碳纖維吉他聲學解析101：是什麼創造了RainSong的獨特音色？

作者/Dr. John A. Decker, Jr. Chairman, RainSong Graphite Guitars Ph.D. Cambridge University, B.Sc./Aero Engg Massachusetts Institute of Technology

翻譯/魔方樂器

一把碳纖維吉他——或者說是碳纖維面板——有它自身特殊的聲音，就像你用雲杉、紅松或者垃圾桶做吉他面板，最後得到的聲音也各不相同。

附註#1：

1.吉他發出的聲音99%都來自於面板；

2.為了證明這一點，制琴大師Antonio de Torres（1830-1870）曾製作過一把面板為木質，背側都是紙糊的吉他。這把琴現在仍保存在巴黎的一家博物館裡；

3.在盲測中，所有人聽完都覺得這把琴是全木頭的！

任何的面板內部結構都會音色造成影響，主要是由於其對泛音有著不同程度的削減。碳纖維與木材在聲阻尼上有很大不同（聲阻尼即振動能量轉化為熱能而非可聽見的聲音），而聲阻尼決定了吉他的聲音特徵，所以碳纖維吉他與木質吉他的聲音其實有著本質上的區別。

木材的聲阻尼

在聲頻範圍內，木材的振動衰減非常多，大多用于吉他製作的木材，只有50%的振動能量轉換為聲音，其餘的則變為木材內有機化合物分子的內振動，也就是說其餘50%轉化為了熱能。

另外，大部分木材的聲阻尼呈現出緩慢增加的狀態，而在接近1000Hz（不同的木材數值不一樣）——即木材損耗50%的振動時，出現了一個拐點，超出了這個數值的頻率，木材的聲阻尼則開始迅速增加，每八度的振動衰減達到20db。這也是為什麼木吉他上最高的那幾個音聽起來非常黯淡，你只能聽到音頭，但是聽不到多少音高，因為其振動被嚴重削減，以至於你的大腦都來不及分析這些聲音。

非線性相互作用

然而具體原理要複雜得多。我們之所以能夠將木吉他和碳纖維吉他的音色區分開來，主要是基於大腦對2000 Hz~12,000 Hz左右頻段內頻率的分析。泛音以及其餘更低頻率的非線性混合的分布、數量及比例，給予一種樂器屬於自己的聲學特性。

這也是讓木吉他聽起來有「木頭味兒」，垃圾桶敲起來「哐哐」響，而一把Rainsong聽起來乾淨、明亮而純粹的原因。如果使用嚴謹的定量物理對其進行分析是非常困難的。初中物理課上教的那些基礎聲學知識，都是在無損耗、無聲阻尼的假設下進行分析，得到泛音曲線大多分布規律，呈指數衰減，並不產生頻率混合，每個頻率曲線都是獨立的，互不干擾。只有在非線性系統中（即在有足夠的聲阻尼，且不同的非泛音頻率相互干擾的材料中），才會出現局部泛音削弱或增強，以及頻率混合的現象。在非線性系統中無法用簡單的算數來分析，事實上，恐怕只有用於計算原子能級的量子微積分才能滿足此類計算。由於存在上百種頻率，所有頻率之間都以非線性模式相互作用，你可能需要一台超級計算機才能勉強得出一個近似的原聲吉他振動模型！目前為止，即使在原聲吉他的建模中使用最尖端的技術，也僅僅只能分析出部分低頻段的模型，離整體聲學特徵的模型還差的遠。

另一方面，如果真的想準確測量吉他的聲波並得到頻率分布模型，也可以找一個消聲室進行測量，這樣能最大程度減少回聲和其他音染。不過只有350 Hz以下的頻率能被用於建模，高於該數值的頻率曲線看起來類似白噪音圖譜，根本沒辦法從其中分析出確切的振動模型，而人腦能夠區分不同音色的頻段就包括其中。

附註#2:

1.曾經有過許多類似的實驗，即讓人們只憑聽覺區分Stradivarius提琴和普通練慣用提琴，或者是Ramirez古典琴和一把燒火棍；

2.實驗證明即使從街上隨便拉來一個人，都能準確的聽出哪個是高端琴，哪個是燒火棍；

3.然而如果要讓他們根據頻率圖譜或者振動模型來辨別，即使是專業研究樂器聲學的物理學家也做不到。

與木質吉他的對比

現在我們就可以運用以上的理論來分析木吉他和碳纖維吉他的音色區別了。木材對聲音的吸收在聲譜中自始至終都呈現出非線性模式，其泛音的局部削弱或增強、以及頻率混合的結構是非常複雜的。然而石墨材料（碳纖維的組成材料）在這些頻段內幾乎不會出現損耗和聲阻尼。

這意味著碳纖維吉他面板基本按照線性方式工作，並有著規律的泛音模式。因此RainSong的聲音衰減速度曲線幾乎呈平穩狀態，而不是在高頻區域陡然增加，由於其高頻段頻率的衰減速度不像木吉他那麼劇烈，它的高頻聲音也更加飽滿充沛。高頻泛音只有輕微衰減，其非線性相互作用也極少，呈現出分明的泛音分布。

關於Projection Tuned Layering?技術

RainSong為了製造碳纖維吉他，特別研發出一種名為「Projection Tuned Layering?」（PTL）的全新技術，專門適用於RainSong的全石墨結構材料。該技術正在申請專利，其技術細節在此就不詳細介紹了。以下將大致介紹PTL的基本聲學原理。

通常來說，我們都想提高原聲吉他的音量。理想的吉他面板同飛機機翼及揚聲器紙盆一樣，應該有著無限的硬度和0重量，Rainsong在減輕面板重量的同時也提高了其整體硬度和頻率響應度，併除去了傳統音梁結構（傳統音梁增加了面板的重量，且其加固作用有一定區域局限性）。

PTL能夠增加面板的整體強度和聲音。其結果帶來了更加溫暖的音色，低頻更加充沛飽滿，很好的平衡了RainSong標誌性的明亮清脆的高頻，樂器整體音量也得到了增強。習慣於木質吉他的樂手在初次接觸RainSong時，很可能會驚訝於它輕盈的重量、細膩的音色、以及強有力的音量。木質面板的強度和輕盈度是無法與經過PTL處理的碳纖維面板相比較的。另外這項新技術很大程度上提高了生產效率和質量管理，在提高制琴速度的同時確保了穩定的產品質量，這就意味著消費者能夠以更低的價格買到更優質的產品。

這個問題的答案稍微有些長，但也能夠幫助你真正理解RainSong吉他特殊音色的來源。不過也有更簡單明了的答案，總結起來有以下幾條：

與木質吉他相比——

·RainSong經過Projection Tuned Layering?技術處理，能夠帶來更大的音量

·RainSong更加輕盈

·RainSong有著更明亮清澈的高頻

·RainSong的聲音更均衡

·RainSong的音色更純粹，泛音更豐富且有著更少的頻率混合

至於到底哪種音色更好，最終還是取決於個人偏好，就像「你喜歡色彩分明的彩虹還是畫家手上各種顏料混合的調色盤？」一樣。另一方面RainSong也為樂手們提供了一般木吉他無法實現的強勁音量和全面均衡的表現力。不過大部分RainSong的使用者們都覺得這把吉他會令人上癮。

參考文獻

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[2] T.D. Rossing, in J. Guitar Acoustics, No. 4, p. 45 (1981); in The Science of Sound, Addison-Wesley, Reading, MA (1982); and in GAL Quarterly, Guild of American Luthiers, 11 (4), pp. 12-18 (1983) and 12 (1), pp. 20-29 (1984).

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