クラドニ図の作りかた

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クラドニ図の作りかた

ここで作ったクラドニ図用の作り方を残しておく。

Googleで「クラドニ図 スピーカ」で検索するとちゃんとした市販品から、自作している物まで色々と出てくる。市販品になると3-4万円/個くらいの物があった。さすがにちょっとお高いので、サクッと簡単に出来る方法は調べたりした。中でも一番簡単に出来るのはこれだと思う。

適当なプラケースとかの上に粒子(砂・塩・砂糖)を撒いて、声を出すだけ。これだけで紋様が浮かび上がる。

ちなみに、600年前の教会の壁からも同じような図が出てきている 600-Year-Old Music Found Encoded in Chapel Walls 。この時代はまだ共振によって不思議な紋様が出てくるとは分かっていないと思うけど、経験的に賛美歌や教会から奏でられる音色から出てくる紋様を記録していたというのも想像に難くない。
また最近でもクラドニ図を使った研究も結構あったりで、自分的に面白いと思ったのがnatureからのこちら Controlling the motion of multiple objects on a Chladni plate 。といった感じでクラドニ図を使った物は古くから現在まで沢山ある。
以下では、自分の作った方法を載せておく。

■ 完成形

鉄板については四角形・円形どちらでも大丈夫。好きな形を選べばよい。自分は直径180mmの円形、180x180mm 正方形・0.5mmの鉄板を利用している。

■ 部材

・10cm フルレンジスピーカ x 1
・3Dモデル : ここからダウンロード base.stl, top.stl, cone.stl の3種類
・八幡長ネジ 150mm M5 x 4
・M5 80mm なべ小ネジ x 1
・M5 ナット・ワッシャ x 24
・エーモン平型端子スピーカー用 S・Mセット x 1
・鉄板(中心にM5用の穴) x 1
・白砂(ダイソーとかに売っている)

■ 作り方

まずは3Dプリンタでbase.stl、top.stl、cone.stl を出力する。3Dモデルをダウンロードして展開すると、それぞれ…

base.stl : 土台(下の円形のもの)
top.stl : 支持(上の円形のもの)
cone.stl : スピーカと鉄板の支持

という役割がある。シンプルな形状でFusion360でサクッと作っている。スピーカのサイズに合わせてSTLを修正して使ってもOKっすね。

次にスピーカを加工する。スピーカのセンターキャップ部分を残してカッターでコーンを切り取る。やってみれば分かるけど、結構綺麗にコーンは除去できる。
そしてセンターキャップに出力した3Dモデル cone.stl を”M5 80mm なべ小ネジ”を通してから接着剤で完全に固定する。

あとはとても簡単。base.stl で出力した土台に”八幡長ネジ 150mm M5″を通して支持( top.stl )にM5ナット&ワッシャーで固定してガワが完成する。

最後に支柱付きのスピーカーをさっき通した”八幡長ネジ 150mm M5″にM5ナット・ワッシャーで固定すれば完成になる。

スピーカーには”エーモン平型端子スピーカー用”のS/M端子をカシメて接合して完成になる。端子を音源につなげるとボイスコイルが動いて音として支軸を通して伝わっていくという流れになる。

鉄板をセンターキャップからの支柱につなげて、砂を落として音出しすると図が出てくる。
ここで、鉄板が水平にならないと、砂が一方向に落ちていってしまう。対策として、スピーカ部は”八幡長ネジ 150mm M5″x4本で支えているから、水平になるようにネジを調整すればわりと簡単に水平を取れるようになっている。なので、設置したところが水平でなくても、ある程度の誤差は吸収できるような構造にしている。

■ 鉄板

自分は鉄板を使ったけど、スピーカ部が出来れば鉄板以外の物でも接合できる。なぜ鉄板を使ったか?というと、出来るだけ音の振動を伝えやすい素材を使った方が良いだろう(参考)ということからだった。

一応、色々な厚さ・サイズ・素材で切り出してテストを行って、180x180mmが扱いやすいということに落ち着いた。鉄板は簡易な入手性も考えて、東急ハンズで0.5mm鉄板を入手・カットして使っている。

■ スピーカー

スピーカーは全てハードオフ・ヤフオクで入手したジャンク・スピーカを利用している。スピーカ1個で新品 2000円〜くらいするスペックの物が欲しかったのもあるけど、量を揃えるとなるとコストに直結する。10個作ろうとすると予備も合わせて2〜3万円はかかってしまう。
そこで、動作未確認のジャンク・スピーカをゲットして利用することにした。

価格帯は1円〜500円程度(もちろんスピーカなので2台で)。コンポと一緒に付いてくるスピーカがほとんどで、本体のアンプが壊れてスピーカだけ出ているケースが多かった。だから何気にスピーカ自体はそのまま使える。24本ほどジャンク・スピーカを入手したけど、鳴らないものは一つもなかった。

スピーカ本体からバラすのは再利用として環境に優しい。ただ、エンクロージャー(木材)が大量に積まれていくことになった。

スピーカ自体は何を使っても良いけど、コーンに電極が接合されている物は避けることにした。コーンが付いていると音が凄く鳴るので、クラドニ図をだけを出す場合にはマッチしない。そこでコーンを切り取るわけだけど、そのときコーンに電極が付いているとボイスコイルまで電極を辿ることなる。とても切れやすい銅線をうまく引き剥がすのは(何個かスピーカを犠牲にしてやってみたものの)うまく出来なかった。そこでコーンに電極がないスピーカのみを使うことにした。というのもあって、大量の不採用スピーカも出てくることになった。

■その他

出来た物をそのままPCとかのジャックからの出力を使ってもパワーが足りなくて図が出てこないはず。そこでパワーアンプの出番になる。

ここではRPi4x16台を使った電波送受信からダウンコンバートして、アンプ経由で図を出している。ここで使っているアンプはこちら。価格もお手頃で出力もあって良い感じ。

これだけの量を電波側の周波数を変えながらテストしていくとなると1-2時間はかかってしまう。鉄板の気温変化による伸縮が効いて、環境変化に合わせて再調整を行うのが、台数も多くて大変な作業の一つにもなった。

最後に…

予備部材も使って全部で12個作ってタワーみたいに並べてみた。

1件の返信

  1. […] ちなみに、このクラドニ図形は家庭でも簡単にできるという。ポリバケツの上にラップを貼って、「アー」と叫ぶ。それだけでも、運がいいと図が出ることもある。この装置に関して、新里さんが作り方をブログで公開している(クラドニ図の作りかた|SIPROP量子化計画)。 […]

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