碳纤维吉他声学解析

文章转载自公众号： AL纸片人

作者：paper纸片人

一把碳纤维吉他（碳纤维面板）——有它自身特殊的声音，就像你用云杉、红松或者垃圾桶做吉他面板，最后得到的声音也各不相同。  

首先来分析一下吉他的发声，吉他发出的声音99%都来自于面板：为了证明这一点，制琴大师Antonio de Torres（1830-1870）曾制作过一把面板为木质，背侧都是纸糊的吉他（这把琴现在仍保存在巴黎的一家博物馆里）。在盲测中，所有人听完都觉得这把琴是全木头的！

任何的面板内部音梁结构都会对音色造成影响，主要是由于其对泛音有着不同程度的削减。碳纤维与木材在声阻尼上有很大不同（声阻尼即振动能量转化为热能而非可听见的声音），而声阻尼决定了吉他的声音特征，所以碳纤维吉他与木质吉他的声音其实有着本质上的区别。

-木材的声阻尼-

在声频范围内，木材的振动衰减非常多，大多用于吉他制作的木材，只有50%的振动能量转换为声音，其余的则变为木材内有机化合物分子的内振动，也就是说其余50%转化为了热能。

另外，大部分木材的声阻尼呈现出缓慢增加的状态，而在接近1000Hz（不同的木材数值不一样）——即木材损耗50%的振动时，出现了一个拐点，超出了这个数值的频率，木材的声阻尼则开始迅速增加，每八度的振动衰减达到20db。这也是为什么木吉他上最高的那几个音听起来非常黯淡，你只能听到音头，但是听不到多少音高，因为其振动被严重削减，以至于大脑都来不及分析这些声音。

-非线性相互作用-

然而具体原理要复杂得多。我们之所以能够将木吉他和碳纤维吉他的音色区分开来，主要是基于大脑对2000 Hz~12,000 Hz左右频段内频率的分析。泛音以及其余更低频率的非线性混合的分布、数量及比例，给予一种乐器属于自己的声学特性。

这也是让木吉他听起来有“木头味儿”，垃圾桶敲起来“哐哐”响，而一把碳纤维吉他听起来干净、明亮而纯粹的原因。如果使用严谨的定量物理对其进行分析是非常困难的。初中物理课上教的那些基础声学知识，都是在无损耗、无声阻尼的假设下进行分析，是理论值，得到泛音曲线大多分布规律，呈指数衰减，并不产生频率混合，每个频率曲线都是独立的，互不干扰。

只有在非线性系统中（即在有足够的声阻尼，且不同的非泛音频率相互干扰的材料中），才会出现局部泛音削弱或增强，以及频率混合的现象。在非线性系统中无法用简单的算数来分析，事实上，恐怕只有用于计算原子能级的量子微积分才能满足此类计算。由于存在上百种频率，所有频率之间都以非线性模式相互作用，你可能需要一台超级计算机才能勉强得出一个近似的原声吉他振动模型！目前为止，即使在原声吉他的建模中使用尖端的技术，也仅仅只能分析出部分低频段的模型，离整体声学特征的模型还差的远。

另一方面，如果真的想准确测量吉他的声波并得到频率分布模型，也可以找一个消声室进行测量，这样能很大程度减少回声和其他音染。不过只有350 Hz以下的频率能被用于建模，高于该数值的频率曲线看起来类似白噪音图谱，根本没办法从其中分析出确切的振动模型，而人脑能够区分不同音色的频段就包括其中。

paper纸片人碳纤维吉他

碳纤维产品总是跟高性能和高质量挂钩。碳纤维最早在1970年代被人们应用于商业产品，以其优越的性能著称。今天，你在法国自行车赛和美国的高尔夫公开赛中都能看见碳纤维的身影。

Carbon-Fiber-Guitar-Fretboard　　

碳纤维其实是由碳元素组成的丝线编织成的网状材料。这些丝线的直径通常为5-10微米（1微米等于1米的一百万分之一），经过像纱线一样交织编成合成纤维“布料”。

在其中加入某种树脂，碳纤维就会变成一种坚韧而耐用的材料。通常我们所说的“碳纤维”（Carbon Fiber）其实是指碳纤维加固聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer，或CFRP）。碳纤维加固聚合物包含了纯碳纤维编织物与加固材料。碳纤维起到的真正作用是将树脂凝聚固定，塑造形状；而提供强度和硬度的是加固物本身。

虽然制作成本高昂，但由于其极高的强度重量比，碳纤维聚合物在高品质体育用品、航空以及土木工程学科当中被广泛使用。

碳纤维优点

吉他制造业面临的木材短缺问题或许比我们想象的要严重的多。碳纤维是吉他以及其他弦乐类乐器未来的材料替代品和趋势。　　

对于吉他来说，碳纤维提供的耐热性、音质、一致性以及轻质等性能使得它备受关注。

耐用性 - 碳纤维聚合物常被用于飞机、空间站建造。它不仅耐凹损、划损和破裂，还对温度与湿度的变化有更高的抗性。对于木吉他，温度和湿度的剧烈变化往往是致命的。而带上碳纤维吉他，你可以放心去郊游、提上飞机、或者带到朋友的聚会中。

好音色 - 纯正的碳纤维吉他声音会让你流连忘返。与木质吉他最明显的区别就是碳纤维吉他声音会更大。声音清晰而富有共鸣感，往各个方向发散。你可以听听Yo-Yo Ma演奏他的Luis and Clark碳纤维吉他。普遍的评价都认为碳纤维吉他拥有特别的饱满而共鸣的音色。

文章转载自公众号： AL纸片人

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