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 Аарон Смит ↠ Итак, неужели эйнштейновский редуктивный отказ понять квантовую механику или прийти к универсальной теории обесценивает относительность и E = mc ^ 2? Самый значительный скачок в нашем понимании природы почти за 300 лет?

Ну, да, это, по крайней мере, относительно общей теории относительности. Квантовая теория в корне несовместима с Общей теорией Эйнштейна на субатомном уровне, поэтому мы знаем, что, хотя она может предложить предсказательную полезность в некоторых обстоятельствах, она не может адекватно и полностью объяснить наш реальный мир полностью.

В любом случае, Эйнштейн действительно понимал квантовую механику, ему просто это не нравилось.

Answer 2

Цитата:

Сообщение от Kupuna50 ↠ Все эффекты тон.

Только в каком-то философском, абсолютном или платоническом смысле.

Понятно, что все не влияет на тон в смысле, который является практически значимым. Посадка мухи на грифе гитары добавляет измеримую массу и демпфирование. При слепом прослушивании кто-нибудь верит, что они могли обнаружить момент контакта мухи по тону гитары?

Итак, теперь нам нужно спросить, что создает предсказуемые и непротиворечивые обнаружимые различия в тонах, различимые обученным и искушенным слушателем на основе слепых слуховых сигналов.

Исходя из этих критериев, очень ясно, что не все влияет на тон в практическом значимом смысле. Но мало что из этого подвергалось научному исследованию, которое установило бы эффект и порог.

Answer 3

Цитата:

Первоначально написал brucefulton ↠ Ну, да, это по крайней мере относительно общей теории относительности. Квантовая теория в корне несовместима с Общей теорией Эйнштейна на субатомном уровне, поэтому мы знаем, что, хотя она может предложить предсказательную полезность в некоторых обстоятельствах, она не может адекватно и полностью объяснить наш реальный мир полностью. В любом случае, Эйнштейн действительно понимал квантовую механику, ему просто это не нравилось.

Меня поражает, что наша дискуссия не отличается от дискуссий между физиками-теоретиками и физики наблюдений на конференциях.

Спасибо за ваш вклад в ветку. Мне понравилось читать ваши перспективы.

Answer 4

Я знал, что есть кое-что еще, о чем я хотел бы поговорить ...

"Волшебный лес"

По моему мнению, каждый набор дерева предлагает возможности и устанавливает ограничения. Хороший продавец может реализовать больше возможностей и приблизиться к пределам. Учитывая количество совпадений в свойствах между видами, должна быть возможность сделать гитару с B & S из красного дерева, которая звучала бы более «палисандровой», чем с палисандром, если дерево выбрано разумно. Нельзя сказать, что средние значения не имеют смысла, особенно когда речь идет о производственных гитарах. «Гонка не всегда быстрая и не сильная, но вот куда идут умные деньги»

Если вы избавитесь от волшебных древесных нитей в этих списках, пропускная способность упадет примерно на 80 %. Свойства древесины, безусловно, важны, но, возможно, не так важны, как многие думают. Кроме того, больше всего важны свойства фрагмента, с которым вы работаете, а не то, из какого дерева это происходит. У каждого вида так много различий, что единственный способ узнать это - измерить.

Некоторые люди могут делать это, сгибая и чувствуя. Карл Рой, покойный директор школы скрипки Миттенвальда, мог надежно сортировать образцы древесины с точностью до 3% от жесткости. Другие тесты, о которых я слышал, показывают, что большинство людей не настолько хороши в этом, как они думают ... Существуют «технические» методы, которые могут получить вас в пределах 10% или около того от значения модуля Юнга (E). довольно быстро, и это обычно достаточно хорошо для нас.

Длиннозернистая древесина E хвойных пород хорошо отслеживает плотность в диапазоне значений, с которыми мы работаем. Примерно 2/3 образцов, которые я тестировал, находятся в пределах 10% +/- от той же линии. Все виды, которые я тестировал, следуют одному и тому же правилу в этом отношении, при условии, что нет очевидных проблем, таких как истощение или реакция древесины. Перекрестная жесткость коррелирует с углом кольца, и не намного больше. Насколько я могу судить, с точки зрения жесткости и плотности ель - это ель. Западный красный кедр и красное дерево, как правило, имеют гораздо более низкое увлажнение, чем ели. У меня нет достаточно данных о других видах, чтобы сказать с уверенностью.

