Гитара, как упругое тело. Деформация опоры и резонансное явление.

Сродство грифа и резонатора

Гитара как опора для упруго натянутых струн

В этой статье я расскажу вам о том, что такое резонансное явление, о том, что такое сродство грифа и корпуса для электрических и акустических гитар. На фотографиях я покажу различные способы посадки грифа в резонатор, расскажу о их достоинствах и недостатках.

Резонансное явление

Слово резонанс происходит от латинского resono — «откликаюсь». Любое упругое тело, способное стать опорой для колеблющейся струны, может стать её резонатором. За счёт своей уникальной структуры дерево само может быть источником музыкального звука, поэтому оно — наилучший материал для музыкальных инструментов. Колебания струны, сообщённые резонатору, принуждают его колебаться с собственной частотой и амплитудой.

Хотя оба эти колебания затухающие, наступает момент, когда частоты их станут равными друг другу. Тогда амплитуды обоих колебаний станут нарастать, раскачивая друг друга, как качели, после чего колебание вновь станет затухающим. Это и есть явление резонанса, оно наглядно

показано в предложенном видео. В природе не существует тел, способных колебаться с одной частотой. Звучащая струна — это совокупность множества частот и амплитуд. Рассматривая в этой статье гитару, как упругое тело, примем такое упрощение. Подробнее о резонансных процессах в статье «Резонатор» и «Верхняя дека гитары«.

Деформация опоры и явление резонанса

Чтобы получить первый практически полезный вывод, давайте вспомним, что электрическая и акустическая гитара, будучи резонаторами, являются прежде всего опорами для натянутых струн и обладают собственной упругостью. Это значит, что резонатор, воспринимая колебания струн, деформирован силой их натяжения. Чем больше деформирована опора, тем ниже частота и меньше амплитуда её колебания. В процессе совместного колебания время, когда частоты струны и опоры сравниваются, становится короче, меньше при этом и амплитуда колебания деформированной опоры. В результате длительность и амплитуда резонанса уменьшаются. Наоборот, чем больше опора подобна самой струне, то есть упруга и не деформирована, тем длительнее и более выражен резонанс.

Гитара электрическая и акустическая. Значимость деки и грифа

Электрогитара является упрощённым резонатором, поскольку величина амплитуды её колебания малозначима. Но при этом важно, насколько богатую палитру обертонов вызовет в ней колеблющаяся струна и как велико время затухания колебаний, то есть длительность звучания нот. Можно сказать, упрощая, не так важно, с какой силой (амплитудой) колеблется гриф-резонатор, важно, с каким качеством.

Любая гитара — это длина опоры с переменной упругостью, и на характер звучания в значительной мере влияет та её часть, которая наименее упруга. Для электрогитар это гриф, для акустической гитары — деки и обечайки. Такой приоритет обусловлен ещё и тем, что в резонансном процессе значима не только упругость, но и масса. Колебание струны сложно и богато обертонами потому, что она имеет малую массу при высокой упругости.

То же относится и к участку малой упругости резонатора (то есть гриф электрогитары, дека акустической гитары): чем он легче относительно его длины, тем больше обертонов колебания струны он способен воспринимать. Акустическая гитара звучит ярко и громко, так как тонкая, лёгкая и, сравнительно малоупругая дека её способна на колебания как малых, так и больших амплитуд. Плата за такую универсальность — сравнительно малая длительность звучания нот, способность терять упругость от статического давления струн и с годами «садиться».

Гриф электрогитары не является её резонатором, но участки малой упругости являются участниками единого колебательного процесса. Грубо можно обобщить так: любой оезонатор — это участок малой упругости и малой массы, «трансформирубщийся» на определённом участке длины всего инструмента в бОльшую упругость и бОльшую массу. Поэтому деформированный гриф и «севшая» дека, как правило, объясняют то, что изначально хорошо звучавший инструмент через год-два звучит тускло и неясно.

Но именно плоская, широкая форма корпуса электрогитары — это возможность найти множество своеобразных звучаний. О резонаторе акустической гитары мы поговорим в отдельных статьях

Сродство грифа и резонатора

Электрические гитары

Затухающее колебание — это процесс растраты кинетической энергии колеблющейся струны. Чем плотнее и устойчивей посадка грифа в резонаторе, тем выше упругость всей колеблющейся системы. У цельногрифных электрогитар посадки грифа нет как таковой и древесина грифа продолжается и в тело резонатора.

Длительность звучания нот, сустейн у таких гитар наивысший. Особенное внимание обращает на себя гитара Пол Рид Смита. Продолжающиеся в теле резонатора волокна грифа армированы сверху наклейкой кленового арчтопа, а снизу — так называемой блинной доклейкой толщины резонатора, то есть волокна грифа в резонаторе оклеены сверху, снизу и с боков. Однако у этой модели, как и у всех

цельногрифных гитар, есть один недостаток: волокна древесины грифа могут быть только параллельны плоскости корпуса. В то время, как вклеенный гриф гитары Лесс Пол уклонён и направлен на вершину арчтопа. Это огромное преимущество, поскольку позволяет изготовить арчтоп близким по форме к скрипичной деке ( у PRS он более плоскость, чем арчтоп). На фотографиях видно, что конструируя свою гитару, Лесс Пол стремился уподобить её скрипке. Плотность посадки, которую я показал на фото, образцовой назвать трудно, но это огрехи массового производства, а не самой конструкции.

