかし磁石の磁束密度は磁石の数が増えても大きくなっていない。よって磁石の個数の影響はあまり大きくないものと考えられる。５エレキギターを作ってみる弦の本数が４本で作りやすいのでベースギターを作ることにした。 ⑴ 木材でネックとボディーを作り、指で押さえて音程をきめる金属棒を取り付ける。 ⑵ ピックアップを準備する。 ①300回巻のコイルを作る。 ②アクリル板に穴を４カ所あけ、磁石を埋め込む。 ③磁石の周りに300回巻のコイルを取り付ける。６ ④磁石の上に鉄芯をおく。 ⑶ ネックからボディーまで弦を張りピックアップを取り付ける。 ⑷ 弦の張力を調整して、ピックアップのコードをラジカセにつないで完成。まとめと今後の課題ピックアップからより大きい誘導電流を発生させるためには、磁石の数よりもコイルの巻数を増やす方が有効なことが分かりました。また、弦を弾くという簡単な動作で電気が流れることが分かりました。わずかな振動でも電気が流れます。この仕組みを発展させることができれば、軽い金属の弦に息を吹きかけたり、少しさわったりする、という簡単な動作でパソコンへの入力等が簡単にでき、障害者の方や寝たきりの方とのコミュニケーションがとりやすくなるなど、今後の介護や福祉に応用できると思います。これからは今回調べたことを応用して、介護や福祉に応用できる機器をより具体化させていきたいと考えています。参考文献ＮＨＫ出版「やってみようなんでも実験」ＨＫ総合テレビ「科学大好き土よう塾」