自由研究でピアノの作り方を学ぶ｜ゴム弦箱と電子紙鍵盤を製作をやさしく解説

• 目的と仮説を先に決め工程を逆算します
• 材料と安全ルールを見える化して共有します
• 作例を二種用意し比較できる設計にします
• 測定アプリで周波数を記録し表にします
• 発表形式を早めに決め図解を整えます

自由研究のテーマ設定と計画づくり

テーマは「鍵盤楽器の音は何で決まるか」。この問いに対し、工作と実験を組み合わせて検証します。先に全体像を描き、目的→仮説→方法→結果→考察の順で計画を作れば、途中で迷いません。工程は短い単位に割り、毎日の進捗を小さく刻んでいきましょう。

目的と仮説を言葉にして測れる形へ

目的は「自作の楽器で音を出し、条件の違いで音高や響きがどう変わるかを確かめる」。仮説は「ゴムの長さを短くすると高い音になる」「箱が大きいほど響きが長くなる」など、測れる言葉にします。単位や条件を事前に決め、比較しやすい形へ整えます。

安全対策と材料一覧と作業ルール

カッターやはさみは大人と一緒に。熱源や電源はテーブルの中央で扱い、床にコードを這わせません。作業は明るく広い場所で行い、軍手と保護メガネを用意。廃材は小分けにして角をテープで覆い、片付けルールを最初に決めます。

設計図と変数整理と手順の見取り図

箱のサイズ、ゴムの長さ・太さ・張り、鍵盤の幅、センサー位置などを図に描きます。変数（変える条件）と統制（変えない条件）を区別し、一度に一つだけ変える原則を共有します。手順は番号付きで、途中で写真も撮ります。

記録方法と評価基準と発表先の決定

記録は日付・条件・音の高さ・音量・主観メモの五列で進めます。評価は「同じ条件で同じ結果が出るか」「聞き手に違いが分かるか」。発表はポスターかスライドかを選び、必要な図版の枚数を逆算します。

スケジュールと役割分担で無理を防ぐ

日程は工作→調整→実験→整理→発表の順。家族の予定に合わせ、工具が使える時間を先に確保します。複数人なら「切る」「測る」「記録する」の役割を固定して精度を上げます。

1. 目的と仮説を測れる言葉で書き出す
2. 安全ルールと片付け手順を決めて掲示
3. 変える条件と固定条件を整理して図示
4. 記録表の形式と測定単位を統一する
5. 日程と役割を割り振り進捗を可視化
6. 発表形式を決め必要素材を逆算する
7. 途中写真を残し工程を証拠化する
8. 失敗の対処案を事前に三つ用意する
9. 予備日を設定し焦りを防止する

• 机面を養生し刃物は一方向に動かす
• 計測器は同じアプリと位置で使う
• 音出し前に近隣と家族へ時間を共有
• 部材の端はテープで角を保護する
• 写真は同じ距離と角度で撮影する
• 記録は鉛筆とペンで色分けして書く
• 成果は毎晩一行メモで残しておく
• 作業後は刃と電源を必ず外して確認
• 当日朝に発表リハーサルを一回行う

注意：目的と仮説が曖昧だと実験が散らかります。先に言葉で固定し、変える条件は一つずつに絞りましょう。

仮説を先に決め、工程と記録表を用意したことで、作業の迷いが減り発表準備もスムーズでした。

小結：設計図と記録表が用意できたら、いよいよ作例一つ目の工作へ進みます。

ゴム弦箱ピアノの作り方

段ボール箱と輪ゴムで、弦の長さと張力を変えられる小さな楽器を作ります。鍵盤の代わりに色テープで区切りを付け、押さえる位置で音を切り替えます。構造が単純で、音の仕組みを観察しやすいのが利点です。

材料準備と道具チェック

用意するものは靴箱サイズの箱、幅の違う輪ゴム数本、割り箸または竹串、養生テープ、定規、鉛筆、はさみ、カッター。開口部を箱の上面に作り、輪ゴムの支点になる棒を両端に固定します。太さの違う輪ゴムを混ぜると比較がしやすくなります。

組立手順と音が出る仕組み

箱の上面に細長い穴を開け、棒を穴の両側へテープで固定。輪ゴムを張り、等間隔で並べます。弾くと輪ゴムが振動し、その振動が箱に伝わり空気を揺らして音になります。箱の大きさや穴の形で響きが変化します。

音程調整とチューニングのコツ

割り箸を支点として輪ゴムの有効長を短くすると高く、長くすると低くなります。張力はゴムをねじるか支点間を狭めて調整します。目印テープで押さえる位置を固定し、同じ条件で音を比べます。

1. 箱の上面に細長い穴を作り補強を貼る
2. 両端に支点となる棒をまっすぐ固定する
3. 輪ゴムを等間隔に張り長さを揃える
4. 押さえる位置に色テープで目印を付ける
5. 有効長を変えて音の変化を確認する
6. 張力を少しずつ変えて高さを調整する
7. 箱の容積を変えて響きの変化を記録する
8. 録音し再生して違いを客観視する
9. 安全に配慮し刃物は片付けて保管する

