Техническая сторона гитар - что влияет на тон?

Question

Как биомедицинский инженер, я узнал много вещей, которые имеют непосредственное отношение к гитарам и игре на гитаре. Я узнал о вибрационных механических системах. Я узнал о материаловедении. Я узнал о дедуктивных рассуждениях и решении проблем. И я узнал о науке и исследованиях, и о бесчисленных способах, которыми мы можем обмануть себя с помощью предвзятости и плацебо.

Здесь часто есть темы о конструкции гитары, изменениях тона и ряде тем, которые показывают недопонимание в основы того, как все работает. Я подумал, что постараюсь помочь, изложив пару идей на языке непрофессионалов.

Итак ... давайте начнем с того, как понимать вибрирующие системы.

Простейшая вибрирующая механика Система, которую вы можете нарисовать такова:


Просто масса, подвешенная на пружине. Для практических целей пружина имеет постоянную жесткость независимо от того, как долго она растягивается. Когда масса перемещается, а пружина сжимается или растягивается, масса движется вперед и назад циклически. Если нет ничего, чтобы замедлить его, он делает это навсегда.

Но мы знаем, что в реальном мире эти системы "с потерями". Из-за трения часть энергии рассеивается в виде тепла, и вы теряете механическую энергию. Таким образом, более тонкая картина системы такова:


«R» - это демпфер, который представляет собой все вещество, которое отбирает энергию у вибрирующего движения и превращает ее в тепло .

Это изображение представляет собой полезную симуляцию большинства вибрирующих систем, включая гитары. И есть только три вещи, которые могут измениться: масса, жесткость (пружина) и демпфирование (демпфер).

В этой модели есть несколько интересных моделей поведения. Во-первых, он хочет вибрировать с определенной скоростью. Это «резонансная частота», о которой мы так много слышим. С другой стороны, вибрация инициируется одним «импульсом» энергии извне (скажем, гитарным грохотом) ... и вибрация продолжается в течение определенного периода времени, в зависимости от степени демпфирования. Вы можете думать об этом как сустейн.

Итак, что делать с гитарами? Ну, трудно представить их как единую массу, пружину и амортизатор. С системной точки зрения, они на самом деле состоят из сотен (миллионов?) Масс, пружин и амортизаторов, которые сложным образом связаны друг с другом. Даже вещи, которые не выглядят как изображения, которые мы нарисовали ведут себя точно так же, как эта картинка. Например, рассмотрим воздух внутри корпуса гитары:

Это просто масса воздуха, соединенная с пружиной воздуха - она ​​делает то же самое! Многие вещи о механике гитары можно понять таким образом. Вибрация струны, вибрация воздуха между гитарой и вашим ухом ... вся масса, жесткость и демпфирование.

Когда вы начинаете сложным образом соединять массы, пружины и амортизаторы, они начинают взаимодействовать друг с другом. Результаты этого взаимодействия могут быть очень сложными, и поэтому, казалось бы, мелочи могут иметь огромное значение, а, казалось бы, огромные вещи не могут иметь никакого значения вообще. Это зависит от того, как все эти массы, пружины и амортизаторы связаны. Но, несмотря на всю сложность, гитару можно рассматривать как систему масс, пружин и амортизаторов, и вы можете ответить на многие вопросы, посмотрев на нее таким образом.

Вот еще одна интересная вещь. Две из этих переменных (масса и жесткость) влияют только на скорость, с которой объекты будут вибрировать (частота), и на расстояние, которое они пройдут (амплитуда / отклонение). Одна из этих переменных (демпфирование) влияет только на продолжительность вибрации и на то, как быстро вибрационная энергия откачивается и превращается в тепло.

Итак, когда вы спрашиваете себя ", какое влияние оказывает XX на тон? ", вот серия полезных вопросов.

- изменение добавило или вычитало массу?
- изменение добавило или вычитало жесткость?
- изменение добавило или вычтло демпфирование?
- я добавило или вычло новые механические элементы (массы, пружины или амортизаторы)?
- изменение связало способ взаимодействия массы, пружин и амортизаторов?
- насколько я изменился?

Так что я открываю ветку для обсуждения и вопросов. Если кто-то нашел это полезным, я могу сделать что-то подобное для свойств материала. Я мог бы даже сделать один в отношении слуха, восприятия, предвзятости и плацебо.

Answer 1

Цитата:

Первоначально Написал Говард Клеппер ↠ Это половина этого. Они также влияют на амплитуду.

Исправлено - и теперь исправлено в ОП. Благодарю.

Answer 2

Цитата:

Первоначально написал Алан Каррут ↠ Фабрика, предположительно, будет проектировать средние свойства древесины, которую они будут использовать для данной модели. Они получат лучшие гитары из среднего дерева, которые будут более точно соответствовать характеристикам, по которым они стреляли, и это оправдает их рекламные претензии. Порода древесины гораздо менее важна для арендатора, у которого есть некоторые возможности узнать, на что действительно похожа древесина, и поработать или выбрать древесину по этим свойствам.