Я не могу избавиться от впечатления, что у созданных мной гитар с красной еловой доской звучание более «прямое», чем у других. Я должен задаться вопросом, обманывает ли это меня себя; слышать то, что я ожидаю услышать. Это работа для слепого теста. У меня есть набор красного кедра и один из красной ели, которые имеют точно такие же свойства, кроме демпфирования, так что это будет интересный матчап.

Мой опыт подсказывает мне, что плотность является наиболее заметным свойством задней древесины, с демпфированием, возможно, отдаленной секунды, предполагая что-то вроде «нормального» диапазона значений E. У меня есть прекрасный задний набор с капюшоном, свойства которого несколько хуже, чем у масонита, и я с нетерпением жду создания этой пары гитар!

Answer 5

Должен сказать, что эта нить - глоток свежего воздуха, увидев здесь некоторые утверждения, нарушающие основные законы физики.

Answer 6

Гусеницы не выбирают из случайных наборов древесины, поэтому средние качества древесины для породных пород действительно не имеют значения. Поскольку лесорубы всегда используют высококачественную древесину и выбирают только пиломатериалы премиум-класса, а затем выбирают отдельные комплекты из пиломатериалов уже высокого качества, не ясно, что то, что на самом деле используется, вообще является представителем определенного вида.

Поскольку некоторые виды древесины встречаются чаще, чем другие, мы не можем применять статистические методы отбора образцов для выбора различных пород. Это не имеет значения, например, какими могут быть средние качества (сила, анизотропия и т. Д.) Красного дерева, если, учитывая довольно обильные запасы, соковыжималки выбираются только из лучших 10% красного дерева при выборе 30% верхнего IER и 90% из доступных BRW. Насколько действительно отличаются 10% красного дерева от 90% более редкого BRW? Не зная свойств выборочных популяций, сравнение не может быть сделано на основе видов.

Это делает выборку гитар из разных пород дерева для целей статистического сравнения средств довольно бессмысленным. Наиболее распространенные статистические методы предполагают случайную выборку из популяции. Luthiers (включая фабрики верхнего уровня, такие как Martin, Taylor и Gibson) не используют случайные образцы доступных видов для создания своих инструментов. Не зная, что было выбрано и почему, мы не можем сделать убедительные заявления о классах отбора.

Answer 7

Цитата:

Первоначально написал robj144 ↠ Что касается граничные условия, я не говорю о нелинейных эффектах, я говорю о том, как граничные условия создают спектр стоячей волны. Что касается связи, то другим базовым параметром в этой упрощенной модели является сила связи , Если бы вы математически моделировали эту простую систему, это была бы система связанных волновых уравнений, и чрезвычайно важным параметром, наряду с массой, жесткостью и т. Д., Является сила сцепления. Это было бы в простейшей формулировке.

Мне потребовалось больше времени, чтобы подумать об этом. Очень хорошее наблюдение и очень глубокое влияние на гитары. Не могли бы вы развить основы механических интерфейсов и связи таким образом, чтобы помочь учёным, не являющимся учёными?

Answer 8

Цитата:

Сообщение от brucefulton ↠ Luthiers don Не выбирайте из случайных наборов древесины, поэтому средние качества древесины для породных пород действительно не имеют значения. Поскольку лесорубы всегда используют высококачественную древесину и выбирают только пиломатериалы премиум-класса, а затем выбирают отдельные комплекты из пиломатериалов уже высокого качества, не ясно, что то, что на самом деле используется, вообще является представителем определенного вида. Поскольку некоторые виды древесины встречаются чаще, чем другие, мы не можем реально применять методы статистической выборки для отбора различных пород. Это не имеет значения, например, какими могут быть средние качества (сила, анизотропия и т. Д.) Красного дерева, если, учитывая довольно обильные запасы, соковыжималки выбираются только из лучших 10% красного дерева при выборе 30% верхнего IER и 90% из доступных BRW. Насколько действительно отличаются 10% красного дерева от 90% более редкого BRW? Не зная свойств выборочных популяций, сравнение не может быть сделано на основе видов. Это делает выборку гитар из разных пород дерева для целей статистического сравнения средств довольно бессмысленным. Наиболее распространенные статистические методы предполагают случайную выборку из популяции. Luthiers (включая фабрики верхнего уровня, такие как Martin, Taylor и Gibson) не используют случайные образцы доступных видов для создания своих инструментов. Не зная, что было выбрано и почему, мы не сможем сделать убедительные заявления о классах выбора.

