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吉他算是物理發聲嗎

生活 更新时间:2024-09-07 14:46:24

前方燒腦警告,這可能是一篇比較硬核(難讀)的文章。但看完之後,相信你對吉他這個樂器本身會有個新的認知。

吉他算是物理發聲嗎(我學到了這些物理知識)1

吉他構造圖

聲音是一種機械波

聲波是一種機械波,由物體(聲源)振動,帶動空氣振動,從而形成聲波。

吉他的發聲原理如下圖,我們撥動琴弦(機械振動),産生的振動通過弦枕和琴橋傳達給面闆(文章提到的面闆沒有特殊指明都是正面闆,也就是音孔那面),面闆的振動擠壓箱體内的空氣,帶動空氣振動,産生聲波。

吉他算是物理發聲嗎(我學到了這些物理知識)2

最基本的聲波就是簡諧振動(下文會提到)所産生的正弦波[1]了。傳統樂器一般都依靠簡諧振動發聲,比如琴弦、簧片、鼓面等的振動,因此發出的也是正弦波。

根據能力守恒定律[2],從撥弦到發出響亮的聲音,都是你彈指間的能量轉換,原生吉他并沒有額外的能量施加。

吉他弦的振動是一種簡諧振動

簡諧振動是最簡單的一種機械振動,當物體進行簡諧運動時,所受的力跟位移成正比,并且力總是指向平衡位置。

吉他算是物理發聲嗎(我學到了這些物理知識)3

在吉他弦大概中間位置(靠近音孔的位置)的撥弦就類似簡諧振動,你越大力,那在豎直方向振動的幅度就越大,聲音也就越大。

撥動琴弦的聲音等于基音和多個泛音的疊加

以某個固定頻率進行簡諧振動所産生的聲波稱為純音,但世界上并不存在絕對的純音,比較靠近純音的聲音比如音叉。單獨撥響吉他的一根琴弦所産生的聲響并不是純音,而是基音和諧音的幾種不同頻率的波組成的聲音

我們将一個标準的正弦波作為基準,稱作基波。諧波就是比基波的頻率高整數倍的波。吉他彈響一根弦或鋼琴按下一個鍵都會在基波的基礎上産生多個諧波,在音樂中我們把諧波稱為“泛音”。

比如撥動吉他某根琴弦的純音聲波的頻率是f,将此純音作為基波,其諧波的頻率可為2f、3f、4f、……,這些諧波分别稱為二次諧波、三次諧波、四次諧波等。如圖2所示:

吉他算是物理發聲嗎(我學到了這些物理知識)4

那這個聲音的實際聲波疊加如下圖,最上面是基波,依次向下為二次諧波、三次諧波等等。實際上,所有傳統樂器所發出的音都是複合音,由振幅最大的基波和一些列振幅較小的諧波疊加構成。那麼我們就可以給出單音的定義了:單音指單一樂器演奏獨立的一個音發出的聲波(諧波疊加),其基波的頻率稱為音高不同樂器的單音所疊加的諧波在頻率和振幅上都不相同,因此樂器的音色千差萬别。

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吉他泛音技巧的原理

我們經常在一些很厲害的吉他演奏視頻上看到泛音,這是一種非常幹淨、空靈感的音色。但泛音背後的物理原理是什麼呢?

這個問題我也糾結了很久,今天想了一下,似乎找到了答案,和大家分享一下。從上面我們已經知道琴弦的聲音是由基波和諧波疊加的複合音,而且基波、二次諧波、三次諧波的頻率是依次遞減的,如果我們想要二次諧波(一次泛音,高八度)的聲音,其實隻要把基波的産生的頻率想辦法消滅掉就可以了,在吉他上就是通過手指輕輕按壓弦特定位置方式。

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上圖就是一次泛音産生的位置,對應吉他就是 12 品柱的位置。

吉他算是物理發聲嗎(我學到了這些物理知識)7

上圖就是四次諧波(高2個八度)産生的位置,對應吉他就是 5 品柱的位置,按照相同的原理,你試一下找找其他的泛音點?

堅強的吉他面闆

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吉他制造者們早就知道面闆是吉他最重要的組成部分。事實上,一些非常好的原聲吉他背闆和側闆是塑料的,但是面闆必須最好的木材來做。看來面單吉他性價比要比全單的高啊~

你知道要做一把好的原聲吉他有多難嗎?每根琴弦要承受數千克的拉力,而一把吉他通常有六根琴弦。想一想,7千克乘以6根琴弦,這是一袋混凝土的重量!現在想象一下把你心愛的吉他正面挂一袋混凝土看看?

所以吉他面闆(有圓孔的那部分)必須非常堅固,能經受的住琴弦的拉力,同時還要十分薄而且輕,這樣才能放大聲音。通常選用古老的雪松或雲杉來制作面闆,因為這兩種木材對重量的抗拉伸能力是最強的。

看完這段,不知道你會對手中的燒火棍做何感想~

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