使用手指而不是撥動,反之亦然,造成聲音差異的物理原因是什麼?
使用手指而不是撥動,反之亦然,造成聲音差異的物理原因是什麼?
根據建議,我正在將我的評論轉換為答案。
(嗯,看起來好像Music.SE不支持MathJAX -我將繼續發布TeX代碼,並嘗試用簡單的英語解釋它。我還添加了元請求,以查看我們是否無法解決MathJAX問題。)
在考慮由於弦的彎曲剛度而引起的不諧和,並減小阻尼行為後,吉他弦的行為可以建模為一維初始值問題(具有邊界和初始條件的時空偏微分方程)。
$$ \ frac {\ partial ^ 2 u} {\ partial t ^ 2} = c ^ 2 \ frac {\ partial ^ 2 u} {\ partial x ^ 2} \\ u(0,t)= u(L,t)= 0 \\ u(x,0)= g(x)\\\ frac {\部分} {\部分t} u(x,0)= 0 $$
英語:
第一行:字符串的任何特定位的加速度與局部曲率成比例。
第二行:字符串的兩端是固定的。
第三行:在釋放時,字符串被拉成某種特殊形狀。
第四行:只需將線拉成一定形狀然後鬆開-“拔釘器”不會賦予線以任何速度(即,您要拉動和放開,而不是“扔”或“推”線)。
對於一個有界問題,實際上不能以封閉形式編寫該方程的解。相反,行為通常由特徵函數的線性組合組成,其形式為
$$ u(x,t)= \ sum_ {n} k_n \ cos \ left(\ frac {n \ pi x} {2L} \ right)\ cos \ left(\ frac {n \ pi ct} {2L} \ right)$$
如果您可以通過此TeX代碼或Music.SE啟用MathJAX,則數學上傾向於的人應該將其視為基本頻率$ c $諧波的加權和。 。
您聽到的聲音只是$ k_n $不同值(其中$ n $是每個諧波的數量)的函數。這些值只是釋放時確切時間的吉他琴弦初始形狀的傅立葉係數。初始形狀“越尖”,對於$ n $的較大值,$ k_n $的值越高,聲音就越亮。形狀越圓,這些值越小,聲音越鈍。
簡單地說,拾音變硬了比手指要尖一點。如果您在釋放的確切時刻查看初始形狀,則拾起的琴弦會比用手指拔出的琴弦更尖銳。然後應用上面的$ k_n $規則,其餘的只是數學。
厚吉他弦的不諧音項與的四階空間導數成比例。位移。這嚴重地增加了解決方案的外觀,其最終結果是,高電平諧波不是基頻的精確倍數。為了回答這個問題,這是無關緊要的。
對於粘性阻尼,還有一些阻尼項與弦的速度成正比(位移的一階導數),與速度的平方成正比。空氣動力學阻尼的弦。這些術語的一般效果是,每個諧波的$ k_n $值會隨著時間逐漸衰減為零,高次諧波的衰落速度快於低次諧波的衰落。同樣,出於回答這個問題的目的,這並不重要。
聲音差異的原因是,撥弦從琴弦上的鬆開比手指鬆開要快,這意味著隨著弦的鬆開,較高的高次諧波被衰減。這樣可使撥片的聲音比手指亮。
差異是由拔除工具的不同形狀所引起的。一種簡單的在家驗證方法是拿起您的鎬(材料和厚度相同),然後用鎬的背面或鎬的側面拔弦。音調會因拾取的輪廓(指向的和舍入的)不同而有所不同。
此外,拔毛裝置的厚度也會有所不同。
拔除裝置的形狀和厚度與音調變化之間的主要聯繫是琴弦的初始位移的差異:
報價(強調我的意思):
與手指或柔軟的物體彈撥相反,撥動尖銳的物體(例如撥子)會加劇高次諧波。 這是因為初始位移的形式具有很大的角度。為了獲得這樣的位移曲線,必須引入許多高階模態,如果曲線更圓滑的話就不會這樣
《音樂家聲學指南》 ,坎貝爾·艾琳·傑瓦特·格蘭普(Campbell & Greated),1994年
關於撥片和手指(或不同撥片之間)的厚度差,我們已經在這裡有了Q&A:為什麼做更厚的吉他選擇是否導致較暗的音色?
