Тембр звуку для гитары

Формирование звука электрогитары (Тракт)

Если вы полный профан и никогда прежде не видели и не держали в руках электрогитару, то знайте, неподключенная она звучит очень тихо. Да и она же электрическая, значит по логике, ее нужно куда то воткнуть. Неужели в розетку, как Волк в известном мультсериале? Поэтому звук электрогитары в целом не определяется только типом используемого инструмента. Большое влияние на него оказывает вся цепочка формирования звука – от гитары до усилителя. Она и называется гитарным трактом.

Понятие гитарного тракта

Рассмотрим последовательность элементов, входящих в гитарный тракт. В самом классическом понимании, гитарный сигнал сначала попадает на предусилитель, затем на усилитель мощности. Между ними могут быть какие либо устройства эффектов. И уже этот усиленный сигнал попадает на специальный гитарный динамик, который и выдает тот самый узнаваемый звук электрогитары.

В продаже их можно найти как в раздельном виде, так и в связке. Комбоусилитель (комбик, комбо) содержит в себе все три элемента в одном корпусе (предусилитель, усилитель мощности и динамик). Усилитель типа голова – это предусилитель и усилитель в одной коробке. К ней требуется кабинет. Кабинет – это деревянный корпус с одним или несколькими динамиками.

Голова+кабинет (полустек)	Комбоусилитель

Классическая схема гитарного тракта

На рисунке изображена классическая схема гитарного тракта, начиная от гитары, заканчивая динамиком. Данный тракт является аналоговым. Рассмотрим все его элементы поподробнее.

Предусилитель (preamp).

В преампе сигнал с гитары предварительно усиливается и именно в нем искажается и перегружается, т.е. преамп подготавливает сигнал для усилителя мощности. Предусилитель может иметь один и более каналов. Одноканальные преампы как правило дают только чистый звук, но нередко обладают кнопкой boost (усиление) и крутилкой Gain, которая делает из чистого звука перегруженный. Многоканальные имеют один чистый канал и один или более перегруженных. Предусилители существуют как в связке с усилителем мощности (голова, комбо), в рековом исполнении и даже в формфакторе педали. Преамп играет наверно основную роль в формировании тембра звука гитары, по крайней мере перегруженного звука точно. Поэтому очень удобно, например, иметь их несколько разных в формате педали и подключать в зависимости от ваших вкусовых предпочтений и персональных хотелок.

Преамп AMT P2. Дает звук, схожий со звуком головы Peavey 5150

Усилитель (poweramp, мощник, оконечник).

В нем сигнал с преампа усиливается до необходимой громкости звучания, что позволяет полноценно работать с динамиком. Оконечник также может перегружать звук, но для этого нужна очень большая громкость. Звук перегруженного оконечника довольно своеобразен. Усилитель мощности также вносит свои нюансы в получающийся звук, но не настолько кардинально, как преамп.

В усилителях типа «голова» преамп и оконечник объединены как одно устройство.

Кабинет.

Что такое динамик, думаю рассказывать не стоит. Кабинет гитарный состоит из одного и более динамиков. Они бывают разных размеров, чаще всего от 6 до 12 дюймов. Количество динамиков в кабинете может составлять от 1-го до 4-х. Самыми рекомендуемыми и лучше всего подходящими для электрогитарного звука являются 12 дюймовые динамики. Также гитарный динамик несколько отличается от тех, что стоят в наших обычных домашних колонках. Гитарные ограничены по частоте. Примерно от 60 Гц до 6-9 кГц. Дело в том, что гитара это среднечастотный инструмент, и все полезные и приятные уху звуки лежат как раз в этом диапазоне. Поэтому, если вы подключитесь к обычным хайфайным колонкам, помимо гитары вы еще услышите море неприятного зуда и скрежета. Как раз их специальные гитарные динамики и не пропускают.

Randall 4×12	ENGL 1×12

Педали перегруза (distortion, overdrive, fuzz).