Это зависит от того, какую вселенную вы хотите обобщить. Если это все дерево от рассматриваемого вида, то ваши комментарии прямо на отметке. Но если лесные гитарные мастера используют гитарное строительство, выбор действительно не составляет проблемы, если у вас достаточно точек данных и случайных выборок из этой вселенной. Это случайная выборка узкой популяции, чтобы быть уверенным. Но если это популяция, представляющая интерес, то это именно то, что вы должны попробовать. Конечно, то, какое население является «правильным», зависит от вопроса, на который вы хотите получить ответ.

Answer 9

Цитата:

Сообщение от brucefulton ↠ И самое сложное - применить упрощенные машинные принципы редукционизма к анизотропным системам, думая, что их можно масштабировать.

Я не понимаю, почему анизотропия per se Любое препятствие для уменьшения или масштабирования.

Answer 10

Брюс Фултон писал:
«Гусеницы не выбирают из случайных наборов древесины, поэтому средние качества древесины для породных пород действительно не имеют значения. [snip] Это делает выборку гитар из разных пород дерева для статистического сравнения означает довольно бессмысленно. Большинство распространенных статистических методов предполагают случайную выборку из совокупности. "

Конечно, стандарты оценки несколько сужают распределение, но, возможно, не так сильно. Я подозреваю, что для верхних пород дерева основной эффект связан с жесткостью поперечного зерна. Мы выбираем лучшую расквартированную древесину с годичными кольцевыми линиями, перпендикулярными к лицу, когда это возможно. Это дает самую высокую жесткость поперечного зерна, а также большую стабильность. Хорошо расквартированные хвойные породы могут иметь соотношение модуля Юнга и поперек зерна до 7 или 8: 1, хотя чаще встречается 10: 1. Древесина плоской резки с кольцевыми линиями, параллельными лицевой поверхности, может иметь соотношение в диапазоне 12: 1, но она гораздо менее устойчива и более подвержена растрескиванию. Скошенная древесина с кольцевыми линиями под 45 градусов может иметь соотношение до 100 :; жесткость поперечного зерна всего лишь на 1/10 выше, чем у четкого дерева. Небольшие отклонения от «идеального» квартала могут иметь заметное значение. Недавно я вырезал две «сестринские» вершины из балды западного красного кедра. Один имел на 30% более низкую жесткость, чем другой. Трудно было увидеть реальную разницу в угле кольца; возможно 2-3 градуса.

Древесина B & S не показывает такой большой разницы в длинной / поперечной жесткости. Тем не менее, по причинам стабильности все же стоит хорошо расквартировать акции.

Тем не менее, есть еще много вариаций, даже в пределах сортовой древесины, которую мы покупаем. У меня были еловые верхушки Энгельманна с удельным весом около 0,35, а другие ближе к 0,5. Если память не изменяет, это почти так же сильно отличается, как сталь и алюминий. В большинстве случаев вы не видите этих различий, и, поскольку стандарты оценки являются в основном косметическими, они их не улавливают. Ирония в этих плотных вершинах Энгельманна заключалась в том, что я спросил у моих поставщиков древесину низкой плотности. Они послали мне легкие топы, но они были легкими, потому что они были худыми. Люди на складе просто выбрали тех, кто чувствовал себя легким. Я буду использовать их, но не для целей, которые я имел в виду, когда заказывал их.

Фабрика, вероятно, 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. Породы древесины гораздо менее важны для арендатора, у которого есть некоторые возможности узнать, на что действительно похожа древесина, и поработать или выбрать древесину по этим свойствам.