09年强贴连载－－工程技术和吉他（第五部分完）

吉他才鸟 · 发表于 2009-1-1 14:04:32

[size=100%]注：本连载转载与：http://www.home.agilent.com/agilent/editorial.jspx?cc=CN&lc=chi&ckey=866697&nid=-35125.0.00&id=866697 在此感谢作者的研究分享

[size=100%] [size=100%][size=100%]在本系列文章中，我们将通过大家所熟悉的事物――原声吉他，来揭开一些工程术语的神秘面纱。
[size=100%]声音？我听到声音了吗？

[size=100%]如果您已经全部读完了这篇关于吉他的文章，您不仅应该得到一个奖章，而且还学会一些工程技术和吉他方面的知识。在本章中，我们将拉近事物如何工作和吉他手如何为声音添加变化之间的关系。

[size=100%]位置
建议：
弹奏第六根琴弦；开放E弦，即音调最低的一根弦。

首先，在靠近琴桥的地方拨动它。
然后，在靠近音孔的地方拨动它。
现在，在琴弦二分之一处（即指板和琴身连接处）拨动它。

[size=100%]您听到了什么？

[size=92%]

Engineering and the Guitar (Part 5) Figure 1

[size=100%]用拇指拨动琴弦，您将听到一个明显不同的声音。那是因为在您释放琴弦之前您正在建立一个不同的琴弦形状：

[size=100%]图1.
从上到下：显示了在琴桥附近、音孔上方和中心点拨动同一根琴弦的情况。最底部的图显示了琴弦自然稳定的共振状态。
[size=100%]最上边的形状表示在琴桥附近拨动琴弦，产生的声音很刺耳。下面的两个形状分别表示在音孔上方和中间点拨弦的情况。在下面的形状表示琴弦达到“稳定状态”振动后的自然共振形状。这种状态下，发出的声音接近于纯的正弦波。您可以看到在中心点拨动琴弦时，琴弦更容易也更快地达到稳定状态的形状。拨弦的位置不同，在吉他上所产生的“声音”也不同。通过电吉他上安装的多个拾音器，电吉他可以更好的说明琴弦振动随琴弦的位置变化而变化这个事实。

[size=92%]

Engineering and the Guitar (Part 5) Figure 2

[size=100%]在琴弦中心点拨弦时，琴弦振动趋于简谐振动。但是在靠近琴弦一端的地方拨弦时，除了前后振动，琴弦还产生一个沿长度方向移动的行波。当这个横波最后固定下来，琴弦产生的声音与在中心点拨弦时的声音相同。如果您手边有一个“软弹簧”(一种较长且密绕的弹簧)，您可以清楚的看到这个效应。水平拉动这根软弹簧。现在在它的中央垂直拉伸，然后放开，看正常波形。然后在其末端附近垂直拉伸。您会看到多个上下运动，还有一个沿该弹簧长度方向的运动。

[size=100%]以下是示波器迹线显示的声音波形的差异。

[size=92%]

Engineering and the Guitar (Part 5) Figure 3

[size=100%]图2.
空载的“A”弦，在中心点拨动它。像我们预期的那样，所产生的频率大概是110Hz。它不是一个纯正弦波，但是我们能够很容易地看到它的固有频率。
[size=100%]幸运的是，吉他产生的波不是标准的正弦波；否则声音听起来会像音叉一样。

[size=100%]图3.
同样空载的“A”弦，但是在音孔上方拨弦。注意方波，它表明声音更富有谐声。

[size=100%]图4.
空载的“A”弦，在靠近琴桥的地方拨弦。这个信号远非一个正弦波。把该波与在中心点拨弦时的波形相对比（图2）――很难相信它们是相同的音符！

[size=92%]

Engineering and the Guitar (Part 5) Figure 4

[size=100%]音叉
现在让我们用音叉来做个实验。音叉产生已知频率的声音。我们选择的音叉产生一个440Hz频率的“A”音。在手表中使用压电音叉以产生一个精确频率作为时间基准。音叉原理常用于制作早期TV远程控制。

[size=92%]

Engineering and the Guitar (Part 5) Figure 5

[size=100%]如果我们敲击音叉（用一些耐用的东西¬——而不是在吉他上！），把音叉底部放在靠近琴桥的地方，共鸣板会把声音放大，以音叉的参考频率（440Hz）产生一个很响的声音。该声音在示波器上的图形如图所示：

[size=100%]图5.
音叉波形，使用吉他面板增大音量。

[size=92%]

