Это удивительно, но до XXI века строгие лабораторные эксперименты, призванные выяснить, влияет ли порода дерева, из которой выполнена электрогитара, на ее звучание, практически не проводились.
Ученые исследовали в основном роль звукоснимателей, хотя и эти изыскания были нечастыми. Возможно, именно поэтому споры гитаристов о том, имеет ли значение дерево в конструкции инструмента, не утихают уже десятилетия.
Отделы исследований, принадлежащие производителям электрогитар, конечно, в курсе, что материалы корпуса и накладки грифа значительно вмешиваются в конечный звук, Но потребители справедливо подозревают производителей в том, что те постоянно лукавят, что-то не договаривают о свойствах своих инструментов или преувеличивают значение тех или иных деталей.
В этом тумане взаимного недопонимания остается ориентироваться лишь на неангажированных ученых. И те в конце концов занялись проблемой. Давайте же разберемся, что именно установили два редких эксперимента, проведенных в 2010-х годах. Один касался материалов накладки грифа. А другой — материала вокруг звукоснимателей электрогитары.
Эксперимент по этой теме (по всей видимости, первый в мире) проводили сотрудники французской исследовательской лаборатории в области механики, акустики и энергетики под названием «Институт Жана Ле Рон Д'Аламбера». Ею совместно управляют Университет Сорбонна, Университет Пьера и Марии Кюри и другие уважаемые организации. Также лабораторию поддерживает Министерство культуры Франции.
Ученые замеряли различия звука у двух одинаковых электрогитар, которые отличались только накладкой грифа. У одной она была из черного дерева, у другой — из палисандра. Оба инструменты были изготовлены по специальному заказу именитыми лютье из научно-образовательного центра ITEMM (Ле-Ман, Франция). Гитары представляли собой копии Gibson Les Paul Junior DC и имели одинаковые струны, звукосниматели и т. п.
Отчет о результатах эксперимента был опубликован в 2013 году. И он сообщает, что разные накладки на грифе электрогитары оказывают выраженное влияние на ее звук. Это было подтверждено тщательными замерами.
В частности, ученые записывали — естественно, с установленных звукоснимателей и никак иначе — звучание разных нот на разных ладах у обеих гитар. А затем сравнивали амплитудно-частотные характеристики полученных сигналов и их динамику во времени (изменение затухания фундаментальной основы ноты).
В научной работе приводится пример для ноты «фа» на второй струне (на 6-м ладу). Были сделаны замеры при ударе медиатором, а также проведены измерения проводимости дерева на этом же ладу у каждого грифа.
При этом инструменты, во избежание ошибок и искажений, были подвешены в воздухе на эластичных ремнях. А конструкция подвески имела резонансные частоты ниже резонансных частот гитар — то есть, никак не влияла на звук.
И посмотрите на рисунке ниже, как различается проводимость в зависимости от материала. Сплошная линия — результат накладки из черного дерева (E, ebony), пунктирная линия — результат палисандра (R, rosewood). Серой вертикальной чертой обозначена фундаментальная частота ноты «фа» первой октавы. Очевидно, что показатели двух накладок сильно разнятся как раз в близком к «фа» диапазоне:
А вот какими оказались кривые затухания фундаментальной частоты ноты для двух материалов накладок. На графике ниже видно, что палисандр значительно сильнее поглощает звук, чем черное дерево. Кривая затухания палисандра обозначена пунктирной линией, кривая черного дерева — сплошной. Крестиками нанесена расчетная кривая «в вакууме» — то есть, математически вычисленная для абстрактной струны без влияния дерева.
Замеряя показания для других нот и других ладов, исследователи обнаружили, что в обеих накладках грифа присутствуют «мертвые зоны» — места, где значительная часть звуковых колебаний (как частотная, так и аплитудная составляющие) аномально поглощается деревом.
Как раз для ноты «фа» на 6-м ладу 2-й струны такая «мертвая зона» выявилась у гитары с палисандровой накладкой. Отсюда столь сильное различие в приведенном выше замере.
У разных накладок грифа «мертвые зоны» расположены в разных местах и оказывают влияние на ноты, сыгранных на разных ладах. Карты «мертвых зон» различаются довольно заметно. Посмотрите на два рисунка. На первом обозначены мертвые зоны для накладки из черного дерева, на втором — для накладки из палисандра. Крестиками показаны последовательности одинаковых для обеих гитар нот (частот), сыгранных во время измерений.
Выяснилось, что гриф с палисандровой накладкой имеет для 2-й струны одну «мертвую зону» — на 6-м ладу. У гитары с черным деревом на грифе были найдены две «мертвых зоны» — на 7-м и 8-м ладу. Конечно, для всех струн и всех ладов карты точек с сильным затуханием будут довольно сложными и разными для разных материалов грифа.