С развитием гитарной электроники и музыки в целом, на рынке появились педали, предназначенные чисто для перегруза сигнала. Их можно разделить на самостоятельные, которые включаются в чистый канал, и «грелки». С первыми все ясно. Включил, накрутил ручки на свой вкус, и играй. Грелка же нужна для игры в перегруженный канал, если не хватает уровня перегруза в преампе или хочется изменить характер звука. Грелка делает звук более четким и сухим. Тут уже необходимо искать баланс между уровнем гейна на грелке и преампе, поиграться частотами и т.д. По сути, грелка это просто педаль овердрайва, но включая ее в грязный канал усилителя можно хорошенько так «причесать» и уплотнить перегруз. Самые популярные грелки это Ibanez Tubescreamer TS9, Maxon OD808 и Boss SD1.

Педали эффектов (chorus, flanger, delay и т.д.)

Педали эффектов нужны для добавления каких то фишек в звук электрогитары. Например реверберации (эха) или же дилей (то же что то типа эха на слух). Включаться они могут как в разрыв усилителя (между предом и оконечником), так и напрямую в предусилитель. Есть конечно некоторые рекомендации по подключению, но в целом гитарист сам может включить их куда угодно, в зависимости от целей и вкусов.

Цифровой гитарный тракт (гитарный процессор)

С развитием компьютеров и прочих информационных технологий, люди научились моделировать усиление гитары с помощью компьютера. То есть проще говоря, электрические колебания струны преобразуются в нолики и единички, как то усиливаются, искажаются, потом снова преобразуются в электрические колебания и попадают на динамик. Здесь логичен вопрос, насколько точно все это преобразуется и не портится звук в процессе этих преобразований. Поэтому самое главное в гитарном процессоре это АЦП и ЦАП, т.е. те самые преобразователи из цифры в аналог и обратно. Чем они точнее и качественнее, тем будет более естественный и приятный звук. Но это тема другой отдельной статьи.

В рамках этой же статьи, я вскользь расскажу о теме гитарных процессоров. Их предназначение по сути то же, усилить сигнал гитары и подать на динамик. Вся суть усиления остается такой же как и классическая, только выполняется все в цифровом виде. Все вот эти преампы, усилители мощности, куча педалей эффектов, что на картинке выше, умещаются в одной не очень большой коробочке.

Тот самый Zoom 505 II

В принципе, на 2018 год, технологии вполне себе так развились, и современные дорогие гитарные процессоры способны выдавать вполне достойный звук. Так что не исключено, что в будущем все эти ваши ламповые головы канут в лету и уступят место цифровым усилителям (но честно скажу, думаю это еще оооочень нескоро).

Источник

Музыкальный звук. Как формируется гитарный звук

Звук – колебание физического тела. Звук обладает следующими свойствами:
Высота. Зависит от частоты колебаний источника звука.
Длительность (сустейн). Зависит от продолжительности колебаний источника звука.
Громкость – сила звука.
Тембр – окраска звука.
Тебр звука формируется за счёт призвуков (обертонов), которые образуются в результате колебаний физического тела, будь то струна в щипковых инструментах таких как гитара, или столб воздуха в духовых. У каждого инструмента набор этих обертонов (призвуков) отличается. Слух улавливает эти различия, и мы слышим тембр звучание разных инструментов.

Звуки можно разделить на музыкальные и шумовые.
Что отличает музыкальный звук от любого другого? Система высотных соотношений лежащая в основе определённой музыкальной культуры. К примеру частота колебаний ноты “ми” (1-я струна на гитаре) 329,63 Гц, ноты “ля” (это 1-я струна, зажатая на 5-м ладу) 440 Гц и т.п. Т.е. у каждого музыкального звука есть определённая точная высота выраженная в герцах. Эта система называется музыкальный строй.

Формирование гитарного звука

В формировании звука у акустической гитары напрямую участвует корпус, а точнее верхняя и нижняя деки. О том из каких частей состоит гитара и как она устроена читайте здесь. Струны колеблясь передают энергию на корпус гитары, который в свою очередь также начинает колебаться, и за счёт этого мы слышим звук. На звук акустической гитары очень сильно влияет дерево из которого сделан инструмент, в отличии от электро гитар, в которых дерево играет второстепенную роль, а вся ответственность за звук ложится на электронные датчики. Поэтому очень часто электро гитары делают из материалов отличных от дерева, например из пластика или оргстекла, и несмотря на это они звучат. Акустика, конечно же, сделанная из подобных материалов, звучать не будет. О том какие струны нужно выбирать для акустической гитары, чтобы она выдавала все свои возможности, читайте здесь.