«А давайте мы его просто прикрутим на саморезах», — сказал Лео Фендер и оказался прав. Если пригнать гриф в посадочное место так, чтобы он плотно держался в корпусе и без участия саморезов (не натягивая струны, разумеется), получится музыкальный инструмент. Меня часто спрашивают: «А что, прикрутить гриф хуже, чем вклеить?» Гораздо хуже.

Нет никаких табу в том, какой инструмент делать и как. Важен результат. Если гитара Стратокастер так популярна, значит, она этого заслуживает. Добавлю, что по пальцам можно перечесть те случаи, когда владельцы гитары Лесс Пол обращались ко мне за помощью, а стаж моей работы составляет 28 лет.

Акустические гитары

Возможность изменять угол наклона грифа относительно плоскости деки — злободневный вопрос для акустической гитары. Высота деки в горизонте обечаек меняется в зависимости от атмосферных условий. Чтобы высота струн над грифом была всегда комфортабельной, приходится изготавливать множество разновысотных порожков.

Кроме того, высота порожка существенно сказывается на звучании, если инструмент так хорош, что это можно услышать. Менять угол наклона грифа и не терять при этом в звучании — поиском такого решения занята и промышленность и мастера. Гриф, который вы видите на фотографии может быть фиксирован достаточно плотно на разной высоте. Но обратите внимание на то, как широко и глубоко выбрана верхняя дека, чтобы обеспечить положение грифа «выше-ниже». Глубина такого паза требует непомерно большого клоца и приводит к «слабости» верхней деки по его краям, особенно ближе к резонаторному отверстию. Слабость эта так велика, что часто приводит к отклейке деки от клоца, опорной поперечной пружины — от деки.

Наилучшее сродство грифа и резонатора у классической гитары Тореса. Гриф и клоц её — единая заготовка. Обечайки вклеиваются, заклиниваясь в специальных пазах грифа-клоца, после чего на фрагмент клоца и обечайки наклеивается верхняя дека. Недостаток этой конструкции один: она предполагает плоскую деку. Хотя в приведённом примере далее наклеена была дека арчтоп,

однако трудно рассчитать при таком методе сборки оптимальный наклон грифа к предполагаемому бриджу. Если предположить, что плоская верхняя дека будет сохранять одну и ту же высоту, то определённо это наилучшее конструктивное решение для всех акустических гитар. Но в том-то и проблема, что высота деки в гоизонте обечаек существенно меняется в разное время года.

Наилучшее на данный момент решение — это вклейка грифа на «ласточкин хвост». Поскольку он является самозаклинивающим, гриф на момент склейки прижимается к телу обечайки с очень большой плотностью. Угол посадки грифа к бриджу на деке задаётся уже не вслепую, как у гитары Торес. Высота деки уже не предполагаемый, а имеющийся размер, так как дека уже наклеена на обечайки. К сожалению, всё больше производителей упрощают посадку грифа до одного или двух соединительных мебельных шкантов. Естественный результат этого — частые отклеивания грифа от резонатора и потеря в звучании гитары.

Дополнением к шипу «ласточкин хвост» являются два важных момента. Точное пристрагивание накладки к верхней деке и второе — укрепление пятки грифа фрагментом задней деки гитары. Напомню, что звучащий инструмент колеблется по всей длине, от края головки грифа до заднего клоца. Упруго колеблясь, гриф раскачивает место своей посадки, как рычаг: упираясь в край обечаек на уровне верхней деки, пяткой своей включает заднюю деку в общий колебательный процесс.
«Ласточкин хвост», дополненный таким армированием нисколько не уступает конструкции Тореса. К сожалению, переменность высоты верхней деки в горизонте обечаек у каждого инструмента своя, зависит от свойств ели. Чем тщательней выделана дека и её пружины, тем больше сезонные перепады её высоты.

Показываю здесь также разработанный мной способ плотной посадки грифа с возможностью менять его высоту относительно горизонта деки. Не только проблемы наладки, но и особенности дек моих гитар привели к необходимости такой конструкции. Вы видите, что гриф устойчив и без

участия натяжения струн. При том, что инструмент звучит хорошо и поменять высоту грифа — дело одной минуты, замечу, что чем глубже я устанавливал гриф в резонатор, тем длиннее был сустейн. Прижатие пятки грифа к площадке задней деки пусть не склейкой, а даже маленьким саморезом добавляло ясности и разборчивости звучанию инструмента.

«Подвижной гриф гитары мастера Полётова А.И.» — видео с более обстоятельным объяснением и краткой статьёй на этом сайте.