聲學/原聲吉他工作原理

什麼是導致聲音產生的聲音振動？首先，有琴絃。任何處於張力的琴絃都會以特定頻率振動。琴絃的重量和長度、琴絃的張力以及琴絃的順應性決定了它振動的頻率。吉他透過控制六根不同重量琴絃的長度和張力來覆蓋非常廣泛的頻率範圍。其次，是吉他琴身。吉他琴身對於吉他的低頻非常重要。音孔內部的空氣團振動，壓縮和解壓縮琴身內部的可壓縮空氣。在實踐中，這個概念被稱為亥姆霍茲共振器。如果沒有它，將很難產生吉他美妙的音色。

琴絃

吉他琴絃線上性密度、長度和張力方面各不相同。這使得吉他能夠產生廣泛的頻率範圍。線性密度越大，琴絃振動越慢。長度也是如此；琴絃越長，振動越慢。這會產生低頻。反之，如果琴絃密度更低和/或更短，它們會產生更高的頻率。琴絃的共振頻率可以透過以下公式計算

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

琴絃長度，$L$, 在公式中，指的是當演奏者按弦在某個品格上的時候變化的部分。這將縮短琴絃，反過來又會增加它被撥動時產生的頻率。這些品格的間距很重要。從琴頭到琴橋的長度決定了每個品格之間的間距。如果長度為 25 英寸，則第一個品格的位置應位於距琴頭 (25/17.817) 英寸處。然後第二個品格應位於距第一個品格 (25−(25/17.817))/17.817 英寸處。這導致了以下公式

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

當琴絃被撥動時，會形成一個擾動，並沿兩個方向從琴絃被撥動的位置傳播出去。這些“波”以與張力和線性密度相關的速度傳播，可以透過以下公式計算

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

波傳播直到到達兩端的邊界，在那裡它們被反射回來。下面的連結顯示了波如何在弦中傳播。

撥動琴絃 @ www.phys.unsw.edu.au

琴絃本身不會產生太多聲音，因為它們太細了。它們不能有效地“推動”周圍的空氣。這就是為什麼它們連線到吉他琴身的頂板的原因。它們需要將它們產生的頻率傳遞到更大的表面積，以便產生更強的壓力擾動。

琴身

吉他琴身將琴橋的振動傳遞到周圍的空氣中。頂板貢獻了大部分壓力擾動，因為演奏者會抑制背板，並且側板比較僵硬。這就是為什麼用雲杉之類的輕盈有彈性的木材製造頂板非常重要的原因。頂板振動得越厲害，它產生的聲音就越大。保持頂板平坦也很重要，因此在內部放置了一系列支撐杆來加強它。如果沒有這些支撐杆，頂板會在琴絃張力產生的巨大壓力下彎曲和裂開。這也會影響聲音的傳輸幅度。彎曲的板無法有效地“推動”空氣。為了驗證吉他琴身在這部分放大過程中的重要性，可以進行以下實驗

1. 準備一根普通的橡皮筋、一個大碗、一些膠帶和一些保鮮膜。
2. 拉伸橡皮筋，撥動幾次，感受一下它的響度。
3. 將保鮮膜拉伸到碗上，形成一個類似鼓的東西。
4. 用膠帶將橡皮筋的一端固定到保鮮膜上。
5. 拉伸橡皮筋，撥動幾次。
6. 聲音應該比以前響亮得多。

空氣

吉他的最後一個部分是琴身內部的空氣。這對樂器的低音域非常重要。音孔內部的空氣團振動，壓縮和膨脹琴身內部的空氣。這就像對著瓶口吹氣並聆聽它發出的音調一樣。這形成了所謂的亥姆霍茲共振器。有關亥姆霍茲共振器的更多資訊，請訪問 亥姆霍茲共振。這個連結還詳細展示了它與原聲吉他的關聯。原聲吉他的製造商通常將這些共振器調諧到 F#2 和 A2 之間的共振頻率（92.5 到 110.0 赫茲）。具有如此低的共振頻率有助於放大低頻琴絃。為了驗證腔體中空氣的重要性，只需在吉他上彈奏一個開放的 A 音（第五根弦 - 第二低音）。現在，當琴絃振動時，將一張紙板放在音孔上。聲音強度會大幅降低。這是因為你阻止了音孔內部的空氣團振動，導致只有頂板在振動。儘管頂板仍然振動並傳輸聲音，但它在傳輸低頻波方面的效率並不高，因此需要亥姆霍茲共振器。