О музыкальной системе

Ряд звуков отобранных музыкальной практикой в определенную эпоху или в определённой местности – называется музыкальной системой.
Мы можем с лёгкостью отличить китайскую музыку от русской народной, или же узнать какие-то арабские мотивы. Это происходит благодаря тому, что в определенных культурах использовались разные музыкальные системы. Китайская традиционная музыка например, состоит в основном из звуков входящих пентатонику (5 звуков). Сыграйте изображённую на фрагменте нот для гитары последовательность звуков, или варьируйте их, и вы с лёгкостью узнаете китайские мотивы:

А вот ноты для гитары и табы с примером звуков из восточной музыкальной системы:

В в европейской музыке музыке было принято использовать 7 звуков, так называемая диатоника:
В диатонической системе написано большая часть мировой музыки.

Существует также множество других музыкальных систем или как их еще называют ладов начиная от народных, сложных джазовых и заканчивая придуманными определёнными композиторами, но это уже более углубленная тема для изучения.

Источник

Гитаростроение

&nbsp &nbsp &nbsp Автор: Jhav &nbsp &nbsp &nbsp Дата публикации: 10 января 2013 г.

Эта статья просто напрашивалась на написание, ибо тема лежит на поверхности, но до сих пор детально не рассмотрена. Российские и постсоветские мастера, производя хорошие инструменты, зачастую не могут объяснить природу звука их инструментов, рассказывая о «мастерстве», клеях, естественной сушке, лаках на основе природных смол и пр. А когда случается фэйл (чаще всего он постигает эксперименты мастера), то объясняется это обычно неудачным материалом. Разве не возникает желание контролировать звук будущего инструмента ДО момента выбора древесины и конструкции? ТОЧНО ЗНАТЬ, а не рисовать в воображении «рамки звучания» инструмента, путая себя и пугая клиента? Точное знание предполагает некие численные показатели и критерии; без них точное знание перестает быть знанием, а становится домыслом или, в лучшем случае, умозрительным заключением.

Я решил систематизировать знания и данные, касающиеся акустики цельнокорпусных гитар. Признаться, я начинал статью раза три, но, углубляясь в анализ, находил что-то, что заставляло меня возвращаться к самому началу. Собственно, начнем с самого начала.

Необходимое уточнение. Данная статья написана больше для меня самого, чтобы отчетливее все понять и разложить по полочкам. Никаких готовых рецептов не будет, так как любая наука требует самостоятельного мышления. При достаточном желании и подготовке (школьный курс физики/математики), все «рецепты» будут выведены вами за такой же срок, необходимый для понимания изложенного материала.

Распространение колебаний

Итак, что происходит такого в электрогитарах, что они все так по-разному звучат? Попробуем разобраться. Сначала для наглядности упростим модель гитары до бруска дерева со струной. Натяжение струны немного деформирует брусок. Если мы оттянем струну для извлечения звука, то сила натяжения так же немного деформирует брусок. Как только мы отпустим струну, произойдет следующее. Во-первых, струна начнет совершать свободные колебания, а во-вторых, в тот же момент, то есть до того, как звуковая волна от струны дойдет до опор, со своей собственной частотой начнет колебаться брусок. Брусок и струна будут колебаться в противофазе друг к другу. Как только поперечная волна струны достигнет опор, фаза свободных колебаний для бруска закончится, и он начнет колебаться с частотой струны.