Engineering and the Guitar (Part 5) Figure 6

[size=100%]音箱
正如本系列文章第四部分中所讲的，琴弦的静态拉力使琴桥承受很大的力。一把六根琴弦的吉他要承受和一袋混凝土的重量一样大的拉力。正因如此，所以12弦的吉他要使用特制的支撑，钢琴的共鸣板必须用铸铁制造。
[size=100%]吉他制作者花费很大精力选择适合作面板的木材…这样的木材必须很薄才能很好的振动，并且还要非常坚固，这样才能承受琴弦的拉力。通常选用古老的雪松或云杉来制作面板，因为这两种木材对重量的抗拉伸能力是最强的。“古老的”这个特性很重要，因为木材颗粒必须非常紧密。也就是说树要生长很慢。现代的森林都趋向于喜欢快速生长的树，这些数的年轮间隔很宽，但是这些木材一般不能用于制作吉他。
[size=100%]如果您使用牙科医生的镜子看吉他音箱内部，您会看到一系列的支撑，这些支撑把面板撑起。支撑影响吉他全部的声音。一种表现音箱的特点的方法就是产生一个冲力并看结果。图6显示了这样一个实例，用指节敲击吉他面板，但是要使琴弦减震，这样琴弦振动才不会对结果产生影响。

[size=92%]

[size=100%]图6.
吉他琴身有一个完全靠自身产生的共振。这里显示了我的指节轻轻敲击吉他面板时的响应。面板这部分的共振频率大约为100Hz。扫描速率为50ms/div。时间常数约为150ms。
[size=100%]不同的吉他之间波形将不同，并且波形也受琴弦拉力和支撑的影响。当然，这个特性在电吉他上是不明显的，电吉他的声音来自振动的琴弦本身而不是来自音箱。在电吉他里，琴弦振动通过电磁拾音器感知，“音箱”通常是一个木质实体。
[size=100%]谐音
您也许听过吉他手弹奏的像铃声一样的吉他曲段。这种效果是通过“谐音”产生的。当您以正常方式敲击琴弦的时候，一只手把琴弦按到音格上，另一只手拨动琴弦。

[size=100%]图7.这种情况下，左手把琴弦按到音格上，只让音格到琴桥之间的琴弦振动。

[size=92%]

Engineering and the Guitar (Part 5) Figure 8

[size=100%]另一种方法是仅接触琴弦在某个特定的点。拨动琴弦时，就会产生像铃声一样的声音，并且接近于音叉的声音。这种技术就叫做“弹奏一个谐音”。

[size=92%]

Engineering and the Guitar (Part 5) Figure 9

[size=100%]图8.
手指仅接触琴弦的某个特定的点（通常是第4、第5或第12音格，当吉他不是和弦的时候）来产生“谐音”。这使得琴弦在指板的两端都产生振动。
[size=100%]琴弦以这种方式运动是因为手指对琴弦施力在该点产生一个“节点”。“节点”是琴弦无垂直运动的点。在上图中，手指按压第12音格，该点正好在琴弦中央。这种情况下，整根琴弦振动，而不是一半琴弦振动。这样产生的音符和把琴弦按到音格上所产生的音符的音调（频率）一样，但是声音不同。
[size=100%]现在在第5音格上重复上述过程。首先，用手指把琴弦按到音格上弹奏音符。然后只用手指按压第5音格上方的点，另一个手指拨弦，最好是在靠近琴桥的地方。一个明显的事情发生了：这两种情况下的音符迥然不同。

[size=92%]

Engineering and the Guitar (Part 5) Figure 10

[size=100%]图9.
通过手指接触琴弦第5音格弹奏谐音，第5音格处琴弦是空弦。在该点琴弦以空弦4倍的频率（两个八度音程）振动。
[size=100%]看弹奏“谐音”时所产生的波形。

[size=92%]

Engineering and the Guitar (Part 5) Figure 11

[size=100%]图10.
“A”弦沿琴弦长中间点处弹奏谐音。

[size=100%]图11.
相同的情况，但是这次把琴弦压到音格上。注意波形更加复杂了。

[size=100%]吉他还可以产生其他的“声音”。弹奏一个和弦，但是不要让琴弦空载，把手掌放在靠近琴桥的琴弦上。这样就对琴弦减震了，并且声音包络的时间常数明显地变化。

[size=100%]图12.左侧包络：手掌放在琴弦上同时拇指拨动该琴弦。时间常数约为150毫秒。
[size=100%]
右侧包络：用拇指拨动相同的琴弦，但是手掌不要接触琴弦。时间常数约为1.5秒。示波器设置为500ms/div。
[size=100%]就是这样。在吉他四周弹奏并听产生的各种声音。翻转琴身并听音孔的方向性，或通过轻敲琴桥而不是拨弦来弹奏一个和弦。技术的数量只因您的想象力而受到限制，这就是工程技术。
[size=100%]如果您想发明下一个伟大的弦乐器，一种方法是从分析已有乐器发声原理入手。分析…建模…改进…合成…重复该过程。检查共鸣板下面的支撑。设想一下如果改变吉他的形状，或使用Kevlar琴弦，或者…声音会是什么样的呢？
[size=100%]也许有必要了解代数和最终的计算以做严格的工程计算，但是您不必以数学方法开始。可以简单地以一个您身边的物体开始。现在就去实现梦想吧。

[size=92%]