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手工吉他面板的Chladni模式

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振动方式

(另请参阅吉他的说明以及弦乐,泛音和驻波。)振动模式只是振动的一种方式。想一想当您敲击中间的木琴杆并使它振动时会发生什么。杆的两端有两个支撑点。最简单的振动模式是:当杆的中间上升时(如图中的实线所示),杆的末端下降。当中间线下降(虚线)时,两端线上升。不移动的两个点称为节点,在图中标记为N。 (如果“ modes”和“ nodes”听起来令人困惑,请记住,no de 不能动。)

 barnode.GIF一种简单振动模式的草图。木琴杆的第一种模式与简单的矩形板的振动模式非常相似,称为(0,2)模式(命名约定在下面说明)。

 Chladni模式的照片:

矩形铝板的模式(0,2)。
Mode_02_RP.GIF

在这些图片中,这些线是由在节点处聚集但已被移动区域抖落的沙子形成的。吉他的顶板形状更复杂,因此结点的形状也更复杂。黑色的铝板使用白色的沙子,吉他顶板使用黑色的沙子。


为什么有节点?

木琴杆的支撑件不引起结点,而是将它们放置在作为结点的位置处以便于这种振动。在没有牢固夹紧的物体上,振动不能轻易地移动物体的质心。因此,如果某部分上升,则另一部分下降。在共振时的简单运动中,将这些区域分开的点是节点。当小提琴或孤立的零件在振动时,质心不会移动太多,因此可以再次将其分为上升的部分和下降的部分。在这些简单的振动模式下,不同部分的运动要么完全同相,要么完全异相,并且两个区域被节点分开。节点是准一维对象(如字符串)的点,或类似于板的准二维对象的线。 (在弦,谐波和驻波。)


吉他板的模式


模式之一可与矩形板的振动模式相当。在这种模式下,节点线将板分成三部分,因此可以将其与矩形板的(0,2)模式进行比较,中间部分的两端移动180°。

 音孔和支撑的存在使吉他板的模式变得复杂。
更多吉他Chladni模式。


Chladni模式是如何形成的?

至少有三种不同的方法。

  • 可以使平板通过强大的声波产生共振,该声波被调谐到所需模式的频率。

  • 盘子可以用小提琴弓鞠躬。如果对于大多数人不想要的模式选择一个点作为节点,但对于所需的节点则不是一个节点,这是最简单的。

  • 可以以期望模式的频率机械地或机电地激励板。


对于此站点上的照片,在桥上固定了一块小磁铁(4克)。振荡磁场(由连接到音频放大器和信号发生器的线圈提供)用于提供振荡力,其频率调整为该模式的共振。使用不同质量的实验表明,在某些情况下,磁体的质量导致我们将频率低估了大约10赫兹。但是,也存在用磁铁获得的图案,而没有磁铁则无法获得图案(例如,通过扬声器)。这意味着,通过将磁体添加到板上,振动系统已经发生了质的变化。

 在所有情况下,都将一些细分的材料放在板上。这里使用的材料是细沙。当板共振时,运动在大部分表面上变大,这导致沙子反弹并四处移动。只有在节点处或其附近,沙子才会静止。因此,如照片所示,沙子要么从板中弹起,要么聚集在节点上。


为什么Chladni模式有用?

顶板的调节对于最终仪器的性能很重要。最重要的调整是使木材朝板边缘变薄,并使支撑变薄。Chladni图案在将印版调整到最终形状的过程中为制造商提供了一些反馈。对称板给出对称图案;不对称的通常不会。

 将隔离的顶板的模式的频率与成品吉他的模式的频率相关联是非常困难的。幸运的是,可以对完整的乐器进行调整:减薄靠近边缘的顶板,并通过使用特殊形状的工具穿过音孔来调整支撑。板的共振的“调音”在吉他制作中比在小提琴制作中没有形式化。几个世纪以来,小提琴制造商已经发现自由板的模式与成品乐器的性能之间的经验关系。许多科学家对小提琴的声学特性很感兴趣,许多小提琴制造商对科学也很感兴趣,因此,有关小提琴及其零件的声学特性的文章很多。


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