木材對(duì)電子弦樂(lè)器音質(zhì)的影響

文/J. Puszy?ski W. Moli?ski and A. Preis 翻譯/毋菲菲 孫兆永

一、引言

很多研究充分探討了木材的聲學(xué)特性。共振材應(yīng)該符合樂(lè)器生產(chǎn)的特定要求，諸如高品質(zhì)、無(wú)瑕疵、年輪密、密度低、可能彈性模量(MOE)最高的木材[1-4]。然而，該類絕大多數(shù)用于了聲學(xué)樂(lè)器及其共鳴板（主要是小提琴）。

關(guān)于木材對(duì)電子弦樂(lè)器的功能和作用人們知之甚少，大多數(shù)爭(zhēng)議和樂(lè)器的音質(zhì)有關(guān)。一些音樂(lè)家和生產(chǎn)者認(rèn)為用于制作該類樂(lè)器的木材種類會(huì)影響音質(zhì)，其他人則持相反意見(jiàn)。另一方面，一些木材種類更受歡迎，也比其他種類更經(jīng)常使用。該類樂(lè)器的特點(diǎn)是：在生產(chǎn)中使用了各種各樣的木材種類。當(dāng)然，木材的選擇取決于很多其他因素。例如，材料耐久性、尺寸穩(wěn)定性、質(zhì)量和美學(xué)價(jià)值。而且，對(duì)音質(zhì)的主觀判斷也可能產(chǎn)生爭(zhēng)議。此外，電子弦樂(lè)器的聲音質(zhì)量還取決于弦、擴(kuò)音器、揚(yáng)聲器、特殊音效、音樂(lè)廳或錄音廳等。為評(píng)估主觀聲音感知，應(yīng)該采用心理聲學(xué)參數(shù)，例如銳度、粗糙感、特征響度[5]。大多數(shù)情況下，這些樂(lè)器產(chǎn)生聲音信號(hào)時(shí)，唯一的來(lái)源是電磁拾音器。這樣產(chǎn)生的信號(hào)僅依賴于金屬弦振動(dòng)[6-10]。

該研究旨在測(cè)試木材種類及其密度和有效性量度是如何影響該種類樂(lè)器的音質(zhì)的。

二、研究方法

為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，研究中用模型來(lái)代替實(shí)際的吉他。每個(gè)模型由特定材料的木板做成，木板尺寸恒定，且包含有調(diào)諧器、橋接器和連接好的弦（圖1）。弦的比例與標(biāo)準(zhǔn)電吉他的相同。共用到了四種木材：楓木（歐亞槭）、白蠟?zāi)荆W洲白蠟樹(shù)）、赤楊木（歐洲赤楊）和雪松（西班牙雪松）。在吉他制作中，楓木、白蠟?zāi)竞统鄺钅臼橇餍械氖褂媚玖稀Ｑ┧蓜t不然，它因密度和有效性量度很低而被選用。四種木板分別由此四種木材種類制成。

圖1.在木?；涎b有橋接器（c）、調(diào)諧器（a）和附屬弦（b）的模型，我們也能看到年輪的走向如何

最終切割前，木材經(jīng)過(guò)了特定準(zhǔn)備過(guò)程。木材來(lái)自Mabor制材廠（烏尼亞斯瓦澤達(dá)），在制材廠經(jīng)過(guò)三個(gè)月的干燥處理的風(fēng)干毛邊材被運(yùn)到了實(shí)驗(yàn)室。從每一個(gè)木材樣品中制作出一張木板，以便為接下來(lái)的三個(gè)月做準(zhǔn)備（相對(duì)濕度：38±2%；溫度：17.2±1℃）。隨后，木板被切割為成品尺寸。所有木板紋路走向相同，均為縱向。在橫截面中，切向方向與木心軸平行。對(duì)環(huán)境條件來(lái)說(shuō)，所有木板的水分含量是均衡的，各個(gè)木材種類的水分含量相近（8%），同時(shí)檢測(cè)了木材性狀。樣品質(zhì)量（±0.01g）除以形狀規(guī)則的木板的三維（±0.05mm），也就是體積，可以求出木材密度。543E型號(hào)Clpan材料檢測(cè)器測(cè)量了聲波沿縱向傳播的速度。根據(jù)沿縱向傳播的聲速和密度，我們計(jì)算出了動(dòng)力學(xué)有效性量度。特定的試驗(yàn)臺(tái)用來(lái)讓弦良好地振動(dòng)，模型通常會(huì)放在同一位置的吸聲墊上。安裝了吉他撥片的倒立擺可以給弦源源不斷地提供振動(dòng)所需的能量，撥片相對(duì)于琴弦的位置經(jīng)受了持續(xù)檢測(cè)。

圖2. 試驗(yàn)臺(tái)的組成：麥克風(fēng) (1）、電磁拾音器 (2) 和固定在擺上的吉他撥片 (3)

