Дека гитары и её пружины, Фазы колебаний, деформации дек гитар.

Системы пружин. Деформации деки

Верхняя дека гитары и её пружины

В этой статье я расскажу о том, что такое пружины верхней деки гитары, какими они должны быть и из каких материалов должны изготавливаться. Из этой статьи вы узнаете о трех основных системах пружин, известных на сегодняшнее время, об их достоинствах и недостатках. Также я расскажу вам о деформациях дек, происходящих с течением времени и о последствиях таких деформаций, дам практические советы, которые помогут вам в выборе не только хорошо звучащего, но и надёжного инструмента.

Назначение, конфигурация, древесина пружин

Пружиной называется рейка, приклеенная к деке с целью сообщить ей бОльшую упругость. Совокупность пружин различного размера, наклеенных на деку в определённой конфигурации, называют системой пружин. Точка закрепления и опоры струн на деке, представленная в виде бруска дерева, называется бриджем и тоже является пружиной. Бридж — пружина лицевая, все остальные — внутренние, изнаночные.

Расположение древесных волокон деки параллельно вектору натяжения струн. Имея это в виду, мы дальше будем говорить, что дека продольно упруга относительно длины резонатора. Располагая пружины перпендикулярно или под углом к продольно упругим волокнам деки, можно добиться конструкции высокой упругости при незначительном увеличении массы. Диаметр и место расположения резонаторного отверстия существенно

влияют на упругость деки в целом. Поэтому первоочередная задача пружин — укрепление резонаторного отверстия. Вторая же их задача — распределение упругости деки в области бриджа. Уникальность хвойных пород радиального распила в изготовлении верхних дек акустических инструментов обсуждалась в предыдущей статье. Всё сказанное приложимо и к пружинам. Соотношение высоты и ширины рейки, её радиальный распил, мелкослойность должны обеспечить максимальную упругость при наименьшей массе.

На схеме представлена топография древесных волокон в сечении пружин. А — тангенциального распила, В — радиального. Очевидно, что пружина В будет обладать гораздо большей упругостью, чем пружина А при равенстве их масс. В изготовлении пружин должна использоваться только прямослойная древесина. Косослой противоречит самой конструктивной идее пружины: из элемента упругости косослой превращает пружину в балласт, бесполезную массу.

На первых двух фотографиях представлены образцы радиального распила ели, образец прямослойной древесины. Чем мелкослойней ель пружин, тем лучше. На третьей фотографии вы видите расположение древесных волокон, отображённых на схеме как пружина «А» тангенциального распила. Если видимая часть пружины выглядит как радиальный распил, значит пружина тангенциальна относительно плоскости деки.

Не меньшего значения фактор — конфигурация профиля. На схеме профили А,В,С — варианты промышленного изготовления пружин. Профиль D достижим лишь при ручной выделке и встречается лишь у пружин мастеровых гитар. Можно с небольшим лишь допущением сказать, что при одинаковой упругости профиль D будет более чем на треть легче профиля А.

Тщательная выделка профиля пружин и правильная их конфигурация позволяет изготовлять гитары мастерового уровня в том числе из елей с большим удельным весом древесины. На фотографиях ниже — профиль D пружины на деке мастеровой гитары, а также образец попытки облегчить профиль пружин механическим способом

Точка А и точка В на деке гитары

В предыдущей статье описан фазовый характер колебания верхней деки. Упругие деформации её представлены как подошва при ходьбе: носок давит, пятка отрывает, и наоборот. Если принять теперь во внимание наличие резонаторного отверстия, то понятно, что для всех гитар наименее упругим является край резонаторного отверстия, обращённый к бриджу.

На схеме это «слабое место» показано точкой А. Край деки А находится в противофазном колебании с участком деки В, который за счёт своей большей площади и массы инерционно усиливает колебания звучащей струны. Для получения наибольших амплитуд колебания деки нужно, чтобы упругость от точки А до бриджа (красные стрелки) превышала упругость участка от бриджа до точки В (синие стрелки). Такое соотношение упругостей обеспечивают три известных на сегодняшний день системы пружин.

Z, W и X - системы пружин

Венская гитара Штауфера-Шерцера или Z-пружины, W-пружины с веерным расположением у классической гитары и система X-пружин, авторства братьев Рудлофф (Доминик и Антон, англичане, выходцы из России, источник — Алексей Кудрявцев), у которых Христофер Мартин и позаимствовал эту талантливую идею.

На схеме вы видите Z-пружины венской гитары Штауфера-Шерцера. Недостатком системы является поперечное расположение пружин относительно древесных волокон деки. Являясь лишь опорой, они не поддерживают инерционности от точки А до точки В, не обеспечивают в полной мере и оптимальной перемены упругости от А к В. Однако в силу «избытка поперечности» оптимальную упругость всей деки можно обеспечить всего четырьмя-пятью лёгкими пружинами.