И ученым удалось на основе измерений вычислить среднее значение проводимости дерева для обеих гитар на протяжении всех 22 ладов (для 2-й струны). Как видно на графиках ниже, палисандр (пунктирная линия) показал явно большую проводимость, чем черное дерево (сплошная линия). А значит, звуковые колебания у гитар с палисандровой накладкой затухают быстрее:
Обратим внимание, что чем выше звуки (а значит, ближе к деке лады) — тем сильнее кривые сближаются. Это связано с тем, что ближе к своему креплению грифы гитар колеблются меньше, и поэтому выше 15-го лада различия звучания между инструментами становятся менее радикальными.
Экспериментаторы также рассчитали среднее время затухания для обеих гитар во всем звуковом диапазоне 2-й струны. И оно показывает, что время затухания звука для гитары с накладкой из черного дерева почти всегда больше, чем у гитары с палисандром на грифе. Что однозначно доказывает: палисандр сильнее «съедает» звук.
Физический смысл всего происходящего примерно (и упрощенно) таков: сами колебания гитарных струн довольно сложны. И дерево накладки грифа вмешивается в эти колебательные системы, как бы «отражая» полученные от струн вибрации на них же самих. А также резонируя с колебаниями на некоторых частотах, сильно поглощая вибрации струн в «мертвых зонах» и слабее — по всей длине грифа.
Естественно, поведение колеблющихся струн от этого меняется, и звукосниматели электрогитар улавливают всю картину. Вот, собственно, таким образом дерево грифа и влияет на звук.
Второй эксперимент, о котором мы расскажем, играет не в пользу музыкантов, высмеивающих «деревянную теорию» вот в каком аспекте: мол, это вообще все равно — из чего делать корпус электрогитары. Мол, ни на что это не влияет, а если и влияет, то малозаметно
Оказывается, еще как заметно. Об этом в 2016 году на 23-м Международном «Конгрессе звука и вибрации» рассказал японский исследователь Киминобу Нишимура с инженерного факультета Университета Кинки (г. Хиросима).
Проводя свое исследование, он вырезал кусок деки электрогитары вокруг звукоснимателей и попеременно вставлял на пустое место три вида материалов — дерево (агатис, дуб); пластины из цветных металлов (медь, латунь, алюминий, свинец); пластины из полимеров (нейлон, акрил, ПЭТ). И каждый раз при этом экспериментатор замерял огибающие спектра и составлял карты тембров.
Для всех измерений использовалась одна и та же электрогитара в форм-факторе «стратокастера» и, соответственно, одинаковые струны и звукосниматели. Для снижения широкополосного шума датчиков Нишимура залил их раствором полиэтиленглиголя, который поглощает механическую вибрацию самих звукоснимателей и их электромагнитный шум, слышимый на частотах, относимых к звуковым.
В своей научной работе ученый определяет тембр электрогитары как «относительную амплитуду различных гармоник» или спектральный состав тона. Это основной параметр, который он замерял для разных материалов корпуса инструмента. Причем делал это применительно и к атаке, и к затуханию во времени звучания струны.
Нишимура извлекал медиатором звук открытой 5-й струны много раз — для каждой новой накладки вокруг звукоснимателей. В измерении участвовал только средний датчик. Регуляторы тембра и громкости были выставлены на максимум во всех случаях. Сигнал анализировался спектроанализатором DS2000 (производитель — ONO SOKKI).
Результат эксперимента таков: все материалы показали отличающиеся друг о друга относительные амплитуды — как для моментов атаки звука, так и для моментов затухания. Вот, например, сравнение АЧХ сигнала при затухании для дубовой, латунной накладки и исходного материала корпуса, который принят за «нормальный»:
Основные выводы из результатов исследования следующие:
1. Материал корпуса вокруг звукоснимателей действительно оказывает влияние за звук электрогитары, причем довольно значительное.
2. В наибольшей степени оно заметно на низких и высоких частотах.
Нам остается резюмировать: это очень не всё равно — из чего сделаны как накладка грифа электрогитары (или сам гриф без накладки), так и ее дека. Дерево действительно вмешивается своим вибрационным влиянием в «колебательные системы» струн, меняет их, а звукосниматели улавливают изменения.
Так что «деревянная теория» в отношении электрогитар — не миф и не хитрый маркетинговый заход производителей. Вопрос уже так не стоит: «верить-не верить». По идее, потребителя должно теперь интересовать: а как бы ему перед покупкой по-быстрому замерять АЧХ и время затухания звука у инструментов с разными накладками на грифе и разным материалом корпусов? :)
Владимир Лакодин