声学/原声吉他工作原理

什么是导致声音产生的声音振动？首先，有琴弦。任何处于张力的琴弦都会以特定频率振动。琴弦的重量和长度、琴弦的张力以及琴弦的顺应性决定了它振动的频率。吉他通过控制六根不同重量琴弦的长度和张力来覆盖非常广泛的频率范围。其次，是吉他琴身。吉他琴身对于吉他的低频非常重要。音孔内部的空气团振动，压缩和解压缩琴身内部的可压缩空气。在实践中，这个概念被称为亥姆霍兹共振器。如果没有它，将很难产生吉他美妙的音色。

琴弦

吉他琴弦在线性密度、长度和张力方面各不相同。这使得吉他能够产生广泛的频率范围。线性密度越大，琴弦振动越慢。长度也是如此；琴弦越长，振动越慢。这会产生低频。反之，如果琴弦密度更低和/或更短，它们会产生更高的频率。琴弦的共振频率可以通过以下公式计算

$f_{1}={\frac {\sqrt {\frac {T}{\rho _{l}}}}{2L}}\quad {\text{with}}\quad T={\text{string tension}},\ \rho _{l}={\text{linear density of string}},\ L={\text{string length}}.$

琴弦长度，$L$, 在公式中，指的是当演奏者按弦在某个品格上的时候变化的部分。这将缩短琴弦，反过来又会增加它被拨动时产生的频率。这些品格的间距很重要。从琴头到琴桥的长度决定了每个品格之间的间距。如果长度为 25 英寸，则第一个品格的位置应位于距琴头 (25/17.817) 英寸处。然后第二个品格应位于距第一个品格 (25−(25/17.817))/17.817 英寸处。这导致了以下公式

$d={\frac {L}{17.817}}\quad {\text{with}}\quad d={\text{spacing between frets}},L={\text{length from previous fret to bridge}}.$

当琴弦被拨动时，会形成一个扰动，并沿两个方向从琴弦被拨动的位置传播出去。这些“波”以与张力和线性密度相关的速度传播，可以通过以下公式计算

$c={\sqrt {\frac {T}{\rho _{l}}}}\quad {\text{with}}\quad c={\text{wave speed}},\ T={\text{string tension}},\ \rho _{l}={\text{linear density}}.$

波传播直到到达两端的边界，在那里它们被反射回来。下面的链接显示了波如何在弦中传播。

拨动琴弦 @ www.phys.unsw.edu.au

琴弦本身不会产生太多声音，因为它们太细了。它们不能有效地“推动”周围的空气。这就是为什么它们连接到吉他琴身的顶板的原因。它们需要将它们产生的频率传递到更大的表面积，以便产生更强的压力扰动。

琴身

吉他琴身将琴桥的振动传递到周围的空气中。顶板贡献了大部分压力扰动，因为演奏者会抑制背板，并且侧板比较僵硬。这就是为什么用云杉之类的轻盈有弹性的木材制造顶板非常重要的原因。顶板振动得越厉害，它产生的声音就越大。保持顶板平坦也很重要，因此在内部放置了一系列支撑杆来加强它。如果没有这些支撑杆，顶板会在琴弦张力产生的巨大压力下弯曲和裂开。这也会影响声音的传输幅度。弯曲的板无法有效地“推动”空气。为了验证吉他琴身在这部分放大过程中的重要性，可以进行以下实验

1. 准备一根普通的橡皮筋、一个大碗、一些胶带和一些保鲜膜。
2. 拉伸橡皮筋，拨动几次，感受一下它的响度。
3. 将保鲜膜拉伸到碗上，形成一个类似鼓的东西。
4. 用胶带将橡皮筋的一端固定到保鲜膜上。
5. 拉伸橡皮筋，拨动几次。
6. 声音应该比以前响亮得多。

空气

吉他的最后一个部分是琴身内部的空气。这对乐器的低音域非常重要。音孔内部的空气团振动，压缩和膨胀琴身内部的空气。这就像对着瓶口吹气并聆听它发出的音调一样。这形成了所谓的亥姆霍兹共振器。有关亥姆霍兹共振器的更多信息，请访问 亥姆霍兹共振。这个链接还详细展示了它与原声吉他的关联。原声吉他的制造商通常将这些共振器调谐到 F#2 和 A2 之间的共振频率（92.5 到 110.0 赫兹）。具有如此低的共振频率有助于放大低频琴弦。为了验证腔体中空气的重要性，只需在吉他上弹奏一个开放的 A 音（第五根弦 - 第二低音）。现在，当琴弦振动时，将一张纸板放在音孔上。声音强度会大幅降低。这是因为你阻止了音孔内部的空气团振动，导致只有顶板在振动。尽管顶板仍然振动并传输声音，但它在传输低频波方面的效率并不高，因此需要亥姆霍兹共振器。