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

Тон в значительной степени является функцией целостности. ОЧЕНЬ во многом.

Answer 2

Цитата:

Сообщение от Чарльз Таубер ↠ I Когда-то у меня был превосходный учитель философии - лучший учитель, которого я когда-либо имел, по любому предмету Он начал каждый урок со слов: «Каждый из вас должен приносить с собой в каждый класс словарь. К сожалению, те из вас, кто меньше всего в этом нуждается, всегда будут иметь его, а те из вас, кто больше всего в этом нуждается, никогда не будут». Он был прав.

Я полагаю, что это первая ветка, которую я когда-либо читал на AGF, в которой я нашел словарь.

Отличный материал , Я хотел бы услышать мысли Аль Каррута по этому вопросу - ОП, то есть не необходимость в словаре.

Answer 3

Цитата:

Первоначально опубликовано brucefulton ↠ И Самое сложное - применить упрощенные машинные принципы редукционизма к анизотропным системам, полагая, что их можно масштабировать. Редукционизм совершенно не подходит для квантового анализа, с которым у Эйнштейна были проблемы. И подумайте о динамике динамики, байесовской статистике и других не редукционистских подходах. Спасибо за помощь в моей точке!

Это может быть трудно, но не бессмысленно.

Так же, как и неуверенность Эйнштейна в понимании квантовой механики или в достижении Универсальная теория обесценивает относительность и E = mc ^ 2? Самый значительный скачок в нашем понимании природы почти за 300 лет?

Я думаю, что наше недоразумение является одним из семантики, и мы на самом деле согласны. Чтобы ответить на любой вопрос, необходимо сделать допущения и сократить объем информации. Выбросьте слишком много, и вы получите ложные ответы. Но все зависит от задаваемого вопроса.

На одном конце спектра у вас есть мои упрощения в ОП. На другом конце спектра у вас есть «ЭТО ВОЛШЕБСТВО!», Что составляет большинство постов в AGF. Между ними много пропущенной информации. Возможно, на 80% вопросов, поставленных здесь, нельзя ответить с помощью информации в ОП. Но, может быть, 20% могут.

Answer 4

Цитата:

Первоначально написал Говард Клеппер ↠ I не понимаю, почему анизотропия сама по себе является препятствием для уменьшения или масштабирования.

Просто проблема / модель значительно усложняются. Например, теперь у вас есть три весенние константы вместо одной.

Answer 5

Цитата:

Сообщение от Чарльз Таубер ↠ В риск звучать легкомысленно или недоброжелательно,

Спасибо. Я не пытался поставить вас на место.

Я подумал, что вы имеете в виду мифологию более высокого уровня, поддерживаемую теми, кто имеет опыт работы с лучшими гитарами, или мастерами, которые создают качественные гитары. На этом уровне, кажется, существуют предположения, которые требуют систем верований, которые могут привести к мифологии.

Answer 6

Цитата:

Первоначально написал WordMan ↠ ОП иллюстрирует один конец спектра - редукционистский, восходящий подход. Существует также нисходящий, целостный подход. Оба имеют значение - на самом деле, каждый добавляет ценность только тогда, когда оба помнят Что касается ОП, мне комфортно с вашей картой, но не путайте ее с ландшафтом. Я смотрю на фразу «увлажнение» и улыбаюсь - в этом слове много волшебства черного ящика. По своей сути, сборка / система отличной гитары отфильтровывает все «плохие гармоники и частоты» и усиливает / изолирует «хорошие вещи». Мне нравится Боб Девеллис 'Перефразировка от luthiers о том, как гитарная система обеспечивает небольшой процент эффективности. Представьте себе систему, скажем, 7%, и понимаете, насколько она учитывает сложность и вариации, это круто. Разница в эффективности в небольших количествах / демпфирование по частотам гораздо более вероятна в этом контексте, чем если бы гитары были эффективны на 97%, а дизайн / производитель / лес могли бы добавить только немного ...

Согласен. Оба подхода необходимы и имеют свои преимущества. У обоих подходов есть проблемы, связанные с пакетом, которые затрудняют их использование в изоляции.