Получив некоторое количество энергии, струна будет стремиться ее израсходовать. Часть энергии тратится струной на излучение в пространство, часть на преодоление ее собственного внутреннего сопротивления. Оставшаяся энергия передается бруску и тратится на преодоление внутреннего сопротивления бруска и излучение колебаний в пространство с поверхности. Струна, колеблясь, совершает работу по переносу массы бруска. Соответственно, чем больше масса бруска, тем больше энергии будет затрачиваться за каждый период колебания, и тем быстрее колебательное движение затухнет. Но только ли масса влияет на длительность и амплитуду колебательных движений? Если взять два одинаковых по массе бруска, один из древесины, а другой из пластилина, совершенно очевидно, что деревянный брусок будет дольше поддерживать колебательные движения. Кроме прочего, древесина отличается от пластилина упругостью. Упругость – свойство материала деформироваться обратимо, после снятия напряжений материал становится недеформированным. Сила упругости в простейшем случае описывается формулой:

где E – модуль упругости, Δx – величина деформации. Согласно третьему закону Ньютона, сила деформации бруска равна силе натяжения колеблющейся струны. Выходит, что чем выше модуль упругости, тем меньше величина деформации при той же силе. За один полупериод совершается меньшая работа по «переносу массы» бруска на расстояние Δx и преодолению внутреннего трения, а значит, затрачивается меньшее количество энергии за один полупериод, что делает расход энергии более длительным. Получается, что два физических свойства материала, масса и упругость, в удельных величинах – плотность ρ и модуль Юнга E, определяют способность материала колебаться. Эти величины объединяются в акустическую константу K_a:

Самые высокие значения акустической константы – у ели, кедра, пихты и сосны. Однако, у двух последних очень высокий разброс свойств, что ограничивает применение этих пород в изготовлении инструментов.

Как я говорил ранее, энергия струны в бруске расходуется на внутреннее трение (нагрев) и на излучение в пространство (собственно звучание). Характеристики материала, описывающие способность материала препятствовать колебательному процессу, называются внутренним сопротивлением и сопротивлением излучения. Чем выше внутреннее сопротивление, тем больше энергии будет затрачиваться на нагрев материала. Чем ниже внутреннее сопротивление, тем меньше энергии будет расходоваться на нагрев и больше – на излучение. Чем выше сопротивление излучения, тем больше энергии будет расходоваться в виде колебаний в пространство, тем выше будет амплитуда колебаний. Деки акустических гитар, например, обладают более высоким сопротивлением излучения, чем цельнокорпусные деки, поэтому звучат громче (правда, громкость обусловлена не только этим).

Теперь представим следующую ситуацию – наш брусок имеет такую же частоту собственных колебаний, что и струна. Что произойдет?

Резонанс

Произойдет резкое увеличение амплитуды колебаний бруска, вследствие совпадения частоты колебания струны с собственной частотой бруска. Это явление называется резонансом, а частота, на которой наблюдается резонанс – резонансной частотой. Что же происходит с энергией колебаний? Казалось бы, при увеличении амплитуды колебаний, увеличивается расход энергии в единицу времени, значит, длительность колебательного процесса должна сократиться, так как количество энергии в системе конечно и равно количеству энергии, переданному струне. Однако на практике наблюдается обратное явление – колебания увеличивают амплитуду и медленнее затухают. Дело в том, что на резонансных частотах система наиболее эффективно расходует энергию на колебания, а не на нагрев. На резонансных частотах отношение сопротивления излучения к внутреннему сопротивлению повышается. Почему так происходит? Дело в том, что резонансная частота f продольных волн нашего бруска нелинейно зависит от упругости материала, а точнее:

Отсюда следуют два важных вывода.

Акустическое КПД системы принимает наибольшие значения на резонансных частотах, так как на них упругость материала наиболее эффективно поддерживает колебания.

Зависимость упругости и резонансной частоты не линейна. Это объясняет разницу в длительности звучания дек разной толщины. Поясню на примере. Уменьшение толщины деки в два раза уменьшает массу деки в два раза (соответственно, в два раза уменьшается внутреннее сопротивление) и в два раза понижает резонансную частоту. Если бы соотношение упругости и резонансной частоты было линейным, то упругость деки понизилась бы так же в два раза, и в два раза понизилось бы сопротивление излучения. В таком соотношении получилось бы, что более тонкая дека расходовала бы энергию точно так же, как и более толстая. Тогда не было бы разницы в звучании акустических и электрогитар. Но поскольку резонансная частота и упругость связаны нелинейно, то уменьшение толщины деки в два раза понизит частоту в два, а упругость в четыре раза. Таким образом, отношение сопротивления излучения к внутреннему сопротивлению у такой деки будет ниже, чем у более толстой. Из-за этого возрастет амплитуда колебаний (дека станет более податливой) и увеличится расход энергии за один период колебаний, что сократит длительность колебательного процесса. Поэтому, при прочих равных, более тонкие деки акустик звучат громче, но с меньшим сустейном, чем более толстые.

