1.0. Загадка индукционного датчика
В давние-стародавние времена, когда интернета ещё и в помине не было, возник у нас с одним креативным малым дерзкий проект. Вознамерились мы обессмертить свои имена созданием безрезонансного датчика для электрогитары. По нашему разумению, резонанс датчика является нежелательным, ибо затрудняет эквализацию сигнала.
Откуда этот резонанс берётся? Катушка датчика представляет собой индуктивность (L), это совершенно очевидно, менее очевидно, но факт, что между витками возникает ёмкость (C). A LC – это знакомый нам со школы колебательный контур, имеющий собственную частоту. Вот этот «недостаток» мы и решили устранить.
Идея была проста, как всё гениальное: секционированием катушки повысить её собственную частоту выше пределов слышимого, создав во всём слышимом диапазоне почти линейную АЧХ. Секционированная катушка не была нашим изобретением, в радиоприёмной аппаратуре их применяли много лет. Свою заслугу мы видели в идее применения такого решения в гитарном датчике.
Сказано-сделано, и… результат не понравился ни одному гитаристу. Да что там, нам самим звучание не понравилось. Мы пытались исправить дело эквалайзерами, но это ничего не дало.
Другой смелый эксперимент я проводил в одиночку. Это была приставка к электрогитаре для улучшения звучания путём пропускания звука через акустическую древесину. И снова ничего! Электромагнит исправно передавал колебания еловой деке с наклеенными стальными пластинами, датчик эти колебания исправно снимал, а звук нисколько не становился похожим на звук акустической гитары.
В те же времена в некоторых кругах возник спор, который и ныне продолжается уже на страницах интернета: влияет ли несущая конструкция электрогитары на звучание? Сторонники влияния никак не обосновывают свои утверждения теоретически, они исходят из субъективных ощущений, а вот их оппоненты приводят массу аргументов.
Например: некоторые фирмы делают грифы электрогитар из углепластика, другие делают корпуса из ДВП. Другой аргумент: амплитуда колебаний деки электрогитары во много раз меньше амплитуды колебаний струн, их даже не видно. А ещё в интернете есть ролик, где тестируют стратокастер с деревянным и пластмассовым корпусами, звучание невозможно отличить… А в дискуссиях они задают оппонентам риторический вопрос: «А ты сможешь определить по звучанию, из какого дерева сделана дека электрогитары?» И тем нечем крыть!
Однозначно, не влияет!!!
Вот только… На акустической гитаре колебания деки так же микроскопичны, и глазом не видны. А в интернете есть ролик, где тестируют два «дредноута», один деревянный, другой – пластмассовый, и звучание тоже один в один. И в слепом прослушивании материал акустической деки вы тоже не сможете определить.
И какой вывод? Может быть, и в акустических гитарах несущая конструкция не влияет на звучание? Нет, вывод, что все эти аргументы несостоятельны.
И конечно же, коронный аргумент невлияльщиков: индукционный датчик не преобразует колебания немагнитной деки в ЭДС! Похоже, в школе физику не прогуливали. Правда, и подключенную электрогитару в руках не держали. И на вопрос, почему разные электрогитары звучат так по-разному, у них готов ответ: всё дело в датчиках. Но вопрос, каковы должны быть параметры хорошо звучащего датчика, повергает их в ступор.
Да, знания за среднюю школу здесь недостаточны, чтобы найти ответы на все эти вопросы, надо изучить физику колебательных явлений посерьёзней, чем она даётся в школьной программе.
Звучание струны состоит из двух фаз – атака и затухание. Обе фазы протекают по графику логарифмической функции, иначе говоря, по экспоненте. Длительность затухания называют сустейном, и характеризуют временем, в течение которого амплитуда колебаний струны понижается на 30 децибел.
Наиболее важна для восприятия характера звучания фаза атаки. В давние времена проводился эксперимент: из магнитофонной записи звучания разных инструментов удалили фазу атаки, так при прослушивании таких фонограмм профессиональные музыканты саксофон от рояля не могли отличить. Вывод: характер звучания инструмента формируется на стадии атаки.
***
Сустейн зависит от многих факторов, как в струне, так и в несущей конструкции.
Чем выше добротность струны, сильнее натяжение, тем сустейн будет длительней, а атака ярче.
Чем выше упругое сопротивление несущей конструкции, и больше длина рабочей части струны, тем сустейн длительней, а атака мягче.
Поскольку затухание протекает по экспоненте, его можно характеризовать через основание логарифмической функции, взяв шаг во времени, равный периоду колебания. Эта величина получила название логарифмический декремент затухания.
Логарифмическим декрементом затухания называется натуральный логарифм отношения двух последовательных амплитуд, взятых через период.
Обозначается греческой буквой лямбда,
но в тексте буду использовать аббревиатуру ЛДЗ.
1.2. Резонансы и обертоны
Со школьных лет, а кто и раньше, мы помним притчу про солдат, что по мосту шли строем в ногу, и рухнул мост… Ну как же так!
В дискуссиях по музыкальным инструментам в интернете мне не единожды советовали учить физику, высказывая уверенность, что в школе я её не учил. На таких «советчиков» быстро нашёлся приём: определение резонанса помните? Хорошо, а почему такое происходит? Что с неким физическим телом на некоторой частоте не так, как на любой другой? Почему при воздействии сравнительно небольших усилий с некой частотой рухнул мост, способный выдерживать в разы большие статичные нагрузки?
Ни один из самонадеянных оппонентов ответить не смог. Да, друзья, пятёрка по физике в школьном аттестате не делает вас экспертами в технических областях знаний, в том числе в музыкальной акустике. Резонанс в школе не изучают, а именно проходят.
Чтобы найти ответ на этот каверзный вопрос, снова вспомним про колебательный контур, который в школе так же проходили. КК имеет собственную частоту, и может использоваться в электронном генераторе колебаний в качестве частотозадающего узла. А ещё, если через него пропустить несколько сигналов различных частот, мы можем обнаружить, что лучше всего, с наименьшими потерями по амплитуде, будет проходить сигнал с той самой частотой, которую КК задаёт в генераторе.
И что это значит? А это значит, что на резонансной частоте КК имеет минимальное электрическое сопротивление. И если правильно сформулировать причинно-следственную связь, получим определение: резонансная частота колебательного конура это такая частота, на которой его электрическое сопротивление минимально.
От электроники перейдём к механике. Многие физические тела имеют заметный резонанс на определённых частотах. И теперь нам несложно догадаться, откуда он берётся. Да, механическое (упругое) сопротивление физического тела неодинаково на разных частотах, и его резонансная частота – это частота, на которой упругое сопротивление минимально.