• 弦間は指が当たらない幅に設定します
• 箱の角はテープで保護して安全にします
• 押さえ位置は定規で均等に割り振ります
• 比べる時は一本だけ条件を変えます
• ゴムは劣化するため予備を用意します
• 共鳴穴を前向きにして聞きやすくします
• 録音距離を一定にして比較しやすくします
• 残響が長い部屋は記録に注意が必要です
• 終了後は印と寸法を図面に追記します

注意：輪ゴムは切れることがあります。目を守るため顔を近づけ過ぎず、伸ばし過ぎないで調整してください。

支点と印を固定したら、同じ条件で再現でき、音の違いがはっきり比べられるようになりました。

小結：仕組みが見えたところで、次は電子のしくみを使った紙鍵盤に挑戦します。

紙鍵盤の電子ピアノを作る

導電テープと簡単なマイコンを使い、紙の上に鍵盤を作って音を鳴らします。工作とプログラムを組み合わせることで、触れる→電気信号→音の流れを学べます。配線は少なく、見える形で貼るのがコツです。

回路の考え方と配線図

鍵に触れると電気が流れ、入力ピンがONになります。入力ごとに違う音程を割り当て、スピーカーへ出力します。導電テープは折り返しで断線しやすいので、角は丸く貼り、配線を短く保ちます。

キーづくりと配線固定の工夫

厚紙に鍵盤を描き、幅をそろえて導電テープを貼ります。各キーからマイコンの入力ピンへ導線を接続し、養生テープで固定。番号シールで配線を識別し、誤接続を防ぎます。押しやすい角度で紙を台に貼り付けます。

音色選択と簡単プログラム

入力がONの時に対応する周波数で音を出します。音色は矩形波や三角波などから選び、音の長さや間隔も調整。ドレミの七音から始め、のちに半音を追加していきます。

1. 鍵盤の幅を決め下書きを丁寧に描く
2. 導電テープを角丸で貼り断線を防ぐ
3. 各キーから入力ピンへ導線を接続する
4. 配線を養生テープで固定して整理する
5. 番号シールで対応関係を明確にする
6. 音程を割り当てる簡単なコードを書く
7. 音量と音長を調整して弾きやすくする
8. 短い旋律を鳴らし動作を確認する
9. 安全確認後に発表用の台へ固定する

• 電源は作業前後で必ず切り替えます
• 配線は短く曲げを少なく保ちます
• 紙の端はテープで補強して破れ防止
• キー間の間隔は均等で触れやすく
• スピーカー位置は前向きで聞きやすく
• 故障時は電源を切ってから点検します
• 湿気が多い日は導通に影響が出ます
• 演奏前に手を乾かして誤動作を防ぐ
• 説明ラベルを貼り仕組みを示します

注意：電源と配線は大人と一緒に。導電テープの端は鋭いことがあるので指先を切らないように注意します。

配線を短く整理しただけで誤動作が減り、安定して旋律を演奏できるようになりました。

小結：二つの作例が完成したら、音の科学を確かめる実験へ進みます。

音の科学を確かめる実験設計

音の高さや響きは、長さ・張力・太さ、そして共鳴箱の条件で変わります。ここでは条件を一つずつ変え、アプリで周波数と持続時間を測って比較します。再現性を高めるため、弾く強さと場所を一定化します。

長さと張力と太さが音高へ与える影響

有効長が短いほど音は高く、張力が強いほど高く、太さが太いほど低くなります。輪ゴムの色や番号で条件を整理し、同じ位置を同じ強さで弾いて測ります。三回測定して平均を取り、ばらつきを併記します。

箱の共鳴と響きの違いを調べる

箱の容積と開口の形で音の大きさと持続が変化します。箱の中に仕切りを入れたり、穴を前後に付け替えたりして、録音の波形や耳の印象を記録。前向き開口は聞き手に届きやすくなります。

計測アプリで周波数を比べる

スマートフォンの周波数カウンターやチューナーを使い、測定値を表に記入します。マイクと楽器の距離を一定にし、周囲の騒音が少ない時間に測定すると安定します。

1. 条件を一つ選び三段階の値を準備する
2. 弾く位置と強さを一定化して測る
3. 同条件で三回測定して平均を取る
4. 表に数値とメモを同時に記録する
5. 条件を変更し同じ手順で繰り返す
6. 録音ファイル名に条件を含める
7. 波形や音量の違いも合わせて確認
8. 測定後に装置のズレを点検する
9. 気温湿度を付記して環境を記録する

• 静かな時間帯に測定して誤差を減らす
• スマホ位置を台で固定して距離を保つ
• 表はあらかじめ印刷して記入を楽にする
• 録音ボリュームは一定に固定して比較
• 弾き手は同じ人で手順を統一する
• 測定アプリは一つに絞って使い続ける
• ゴムの劣化は別途メモに残しておく
• 箱の向きは矢印で表示して管理する
• 写真も同じ角度で撮影して残す