同時(shí)，拾音器和麥克風(fēng)記錄了聲音（圖2）。電磁型主動(dòng)雙圈拾音器：有9V電池供電的Bartolini E 94-D Active,擁有SVAN SV 08A前置放大器的GARS 40 AN麥克風(fēng)。信號(hào)通過(guò)Cubase軟件上的USB界面Saffire PRO 26記錄，所有的錄音過(guò)程都在消聲室中實(shí)現(xiàn)。五種不同的弦在每種模型下被錄音：頻率范圍為83～247赫茲，E6-B2。每種組態(tài)被錄音5次，錄制的聲音樣本用Artemis分析。分析過(guò)的心理聲學(xué)參數(shù)包括：粗糙感（roughness）[asper]、銳度（sharpness）[acum] 和 特征響度（specific loudness）[sone]。

三、結(jié)果和討論

本研究所用的木材具有高度可變的密度和有效量度。木材密度范圍為：310～691kg/m3，縱向MOE范圍為：7097～19653MPa.。從這些數(shù)據(jù)來(lái)看，本次測(cè)試采用木材性質(zhì)的范圍比較大。而且，試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了木料密度和有效量度之間的線性關(guān)系（圖3）。

圖3. 木材密度和彈性模量之間的關(guān)系

特定木材品種和弦的麥克風(fēng)信號(hào)測(cè)量的粗糙感顯示，弦對(duì)粗糙感的影響比木料對(duì)粗糙感的影響要顯著(圖4)。該影響是模糊不清的，也就是說(shuō)每根弦都不同。對(duì)于e6弦 (83赫茲)，粗糙感范圍為1.48～1.70[asper](赤楊木和楓木)，標(biāo)準(zhǔn)偏差為±0.06。b2弦（247赫茲），粗糙感范圍為0.37(楓木)～0.49[asper](雪松)，平均標(biāo)準(zhǔn)偏差為±0.07。我們可以發(fā)現(xiàn)，所測(cè)得木材種類中，較低的頻率給出較大的粗糙感變化，并且標(biāo)準(zhǔn)偏差也較小。

圖4.用麥克風(fēng)記錄的每根弦(從左到右依次為：e6, a5，d4, g3, b2)在不同木材上的音頻信號(hào)的粗糙度測(cè)量值的比較

用電磁拾音器信號(hào)測(cè)出的粗糙感不會(huì)過(guò)多依賴于木材的種類（圖5）。用拾音器(0.3～2.5 asper)錄音的每條弦的粗糙感值范圍比記錄的麥克風(fēng)信號(hào)(1.7～0.37asper)要大得多。木材種類對(duì)粗糙感產(chǎn)生的影響較小，這也說(shuō)明了粗糙感與密度和有效量度無(wú)關(guān)。

圖5.由電磁拾音器記錄的每根弦(從左到右依次為：e6, a5，d4, g3, b2) 在不同木材上的信號(hào)的粗糙度測(cè)量值的對(duì)比

用麥克風(fēng)和用拾音器記錄的信號(hào)測(cè)量銳度的結(jié)果和測(cè)量粗糙感的結(jié)果很相似。這些結(jié)果的深入分析顯示木材種類的影響是模糊的，沒(méi)有對(duì)粗糙感的影響顯著。此外，對(duì)用Tukey測(cè)試的粗糙感和銳度結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析表明，木料種類不會(huì)明顯影響(p=0.9～0.1)體積的分析。

木材種類對(duì)用麥克風(fēng)信號(hào)測(cè)量的特征響度有一個(gè)有意思的影響(圖6)。特征響度的范圍為：e6弦，8.8～14.4[sone GF]；b2弦，6.31～3.9 [soneGF]。在先前測(cè)試過(guò)的木材種類中，雪松的粗糙指數(shù)最高，白蠟?zāi)竞蜅髂镜淖畹汀?/p>

圖6.麥克風(fēng)信號(hào)測(cè)得的密度、頻率和特征響度之間的關(guān)系

圖7.麥克風(fēng)信號(hào)測(cè)得的密度和特征響度之間的關(guān)系

四、結(jié)論

基于本研究的結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

1.木材的種類對(duì)錄得信號(hào)的音色影響不明顯，影響主要取決于錄音方式（麥克風(fēng)、拾音器）。

2.對(duì)粗糙感和銳度結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析顯示，木材種類對(duì)這些參量的影響是不明顯的、模糊的。

3.對(duì)于用麥克風(fēng)錄得的信號(hào)，木材種類會(huì)對(duì)特征響度有影響。在這種情況下，木材密度和特征響度的關(guān)系是線性的（r=－0.7至－0.95）。在拾音器信號(hào)情況下，密度和特征響度無(wú)關(guān)。

注釋:

①波蘭 波茲南生命科學(xué)大學(xué)木材科學(xué)系 puszynski@gmail.com

②波蘭 亞當(dāng)密茨凱維支大學(xué)聲學(xué)研究所

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