Система W-пружин гораздо удачнее, но она оптимальна лишь для классических гитар, сила натяжения струн которых невелика. Система подразумевает множество вариаций, от одиннадцати до всего трёх пружин, составляющих «веер». Мне приходилось реставрировать испанскую гитару, не имевшую ни одной пружины в «веере». Функцию упругости задавала лишь толщина деки. Функцию массы — большого размера «сухари» ели, приклеенные в шахматматном порядке от точки А к точке В.

Система X-пружин братьев Рудлофф, дополненная Христофером Мартином, популярна потому, что удачна. Упругость её пружин повторяет контур всего резонатора, тем самым способствуя его инерционному колебанию. При этом, чем ближе к точке А, тем выше упругость, чем ближе к точке В — тем ниже. «Сетка» пружин, оптимально повёрнутая своим углом к точке А, обеспечивает и равномерное распределение упругости по всей площади деки.

Деформации дек гитар с течением времени в точке А

Кинетическая энергия колеблющейся струны у щипковых инструментов гораздо ниже, чем у смычковых. Чтобы добиться громкого и яркого звучания, необходим тонкостенный резонатор, дека которого должна быть легко подвижна. Малые толщины верхних дек приводят к их деформации с течением времени. Противофазные в колебательном процессе деки точки А и В подвержены и противофазным деформациям.

Там, где носок условного башмака наступает, дека прогибается внутрь резонатора. Там, где пятка при условной ходьбе отрывается, образуется куполообразное возвышение. «Падающая» высота деки в точке А и далее к бриджу — следствие статического давления струн и перемен атмосферной влажности. Такая деформация называется атмосферным гнутьём и наносит существенный ущерб звучанию инструмента.

У классических гитар дека садится тем скорее, чем больше расстояние между пружинами веера и попрерчной опорной пружиной (на фотографии обозначено жёлтым). Гитары, у которых хотя бы осевая пружина веера сращена с опорной поперечной, садятся гораздо медленнее.

Гитары с системой X- пружин также теряют высоту дек в точке А. Скорость посадки зависит от того, насколько добросовестно сделано сращение X-пружин, каким клеем выполнено, закрепил ли производитель этот важнейший опорный узел фрагментом древесины поверх X-сращения. Наклеенный на X кусок марли или медицинского пластыря, скорее вредит звучанию, чем служит гарантом от посадки деки. X-пружин укрепляют производители Takamine, Ямаха, канадская фирма «Норман». Небрежное сращение X показано на первой фотографии ниже и обозначено красными стрелками. На второй — X пружин на деке мастеровой гитары.

Добросовестное закрепление Х деревесиной на промышленной гитаре выглядит как надклеенная полоса 2,5-3 мм на одной из пружин в точке Х.

Внешний вид Х- пружин радиального распила

Как препятствовать деформации дек в точке А

Существенно препятствовать деформации или вовсе свести проблему посадки деки на нет может арчтоп верхней деки с вершиной в точке А. В лучшем случае вырезанный в заготовке деки и (или) укреплённый дугообразно пристроганными пружинами. Купол в точке А — это не только надёжность и долговечность, но и стройность, ясность звучания, большой длительности сустейн.

Разместив горизонт обечаек на уровне глаз, можно увидеть вершину арчтопа по бриджевому краю резонаторного отверстия. Рекомендую вам покупать гитары именно с такими деками. Устойчивость высоты деки в горизонте обечаек — злободневный вопрос как для промышленных, так и для мастеровых гитар. Чем тоньше дека, чем меньше в сечении пружины и их количество в конструкции деки, тем больше акустическая отдача. Но тем значительнее и деформация с течением времени.

Весьма распространено мнение, что верхняя и задняя дека гитары должны быть настроены на определённую высоту тона. То же самое говорят и о деках скрипок и виолончелей. Об этом Вы можете прочесть в отдельной статье.

По моему мнению, фактором, понижающим упругость деки в точке А, является инкрустация, украшающая резонаторное отверстие. При оптимальной толщине деки 2,6 — 3,2 мм в точке А инкрустация потребует паза в лучшем случае половины этой толщины, а на деле — двух третей. Древесина инкрустации, кроме того, усыхает быстрее, чем древесина ели. Чем больше возраст гитары — тем больше слабость в точке А. Окантованная по краю резонатора и высушенная до наклейки на обечайки дека достаточно надёжно защищена от усыхания. Эфы дек у барочных скрипок не имеют инкрустаций, при этом не растрескиваются с течением времени.
О бридже и деформации дек гитар в точке В мы поговорим в следующей статье.

Привожу здесь интересные, на мой взгляд, системы пружин на деках мастеровых гитар. Все они являются модификациями X, Z и W-пружин. Привожу также фотографию деки венской гитары.