注意：一度に複数条件を変えると理由が分かりません。必ず一つずつ変えて比較してください。

条件を一つずつ変えたことで、長さと張力の影響が分かれ、仮説のどこが正しかったか説明できました。

小結：実験が済んだら、結果を読み取りやすい形へ整え、レポートにまとめます。

データ整理とレポート作成

見やすい表とグラフ、工程写真、仮説と結果の対応図がそろえば、説得力のあるレポートになります。数値をただ並べるのではなく、何がどう違ったかを本文で短く説明し、図で補います。

表とグラフで見える化する手順

条件を縦に、測定値を横に並べた表を作成し、平均と幅を追加。長さや張力は折れ線、箱の違いは棒グラフなど、違いが伝わる形式を選びます。凡例は簡潔に、単位は必ず明記します。

失敗例と誤差をどう扱うか

音が出ない、測定がぶれるなどの失敗は原因と対策を書き添え、再試行の結果も併記します。誤差は環境音、弾く強さ、部材の劣化などの要因に分解し、次回の改善案へつなげます。

伝わる文章と図解のポイント

本文は短い段落で「結論→理由→具体」の順に。写真は工程ごとに番号を振り、矢印とキャプションで視線を導きます。先に結論を置くと、読み手が迷いません。

1. 平均と幅を計算して表へ追記する
2. 見やすいグラフ形式を選び作成する
3. 工程写真を番号順に並べて配置する
4. 本文は結論から書き理由を続ける
5. 単位と凡例を忘れずに明記する
6. 失敗の原因と改善案を添える
7. 発表時間を計って練習する
8. 質疑の想定問答を三つ用意する
9. 掲示後に最終チェックを行う

• 数字は桁を揃えて読みやすくします
• 色は三色以内で統一感を保ちます
• 写真は暗部を明るく補正します
• 矢印で視線の流れを設計します
• 本文の一文は短く区切ります
• 専門用語は注で簡潔に説明します
• 誤字脱字は声に出して確認します
• 掲示位置は目線の高さに合わせます
• タイトルは太く大きく読みやすくします

注意：グラフの色や軸が多すぎると伝わりません。必要最小限で要点に絞りましょう。

表と写真の役割を分けたら、読み手が迷わず結果にたどり着き、質問も具体になりました。

小結：仕上げに学んだことを振り返り、発展の道を考えます。

まとめと発展アイデア

二つの作例で仕組みを体験し、実験で仮説を検証できました。工作と科学の往復で、音の高さや響きがどの条件で変わるかが分かり、説明できるようになったはずです。最後は学びを次へつなげます。

学んだことと課題の棚卸し

長さ・張力・太さ・共鳴が音に影響する、再現には印と固定が効く、記録は仮説を強くする——これらはどの工作にも応用できます。課題は測定のばらつきと材料の個体差。次回は条件固定を強めます。

改良計画と追加実験の提案

ゴムの代わりに糸や釣り糸、箱の材質を木やプラ段へ変更、開口の形を楕円やスリットにするなど、比較案は多数あります。電子では半音追加、コード演奏、録音による重ね撮りも試せます。

他教科や社会へのつながり

音の波は理科、設計図は図工、データ整理は算数、発表は国語に直結します。身の回りの素材で音を設計する視点は、リサイクルや防音の工夫など暮らしの課題解決にも広がります。

1. 今回の仮説と結果を一枚にまとめる
2. 課題を三つに絞り改善案を列挙する
3. 次回の比較条件を一つだけ選ぶ
4. 必要な材料と時間を見積もる
5. 記録表を改良して再利用可能にする
6. 動画や音源で成果を公開して学ぶ
7. 他者の感想を集め改善へ活かす
8. 安全ルールを次回へ引き継ぐ
9. 季節行事に合わせ発表機会を作る

• 地域の工作室や図書館を活用します
• 余り材料は分類して保管します
• 音の記録はクラウドで共有します
• 実験ノートを次回の資産にします
• 借りた道具は清掃して返却します
• 学んだ言葉を索引カードにします
• 感謝のひと言をポスターに添えます
• 完成後も安全点検を続けます
• 小さな改良を日常に広げます

注意：発展実験でも安全が最優先です。新しい材料や道具は必ず大人と一緒に扱いましょう。

小さな改善を重ねながら再挑戦することで、音作りの理解が深まり、他の工作にも自信が広がりました。

小結：学びを次へつなぐ準備が整いました。最後に本稿全体の要点をまとめます。

まとめ

自由研究でピアノを作る計画は、目的と仮説→工作→実験→整理→発表の順で進めると迷いません。ゴム弦箱で振動と共鳴を体験し、紙鍵盤で電気信号から音が生まれる流れを学ぶ。長さと張力と太さ、箱の共鳴を一つずつ変えて測り、表とグラフで示すと、読み手にも違いが伝わります。

安全と記録を最優先に、写真と番号で工程を可視化し、失敗も含めて考察に活かす。今日できる一歩は、記録表の印刷と材料の仕分け、作業場所の養生です。完成と理解の両方を目指し、あなたの音づくりを楽しんでください。