Страница 2 из 6
***
Если руководствоваться параллелью с колебательным контуром, резонанс у физического тела может быть только один. Выходит, у струны может быть только один тон, у несущей только один резонанс.
К счастью, это не так. У колебательного контура электронный резонанс действительно один, а вот у физических тел график частота-упругое сопротивление зачастую имеет весьма замысловатую форму, в которой помимо глобального минимума присутствуют ещё и локальные. Такие точки на этом графике, из которых что вверх по частоте, что вниз, сопротивление увеличивается, и соответствуют частотам резонансов. При этом, чем выше абсолютное значение сопротивления в точке некоторого локального минимума, тем слабее резонанс на данной частоте.
Здесь снова уместна параллель из электротехники: так же распределяется мощность между несколькими параллельными резисторами с разным сопротивлением.
Вот так в струнах возникают линейки обертонов, а несущая часть обычно имеет несколько резонансов. Взаимодействие гармоник струн и резонансов несущей части почти всецело определяет звучание инструмента.
1.3. Взаимодействие резонансов
Проведём лабораторную работу. Для неё нам потребуются:
Гитарный тюнер и тюнер для настройки ударных инструментов, скачанные и установленные в компьютере, струна, лучше всего нейлоновая (даже не карбоновая), колок, кое-какие дощечки и брусочки.
Сделаем вот такой «стенд»:
Для начала нам надо добиться унисона между струной и резонатором. Когда вы его добьётесь, поймёте это по ужасному звучанию. Запомните его, это «волчок», о нём ещё поговорим. А теперь понемногу будем сдвигать брусочки, понижая или повышая тон резонатора, при этом каждый раз замеряя тюнером тон струны.
И что обнаружим? Тон струны изменяется вслед за изменением тона резонатора! Но чем дальше мы смещаем тон резонатора, тем отклонение тона струны от первоначального становится меньше.
Объясняется это просто: струна и резонатор образуют единую колебательную систему, и их графики частота-упругое сопротивление складываются. При этом минимумы находятся не на одной и той же частоте, суммарный минимум оказывается где-то между исходными. Несколько сложнее понять, почему этот минимум всегда находится ближе к частоте струны, причём разница может быть во много раз. Для этого надо изучить такой параметр, как добротность (обозначается «Q»).
Добротность пропорциональна числу колебаний, совершаемых системой за время, в течение которого амплитуда уменьшается в е раз. Таким образом, добротность и ЛДЗ являются обратно пропорциональными величинами.
Понятно, что чем выше добротность, например, струны, тем длительней сустейн. А ещё чем выше добротность, тем уже и острее будет диаграмма частота-упругое сопротивление. В результате, при одинаковом отклонении от частоты резонанса, упругое сопротивление у более добротного тела возрастёт больше. Поэтому относительно низкодобротная дека нормально воспринимает колебания в широком диапазоне частот, а высокодобротные струны допускают очень небольшие отклонения.
Девиациям подвергается не только основной тон, но и обертоны. В спектре одной ноты или аккорда одни обертоны завышаются, другие занижаются.
1.4. Динамическая эквализация
Мы знаем, что чем меньше упругое сопротивление несущей конструкции, тем сильнее атака, и короче сустейн в струне. Знаем так же, что резонанс представляет собой перепад упругого сопротивления на частотной шкале.
Логично предположить, что различные гармоники отдельно взятой ноты, встречая разное значение упругого сопротивления, так же будут отличаться по скорости нарастания и последующего убывания амплитуды. И даже переход из фазы нарастания в фазу убывания будет происходить не одновременно.
Да, чем меньше упругое сопротивление несущей на некоторой частоте, тем гармоника с данной частотой будет быстрее нарастать и убывать по амплитуде, и тем переход из нарастания в убывание произойдёт раньше. При этом характер звучания в нашем восприятии формируют главным образом, гармоники с наибольшей скоростью нарастания.
***
Резонансы несущей конструкции гитары, как и многих других струнных инструментов, создают в струне девиации частот и различные для разных гармоник параметры нарастания и убывания амплитуды. Когда-то первые музыкальные синтезаторы, а затем и компьютеры не могли моделировать эти факторы, и звучание получалось лишь отдалённо похожим на звучание реальных инструментов. И лишь появление высокопроизводительных компьютеров и соответствующего софта позволило моделировать звучания практически неотличимо от оригинала.
Однако, несмотря на большую значимость для формирования звучания, совокупность этих факторов не удостоилась специального термина. Я предлагаю назвать это динамической эквализацией. Соответственно, эквализацию, получаемую, например, с помощью электронных формирователей тембра, называть статичной эквализацией.
И теперь мы можем ответить на целый ряд вопросов.
Первое: почему ничего не дал эксперимент с пропусканием звука через деревянную мембрану?
Всё просто: широко распространено мнение, что проходя через древесину, звук непостижимым, почти волшебным образом улучшается-насыщается-обогащается, а это не так. Создаётся некоторая статичная эквализация, не более того. Без динамической эквализации класс звучания остаётся прежним, плохой звук остаётся плохим.
Второе: влияет ли несущая конструкция электрогитары на звучание?
Однозначно, ДА. И в акустических и в электрических струнных инструментах звучание формируется в струне, и качество и характер этого звучания в огромной мере зависит от качества динамической эквализации, создаваемой резонансами несущей конструкции. При этом индукционные датчики так же создают динамическую эквализацию своими резонансами.
Третий вопрос более изощрённый: влияет ли гриф гитары на звучание?
Влияет, причём у электрогитары-боди резонанс грифа самый сильный. Статичное упругое сопротивление грифа ниже, чем у корпуса, соответственно, при практически одинаковой добротности, резонанс сильнее. В акустической гитаре резонанс грифа заметно слабее резонанса деки, но он так же создаёт динамическую эквализацию, которой может не только улучшать, но и портить звучание.
Четвёртый: можно ли статичной эквализацией исправить недостатки динамической?
В очень ограниченных пределах. Если динамическая эквализация некой гитары такова, что она звучит как консервная банка, с помощью статичной эквализации электронного эквалайзера вы сможете получить звучание другой консервной банки, и даже жестяного ведра, но никак не хорошей гитары.
Означает ли это, что статичная эквализация совсем бесполезна? Вовсе нет, наилучшее звучание получается благодаря грамотному сочетанию обоих видов эквализации.
***
Далеко не праздный вопрос: сколько резонансов нужно для хорошего звучания? Чем больше, тем лучше? Разумеется, это не так. Если частоты хотя бы двух резонансов при некоторой добротности сблизятся настолько, что уменьшится разница между минимумами и максимумами АЧХ в диапазоне этих резонансов, то оба они потеряют выразительность, что ухудшит звучание инструмента в целом. Схождение резонансов – очень распространенная ошибка, как плохих мастеров, так и неграмотных разработчиков в серийном производстве.
Желательно, чтобы диаграмма частота-упругое сопротивление состояла сплошь из наклонных линий.
Получается, увеличивая количество резонансов, мы должны повышать их добротность. И насколько же мы можем их повысить? До каких пределов?
Загвоздка в том, что детали несущей конструкции при игре совершают не только вынужденные колебания на частотах колебаний струн (почти), но и свободные на своих собственных частотах, воруя для этого энергию у струн. И чем выше добротность резонансов этих деталей, тем больше амплитуда и длительней сустейн их собственных колебаний.