引用以上問題的公認答案:
選擇器(傾向於)仍與字符串接觸更長。提供給弦的脈衝具有更長的持續時間。脈衝持續時間越長,頻率越低,頻率內容越低。
請參閱: http://acoustics.org/pressroom/httpdocs/160th/carral.html
這是其他答案的補充,這是電吉他的開放式低E弦(帶有橋式humbucker的Squier彈奏)的頻譜,上面沾滿了手指的肉質部分,用指甲拔了,用撥片(Dunlop Delrin-500 .71mm)挑選。我演奏了每個音符幾次,然後選擇了一個聽起來很具有代表性的音量。
在攻擊階段,我使用了音符的前250毫秒,在延音階段,我使用了1到1.5秒的時間。該圖以對數刻度顯示了從50 Hz到15 kHz的頻率(dB)。
我沒有對這有多麼科學提出任何主張,但總比看看白熾燈泡的黑體輻射:-) i> sup>
我認為可以公平地說,撥片所拾取音符的頻譜存在明顯差異;最多10個左右的諧波具有相當的幅度,而在撥動音符時,前三個諧波顯然占主導地位。 1至2 kHz之間的頻率也更加突出,而2.5、6和10 kHz附近的波谷更窄,它們幾乎都在起音階段消失了。
好的答案,但是它們不完整或非常技術性。
簡單的答案是手指的形狀和剛度不同於鎬的形狀和剛度。對於此描述,讓我們假設選擇是一個無限硬的單點,它可以立即釋放字符串。實際上,撥片就像一條小提琴弓一樣是邊緣,但是如果您將其與手指進行比較,則可以忽略。
通過比較,您的手指是柔軟的圓形。釋放琴弦時,琴弦會在手指表面滑動。想像一下,您在繩子上繞了一圈砂紙。每種穀物都會提供微小的彈力。同樣,您的手指也會在琴弦上發出許多微小的彈奏聲。
與撥弦不同,這些波動的起因是手指的整個寬度,並且會稍微改變和聲。它們會產生。
您的手指也很柔軟。這意味著,任何碰到中彈的波浪都將被您的手指表面吸收,從而降低了其沿弦線傳播時的強度。這比將手指放在弦上的手指上稍稍敲擊以隔離諧波的效果要小得多,但是在產生的聲音中仍然很明顯。
尚未提及的另一個因素是弦線離開拔除附件或工具時的行進方向。吉他弦支持兩種主要的振動模式-平行於身體和垂直於身體-並且在這些模式下的共振頻率將受到螺母,琴弦和鞍座上的接觸點形狀的不同影響,並且(對於電器)。吉他聲音的某些“溫暖”是由於這些振動的相位和相位之間的相互作用所引起的,並且運動的初始方向會影響這種行為。
偶然地,在電吉他上,可以通過過度抬高琴頸拾音器然後在指板上高音調來證明這種效果。在我的一把吉他上,這樣做可能導致一根弦同時演奏兩個音高,相距超過半音。模式的音調相距如此之遠可能在音樂上不會有用,但這證明了它們的存在和獨立性。
這是因為您的指尖是覆蓋硬骨的多肉墊。當他們敲擊並鬆開琴弦時,不會形成強烈的分離,並且您的皮膚會使琴弦略微靜音和減弱。皮膚具有彈性,在敲擊琴弦時會有些壓縮,而不是直接推動琴弦。當它離開琴弦時,它會略微解壓,因此會在短時間內(毫秒)“滯後”並減弱琴弦的振動
同時,撥弦通常是堅硬的塑料,不是很彈性(儘管他們出售截齒的硬度不同。無論如何,它的彈性不如皮膚。
當鎬撥動琴弦時,它是一個較小,較硬的表面,撞擊琴弦。鬆開時,撥片不會反彈(就像您的指尖皮膚一樣),並且琴弦可以自由振動。
您可以通過用厚棉手套打手指來向自己證明這些原理。棉質更有彈性,並且可以進一步減弱聲音。
然後嘗試使用指彈撥片(班卓琴演奏者經常使用,以保持聲音明亮而不沉悶)。現在它不再是彈力的皮膚,而是硬質塑料。聽起來更像是用吉他撥片撥弦。
聲音是由振動引起的,並且振動的方式取決於撞擊的內容。用指節敲打牆壁,然後用錘子敲打。它們聽起來會有所不同,因為指關節的物理特性與錘子的物理特性大不相同。這將導致力在其他介質(壁)中的傳播方式有所不同,從而導致壁的原子以不同的方式振動。同樣,字符串會根據擊中對象的物理屬性而不同地振動。
弦中原子以其原樣方式振動的確切原因可以是釋放速度,但是有許多因素可能導致所產生的振動稍有差異,而這些差異可能會也可能不會人類可以聽到。