6. Механизм звукообразования

Энергия механических колебаний щипков передается струнам, вызывая в них колебания, которые через подставку передаются на нижнюю деку, через воздушный объем и пружины передаются на нижнюю деку. Звуковое извлечение верхних частот происходит в основном от верхней деки, а нижних частот - от нижней деки и воздушного объема через звуковое отверстие.

Колебание струн.

Щипок является механизмом возбуждения колебаний струны. При таком способе возбуждения струна отводится в сторону и отпускается, т.е. в этот момент времени она имеет максимальное смещение о положения равновесия и нулевую скорость. Под действием силы натяжения струна начинает двигаться вниз, проходит по инерции положение равновесия, останавливается, затем опять возвращается в положение равновесия - и процесс повторяется, струна колеблется аналогично маятнику.

Рисунок 10

Для того чтобы поддерживать колебания струны, необходимо регулярно подводить энергию.

Спектр колебания и тембр струны зависит от места и способа возбуждения. Чем больше зона контакта при возбуждении, тем меньше высоких гармоник. При возбуждении ногтем или медиатором звук более яркий и звонкий.

В струнах всегда есть некоторые отклонения, которые порождают негармоничность спектра. Основные причины: собственная жесткость струн, неравномерность распределения массы вдоль струны, подвижность опоры и др. Поскольку под действием передаваемой энергии подставка гитары начинает колебаться, это приводит к сдвигу гармоник в спектре струны.

Особый вид негармоничности может возникать в процессе затухания колебаний струн. Время затухания зависти от расстояния энергии, которое определяется тремя факторами: вязкость воздуха, внутренним трением в материале струны, передачей энергии другим системам (подставке, деке, воздушному объему и др.)

Подходящие материалы для струн укулеле, это нейлон и флюрокарбон.

Для изменения частоты настройки струны в процессе игры можно использовать изменение длины струны, так как изменять натяжение или массу струны укулеле невозможно. При игре на гитаре струна прижимается к грифу пальцем, тем самым меняется высота тона.

Для облегчения игры вводятся лады, они представляют собой выпуклую поперечную полоску на грифе, служащую для получения требуемой высоты тона.

При больших смещениях, т.е. на высоких уровнях громкости, в струнах могут возникать нелинейные колебания из-за упругих свойств материала струн, особенностей их закрепления и др. Нелинейные эффекты проявляются в появлении дополнительных обертонов в спектре излучаемого звука, а также в появлении зависимости собственных частот струн от амплитуды приложенной силы и поляризации (воздействие на колебания, вследствие которого они образуются в определенном месте в определенном направлении) плоскости их колебаний. Щипком рук трудно выдержать постоянную плоскость возбуждения струны, из-за реакции опор и трения в них возникаю дополнительные крутящие моменты, благодаря им плоскость колебаний струны начинает вращаться по эллипсу.

Подставка - это основное звено передачи колебательной энергии от струн к деке. Подставка имеет плоскую форму. Чем ближе к подставке отщипывается струна, тем больше сила воздействия, в спектре появляются больше высоких гармоник и ярче становится тембр звучания.

Колебание корпуса укулеле.

Энергия колебаний струн передается сначала верхней деке, затем нижней деке и воздушному объему, что приводит к возбуждению в них резонансных колебаний. Каждый из этих элементов имеет собственный спектр, состоящий из большого количества обертонов.

Верхняя и нижняя дека представляет собой пластины изогнутой формы с переменной толщиной и форма колебаний. Спектр и форма колебаний связанной системы существенно отличается от резонансных частот и формы колебаний отдельных элементов. присоединение нижней деки приводит к увиличению гибкости воздушного объема и сдвиг его резонансов в сторону нижних частот. Чем выше настроена нижняя дека, чем больше ее жесткость, тем меньше ее влияние на сдвиг резонансных частот воздушного объема, поэтому нижнюю деку настраивают как можно выше, усиливая ее жесткость добавлением ребер жесткости. При обмене энергией колеблющейся струн и корпуса могут возникать явления "ращепления" частот, характерные для связанных контуров. Резонансы деки, "поддержанные" резонансом струны, затухают медленнее, чем остальные резонансы.

Если коэффициент связи достаточно большой, то может произойти расщепление на две частоты , при этом возникает биение излучаемых обертонов - "волчий тон". Для борьбы с этим можно регулировать натяжение струн, добротность, т.е. затухание, и частоту резонансов корпуса, за счет изменения его жесткости путем выбора количества и способов размещения ребер.