имеет смысл и является важным выводом, который я до сих пор не рассматривал таким образом: когда потенциально лучшая древесина проникает в производство фабрики, это может не привести к лучшей гитаре, потому что дизайн сборки не был оптимизирован для этой древесины , но для среднего дерева. Это реальная разница между производственными гитарами и "бутиковыми" гитарами, где есть достаточное количество адаптации (не Тейлоринг) сборки для отдельных кусков дерева. Я всегда осознавал, что большая индивидуализация означает, что мелкие строители могут извлечь максимальную выгоду из древесины, которую они использовали, но на самом деле я не думал о том, что то, что будет считаться древесиной лучше среднего, может фактически поставить под угрозу конечное качество фабрики. - встроенная гитара, потому что у нее нет «средних» характеристик, вокруг которых были установлены спецификации сборки. Я правильно понял?

Answer 3

Я бы добавил граничные условия и внешнюю движущую силу в качестве дополнительных базовых компонентов.

Кроме того, вы упоминаете соединение как нечто сложное, что может быть исключено из основного обсуждения. Вы, кажется, подразумеваете, что масса и жесткость являются наиболее важной частью частотной характеристики. Я бы сказал, что связь не менее важна. Если струны не связаны с корпусом, струны генерируют частоты посредством массы и жесткости, но без связи это не гитара.

Answer 4

У меня такое чувство, что есть много «я действительно не знаю, ПОЧЕМУ это работает лучше всего, но это для меня, поэтому я буду продолжать делать это таким образом». в гитарном строительстве. Конечно, из опыта они знают, что движение этого или формирование, которое меняет вещи так или иначе. Уверен, для многих это скорее искусство, чем эмпирическая наука. Пока это работает, тогда все в порядке. Однако это порождает множество диких идей. Я предположу, что когда вы делаете 50 000 гитар в год или более, практичность гитарной конструкции становится более заметной, чем ее искусство. Шаблон действительно должен быть хорошим, а дизайн легко продублированным. Но глубокая наука и магическое искусство отошли на второй план.

Мне понравилась тема, хотя у меня был всего 1 год физики и химии.

Answer 5

Аарон,

Вам также может понравиться чтение книги Эрвина Сомоги "Адаптивная гитара". Это не технический, но много говорит о жесткости, массе и демпфировании / сцеплении. Это откровенный «гитарный» разговор о том, как эти переменные настраиваются с помощью громкоговорителя для достижения желаемых результатов, и он имеет непосредственное отношение к тому, что вы говорите.

Билл

Answer 6

Цитата:

Сообщение от billder99 ↠ Третий год физика ... я ненавидел это ... поля гаусса, субчастицы и заряды, квантовые свойства, относительность ... я действительно не думаю, что нужно выходить за рамки физики 1-го года в понимании физики музыкального инструмента .. Вы думаете слишком глубоко. Конечно, это еще не все, но эти вариации демонстрируют влияние на крайности в природе.

Моя физическая нагрузка на третьем курсе также включала в себя передовую механику и численный анализ, так что нет, я ' Я не думаю слишком глубоко.

Answer 7

Цитата:

Первоначально написал Аарон Смит ↠ Я бы сказал, что для понимания сложных вещей вы ВСЕГДА должны использовать редукционистский метод.

Мы не могли не согласиться больше.

Answer 8

Это просто ... ВСЕ! :P Надеюсь, это поможет!

Глен

Answer 9

Цитата:

Первоначально написал robj144 ↠ Я бы добавьте граничные условия и внешнюю движущую силу в качестве дополнительных основных компонентов.

Очень хороший момент, так как большая часть действий гитары происходит за пределами областей, где вещи аккуратный и линейный. Кроме того, вход никогда не бывает простым, совершенным импульсом. Это хорошие модификации и дополнения к существующим идеям.

Цитата:

Сообщение от robj144 ↠ Кроме того, вы упоминаете связь как нечто сложное, что может быть исключено из основного обсуждения. Вы, кажется, подразумеваете, что масса и жесткость являются наиболее важной частью частотной характеристики. Я бы сказал, что связь не менее важна. Если струны не связаны с телом, струны генерируют частоты посредством массы и жесткости, но без связи это не гитара.

Я не думаю, что связь может быть исключена из обсуждения. Как только основы рассмотрены, это обсуждение. Это единственный способ добраться от пружины / массы / демпфера до гитары. Я бы сказал, что связь и взаимодействие - это большая часть дискуссии. Хотите объяснить, как это работает, в нескольких предложениях? ;) Это трудный путь, выходящий за рамки моих навыков и знаний.

Однако, я думаю, вы можете предположить, что все хорошо взаимосвязано. Если бы они не были, гитара не была бы статичной системой. Все силы в гитаре разрешены равными и противоположными силами; иначе силы заставили бы это изменить формы. Но после того, как она сыграна, в течение разумного периода времени, гитара остается такой же, какой была до того, как была сыграна.

Так что же тогда это за сопряженные интерфейсы? Маленькие крошечные версии механической системы в ОП. С массой, жесткостью и демпфированием.

Answer 10

Цитата:

Сообщение от devellis ↠ Я хочу Я сделал это, но на самом деле это был billgennaro .

Упс! Извините billgennaro !

В лучшем случае игрок может выяснить, какой инструмент подходит им лучше всего. И, если они пробуют много гитар, живут с ними и обращают внимание на то, что они играют и как они играют / звучат, они могут звучать довольно хорошо.