Необходимо отметить, что резонанс будет наблюдаться в случае, если частота возбуждающих его колебаний ниже резонансной частоты и кратна ей в целое число раз, то есть резонансная частота будет являться гармоникой возбуждающей частоты. Если возбуждающая частота выше резонансной и кратна ей, то явление резонанса наблюдаться не будет, так как направление движения колебаний будет меняться в два раза чаще, чем у резонирующих колебаний, что приведет к их гашению. Это справедливо и в обратном направлении – брусок, резонирующий с частотой, в два раза превышающей частоту возбуждающих колебаний струны, будет ослаблять колебательные движения струны. Почему же тогда колебания струны не затухают сразу?

Все дело в добротности, характеристике, определяющей полосу резонанса и показывающей, во сколько раз запас энергии в системе больше, чем затраты энергии за один период колебаний. Добротность струны гораздо выше добротности деревянного бруска, и как колебательный элемент она в разы эффективнее. Следовательно, энергия ее собственных колебаний гораздо больше, поэтому резонанс деревянного бруска хоть и будет немного ее ослаблять, но не настолько, чтобы быстро погасить колебания.

Сколько же резонансных частот у бруска дерева? Логично предположить, что три – по одной на каждое измерение. Но это не так. Звук в твердых телах распространяется по более сложным законам, нежели в воздухе. В твердых телах есть волны сжатия/растяжения (поперечные), продольные (изгибные) волны, волны кручения и пр. Тело сложной формы, такое, как корпус электрогитары, может иметь достаточно большое количество резонансных частот, но наиболее выраженными будут резонансы изгибных волн вдоль относительно больших плоскостей и резонансы продольных волн вдоль и поперек волокон дерева.

Анизотропность древесины

Сейчас я хочу заострить ваше внимание на том факте, что мы будем рассматривать резонансы нашего бруска в направлении вдоль и поперек волокон. Почему? Дело в том, что дерево – материал анизотропный, его свойства очень зависят от расположения волокон. Модуль упругости вдоль волокон примерно в 20 раз выше модуля упругости в поперечном направлении. Необходимо заметить, что именно этот модуль используется для расчета акустической постоянной. Именно поэтому крайне важно отбирать хвойную древесину по распилу – акустическая постоянная выше в радиальном направлении.

Необходимо так же отметить, что анизотропность свойств древесины варьируется от породы к породе, поэтому инструменты из пород древесины с близкой акустической постоянной могут звучат различно.

Тембр гитарного звука

Очевидно, что физические свойства древесины влияют не только на излучение колебаний, но и на тембр звука. Каким образом?

Тембр звука – субъективная характеристика качества звука, позволяющая отличить звуки одинаковой интенсивности и высоты. Тембр характеризуется не только составом гармоник, но и характеристиками переходных процессов основного тона и обертонов, а так же негармоничность обертонов.

Еще раз рассмотрим колебания струны, но теперь с точки зрения колебательного процесса, а не энергии. Колебательный процесс принято делить на фазы, называемые еще переходными процессами. Для удобства будем называть их фазами. Первая фаза – атака, при которой амплитуда колебаний нарастает от нуля до максимального значения. После атаки наступает спад, когда амплитуда снижается до некоторого значения. С этого момента амплитуда начинает уменьшаться гораздо медленнее, эта фаза называется сустейном. И последняя фаза – затухание – колебания инструмента после того, как струна перестала колебаться. Эта фаза почти не представлена в гитарах, однако длинное эхоподобное затухание есть в звучании ситара. В рамках данной статьи мы пренебрежем этой фазой.