Операция OP была в основном сделана в ответ на множество потоков в AGF, которые предвещают работу с другого направления. «Я сделал XX замену моей гитары, и тон резко улучшился!» Кажется, что тон всегда улучшается, независимо от того, какое изменение действительно было сделано и было ли изменение каким-либо правдоподобным с механической точки зрения.

Однажды скоро я начну новую тему о звуке и восприятии, а также о возникающих проблемах. когда вы начинаете с «тона» и работаете в обратном направлении. Тот обязательно должен быть таким же живым. :)

Answer 7

Цитата:

Сообщение от Чарльз Таубер ↠ Итак почему, опять же, все мы, «кандидаты в доктора наук», пытаемся найти простейшую формулировку, настолько простую, что она больше не представляет объект реального мира, который мы пытаемся смоделировать? :)

Ну, вы можете либо начать с простых основ и продолжить сложную работу, пока не получите что-то полезное, либо вы можете начать с предположения, что все непостижимо Магия (!) И работа в обратном направлении, пока вы не получите ... что?

Я предпочитаю первое, потому что есть несколько полезных ответов, которые можно найти в мелком конце. К сожалению, у большинства наших постеров есть проблемы с тем, что ВСЕ проблемы не могут быть решены там.

Answer 8

Цитата:

Первоначально написал scottishrogue ↠ Это просто ...ВСЕ! :P Надеюсь, это поможет! Глен

+1 ..... но самый большой фактор в технической звук акустический это .... ваши уши ;)

Answer 9

Цитата:

Первоначально написал billgennaro ↠ I ' Мы прочитали от более чем одного уважаемого мастера, что акустическая гитара работает с 5% эффективностью, когда речь идет о передаче энергии оторванных струн в конечный результат создания звуковых волн в воздухе. Имея это в виду, связь (наряду с другими факторами, которые вы обсуждали) становится сверхкритической. Потеря только 1% передачи энергии из-за связи может привести к потере до 20% общей выходной энергии. Хорошо сделанные гитары могут быть «хорошо связаны», но я думаю, что все они не «одинаково» связаны. В любом случае, о чем подумать! Билл

В этом контексте я думаю, что описанная вами связь может быть на самом деле решена для демпфирования. Потеря механической энергии на нагрев, из-за внутренних потерь в древесине, окружающем воздухе и т. Д. Это также одна из наиболее часто неправильно понимаемых вещей, так как она относится к седлам, шплинтам и т. Д. «Новое седло тяжелее, и звук улучшен." Ну почему? Это жестче? Это меньше демпфирует? Это легче? Потому что в конечном итоге энергия струны куда-то уходит. Он не просто исчезнет, ​​даже с мягким седлом. Он либо вибрирует, либо превращается в тепло.

Answer 10

Цитата:

Сообщение от Чарльз Таубер ↠ Это просто это делает проблему / модель значительно более сложной. Например, теперь у вас есть три пружинные константы вместо одной.

Я тоже думал об этом больше. Работу Каша / Шнайдер 60-х и 70-х часто называют неудачным упражнением, что говорит о невозможности дискретного моделирования гитары для оптимизации дизайна.

Я думаю, что важной частью дискуссии является доступность аналитические инструменты тогда и сейчас. В качестве одного примера, анализ методом конечных элементов только вошел в моду в 1960-х годах, и матричное исчисление, включающее изучение только нескольких элементов, было за пределами возможностей даже эксперта по математике.

Сегодня студент-первокурсник инженерного дела может используйте компьютер, чтобы создать трехмерную твердотельную модель очень сложного объекта, создайте конечную «сетку» этого объекта буквально с тысячами узлов и элементов и полностью определите математическое моделирование объекта за считанные минуты. Доступность этих инструментов произвела революцию в том, что почти все спроектировано! Я не понимаю, почему они не должны быть полезны и для гитар.

Конечно, есть искусство использовать эти методы, и теперь есть люди, которые получают докторскую степень в конечно-элементном анализе. Но даже самая грубая, самая простая версия этого во много раз более точна и предсказательна, чем то, что Каша имела в 1960-х годах.

И в качестве контрапункта этому был ренессанс на целостном / наблюдательном конце обсуждение тоже. Наличие лазерной интерферометрии, поляризованного белого света, сканирующей электронной микроскопии и т. Д. Означает, что мы можем анализировать вещи новыми и значимыми способами, которые не были доступны в прошлом.