Как корпус участвует в создании звучания инструмента

Дека струнных акустических инструментов служит для создания оптимальных условий передачи энергии колеблющейся струны окружающему воздушному пространству. В зависимости от качества материала и геометрических размеров она оказывает огромное влияние на тембр звука инструмента. Качество материала деки определяется по его излучательной способности, т. е. способности наилучшим образом передавать энергию колеблющейся струны окружающему пространству и потерям энергии в материале на внутреннее трение.

 

Внутренние потери энергии в древесине однозначно связаны с логарифмическим декрементом её собственных колебаний.

 

Таким образом, потери колебательной энергии в доске будут тем меньше, чем меньше коэффициент трения r2 и гибкость материала c и чем больше масса доски (корпуса) m.

 

Логарифмический декремент затухания для различных пород древесины в среднем составляет: для ели – 0,023, для сосны – 0,025, для дуба – 0,33; для клёна – 0,028. Декремент затухания для стальных струн составляет 0,0004.

 

В акустических щипковых инструментах энергия колеблющейся струны при неподвижных опорах не может передаваться деке, а, следовательно, излучение колебаний в окружающее пространство осуществляется только струной. Из-за пренебрежимо малой (по сравнению с декой) поверхности струны, передаваемая ею окружающему пространству энергия в единицу времени (мощность) будет ничтожна. Поэтому условие нормальной работы акустического струнного инструмента – колебание опоры (подставки), связанной с декой. Колебания опоры будут также наблюдаться и в случае с электрогитарой с цельным корпусом (доской), поскольку его параметры, такие как внутреннее трение, масса и гибкость имеют конечные значения.

 

Колебательные движения опоры приводят не только к оттоку энергии в корпусе, но и к изменению частоты колебаний струны. Условие передачи энергии от струны к корпусу определяется в основном их волновыми сопротивлениями. Чем меньше волновое сопротивление деки Wд при неизменном волновом сопротивлении струны Wс, тем быстрее энергия струны будет передана деке, т. е. тем скорее струна прекратит колебаться. Неравномерность сопротивления корпуса в зависимости от частоты колебаний струны влияет на время затухания компонентов её колебания. 

 

Следовательно, подвижность опоры вносит дополнительную негармоничность обертонов в колебание струны. Эта негармоничность тем больше, чем больше волновое сопротивление струны и меньше номер компонента колебания и реактивное сопротивление опоры. Чтобы уменьшить негармоничность обертонов колебания струны, вызванную подвижностью опоры, необходимо уменьшить волновое сопротивление струны и (или) повысить реактивное сопротивление подвижной опоры.

 

Хотелось бы также отметить, что все музыкальные звуки (и не только музыкальные) имеют негармоничные обертона. Негармоничность вносит некоторые флуктуации в колебательный процесс, что приводит к оживлению, привлекательности звука, если величина негармоничности лежит в пределах (для соседних обертонов) от 0,1 до 0,35 %. Если негармоничность меньше, то звук может оказаться назойливым, зажатым, надоедливым, выше – в звуке начинают ощущаться комбинационные тоны, возникающие в связи с появлением биений между компонентами звукового колебания.

Неравномерность распределения плотности (массы) вдоль струны приводит к перераспределению мест узлов и пучностей на струне и, как следствие, к смещению частот обертонов.

Изменение длины струны в процессе колебания может оказывать заметное влияние на величину негармоничности обертонов при больших радиусах закругления опоры в местах крепления струны (рис. 2.8). При верхнем крайнем отклонении струны, длина её увеличивается и частоты обертонов понижаются, при нижнем – длина её уменьшается и частоты обертонов повышаются).

 

Жёсткость струны не только существенно влияет на негармоничность обертонов, но и в значительной мере определяет амплитуды их колебаний. Более жёсткие струны хуже менее жёстких возбуждаются на частотах обертонов. Это является следствием их большей сопротивляемости изгибу на повышенных частотах, поскольку при меньших длинах волн и больших амплитудах колебаний на этих частотах требуются большие изгибы струны. Кроме того, каждый обертон требует дополнительного напряжения струны за счёт изгибов при постоянном расстоянии между опорами струны. Толстые (более жёсткие) струны сопротивляются растяжению и изгибу больше, чем тонкие. Затухание обертонов струны может также возрастать за счёт внутреннего трения струны. При недостатке обертонов и их быстром затухании струна звучит глухо.

Большое значение для акустических параметров струны имеют место и характер возбуждения. Большая поверхность касания струны возбуждающим телом (мягким предметом большого радиуса, например, пальцем руки) ведёт к задержке возбуждения высоких частот (обертонов) и уменьшению амплитуд их колебаний. Поверхность и время касания струны могут быть настолько большими, что станут мешать возбуждению обертонов высоких частот. Когда время касания струны возбуждающим телом оказывается больше периода колебаний обертонов, оно становится демпфирующим элементом для этих обертонов. Также туго натянутые струны при прочих равных условиях имеют меньшее время касания, поэтому они звучат более ярко.