Итак, дергая струну, мы передаем ей импульс, заставляя ее совершать сложные колебания. Помимо основного тона рабочей части в звучании струны присутствуют гармоники основного тона и негармонические составляющие. Шумовые составляющие и колебания, частота которых не кратна основному тону, затухают гораздо быстрее собственной частоты струны и ее гармоник. Затухание шумовых и негармонических составляющих приходится на вторую фазу – спад. В спектре остаются только основной тон и его гармоники. При этом гармоники не кратны основному тону, а отличаются от расчетных значений. Причем, чем выше номер гармоники, тем больше это различие. Это явление называется негармоничностью обертонов и объясняется подвижностью опор струны и ненулевой поперечной упругостью струны. Соотношение амплитуд гармоник и их количество зависит от многих факторов: от массы, длины рабочей части, упругости, балласта (загрязнения), изломов и т.д., вплоть до места возбуждения колебаний (чем ближе к центру рабочей части, тем ярче выражен основной тон относительно гармоник). Спектральный состав звука – статическая характеристика тембра.

Но если бы тембры отличались только спектральным составом, то любые тембры получались бы из других обычной эквализацией. Однако тембры разных инструментов отличаются не только спектральным составом, но и характеристикой переходных процессов основного тона и обертонов. Другими словами, гармоники в составе тембров разных инструментов имеют не только различные относительные амплитуды, но и различные характеристики атаки-спада-сустейна-затухания.

Поскольку деревянная часть имеет гораздо меньшую добротность по сравнению со струной, то инструмент выступает, в общем-то, демпфером для струны. Огромная часть спектра струны затухает практически сразу. В составе спектра остается основной тон и гармоники, если они близки к резонансным частотам деревянной части. Как говорилось ранее, деревянная часть обязательно резонирует только в момент атаки, поскольку импульс передается так же и корпусу. В этот момент в спектральном составе атаки струны усиливаются частоты, на которых резонирует деревянная часть инструмента. После атаки для деревянной части наступает фаза вынужденных колебаний, и явление резонанса будет наблюдаться только в случае достаточной близости частот спектра струны и резонансных частот деревянной части. При этом увеличивается не только амплитуда гармоники, но и изменяется ее переходный процесс – такая гармоника будет медленнее затухать.

Таким образом, деревянная часть инструмента, имея некоторое количество резонансов, выступает в роли пассивного акустического фильтра, демпфируя одни составляющие тембра струны и усиливая другие. Причем резонанс древесины может как усиливать, так и демпфировать составляющие тембра струны. Об этом мы поговорим подробнее в другой раз.

Итак, механические свойства древесины влияют на звучание цельнокорпусных гитар. Задача гитарного мастера состоит в выявлении точной зависимости физических параметров деревянной части инструмента на общее звучание инструмента. Сложность состоит в том, чтобы формализовать субъективные характеристики, описываемые такими словами как «хороший сустейн», «взрывная атака», «плотный низ» и пр. В следующий раз мы попытаемся сделать шаг в этом направлении.

При использовании данной статьи на других Интернет-ресурсах указание автора и прямая ссылка на guitar.ru обязательна!

10.01.13	Автор: Имя админа
распечатать статью подписаться на RSS-канал отправить другу подписаться на рассылку мы ВКонтакте мы в LiveJournal мы в Twitter

25.12.2014, Jhav
Чем больше масса, тем больше энергии будет затрачиваться струной на 1 колебание, тем быстрее расходуется энергия струны — меньше сустейн.

В вашем случае необходимо понижение одного из резонансов инструмента. Я бы не рекомендовал ослаблять конструкцию, поэтому приемлемый способ — увеличение внутреннего объема и уменьшение диаметра голосника.

16.05.2014, Jhav
Vladimir,
Часть гитар копии, да. Но кто сказал, что они не делались с учетом акустики? Много моих решений, как по отбору пород древесины, так и по конструкции. Niigredo — почти холлоубоди гитара, сконструирована мной с нуля. Под копией дизайна может скрываться противоположность )

Опыт и чутье — это круто, но все это нарабатывается быстрее, когда точно знаешь, что ищешь, и, притом, в цифрах

21.04.2014, Jhav
>Статья, не спорю, теоретически грамотная, но я хотел бы спросить у автора, а сам он лично смастерил какой нибудь инструмент?

Источник