Fender研究: SIRS 專利書簡單讀


上一篇把專利書用他們的格式大落落的翻譯出來果然是很慘烈的回響,看到文章的停留時間就可以想像發生甚麼事了XD

做這個翻譯一來是為了分享 Fender 這個專利的特殊點,二來也是讓自己開始寫 Acoustasonic 時能有更深入的客觀認知;所以為了讓大家更能了解這個專利與眾不同之處,似乎有必要做一份簡單講的版本了。

圖一:

在圖一中, Fender 放入了兩組 FIG,其中 FIG.1 用非常直接但明確的方式告訴讀者:我們這些弦樂器是怎麼搞出聲音訊號來的。並在這張圖定義了”傳統上”各部件的代號。

102 代表各種意義上的弦樂器,他們可以單獨或是混合性的將一個或多個方式連結到”104聲音訊號處理器”上,其中 Fender 以六弦吉他、四弦Bass 為例,這些聲音訊號可以透過一個或是多個106 (即連接線、無論有、無線)送至樂器面板、前級放大器或是地板前級等。

在下文中則以文字的方式表達表達的”傳統上”包含了那些範圍

針對”弦樂器1​​02″ 不限於特定的尺寸、形狀、類型、聲音特徵或材料構造,在這是指只要具備”琴頸110″與”琴身108″的吉他樂器:由一根或多根”琴弦112″,無論金屬、尼龍或其他聲學材質並且可以連續地從”琴頭114″延伸到橫跨”琴頸110″和”琴身108″ 以及部分的”琴橋116″。其中至少一根”弦112″的發響可以產生指定的音調和頻率範圍

而將這些東西組裝起來的”傳統上的弦樂器”就叫102, 但 FIG.2A帶入了一把拆開面板的半空心電吉他120以作為跟”傳統上的弦樂器”102的對比,先是提到多了代號為124的空腔結構,在來又提到跟原聲吉他(俗稱木吉他)的差異

如為電吉他的的一部分108可以是任何形狀、尺寸和材料構造,但目前主流上的 Thinline 中空電/半原聲吉他,是以Z軸的1.75英寸或更小,所以會產生相對較小的”空腔124″,一般多是 200立方英寸甚至更小

相反,原聲吉他也不同於圖中之琴身108。對實心電吉他 2A 為具有具有較大的內腔124,此內腔124具有有助於增強振動弦112的聲學特性的設計(本文為 SN2.tw 所有)。原聲吉他則另外在空腔124內具有物理支撐以支撐面板,而電吉他因有充足的主體結構故沒有需要支撐面板122和對琴弦112接觸的設計。

在 FIG.2B的部分, Fender 著墨於開孔,包含了 C型的孔(130)或是F型孔(132),目的則是加以利用空腔的空氣體積,以增加空氣流動而產生不同頻率的諧波

也就是說,聲波和空氣透過琴弦112穿過內腔124產生各種不同頻率的諧波,否則這些諧波不會單獨由琴弦產生,並且透過拾音器128檢測到,然後通過一個或多個信號處理器104進行信號處理和播放

然而 Fender 也在這邊提出了他們對於開孔的質疑

雖然增加內部空腔體積設計不同的聲音開口130/132可以稍微改變或是增加聲學特性,但從 XY 的平面中可以看出非對稱形狀的不規則形狀和126(指電路系統等占用空腔的物件)降低了樂器本身的聲學性能。 因此,目前業內普遍關注於改變不同形狀內腔對於弦樂器的聲學性能的改變,其中更關注於因體積太小而無法在內腔中共振500HZ以下頻率的問題。(本文為 SN2.tw 所有)

圖二

於是圖二直接進入了 SIRS 專利的整體結構(代號定為140),也是整個專利書混亂的開端。

FIG.3A 的重點直指SIRS專利空腔(144),將因為琴身訂為”平行於Z軸的厚度”,而能使得原本的空腔124可以最大化利用。這點可以想像成因為將琴身面板設計為平面的,所以並不需要思考弧形面板的安裝強度、力木,或者是從內挖槽時的加工障礙,這也使得 SIRS的空腔可以以幾乎木吉他的型態存在,但幾乎是完全不同結構的東西。

另一個重點在雖然空腔會因為外型而呈現不規則型,但因為琴弦、音孔、琴橋在一個直線上,並且有著相輔相成的關係,即使因為電子零件126等等在空腔內影響的損失也是非常小的。

3A 顯示了琴頸110如何從琴身108延伸並在音孔142和拾音器128上方通過,已讓琴弦112到達琴橋116;預期可以改變拾音器128的數量、類型和位置,而不影響本設計關於專利申請方面的限制、損害。

FIG.3B 主要表達其平面的面板想法以及在僅1.75英吋的厚度下,空腔空間仍然相當巨大,具大到足以表現出500hz的頻率,而因為平面的琴身設計,這使得琴橋跟琴身可以更直接的掌握弦的震動表現,從而讓音量最大化

FIG.3C 是最複雜的,他為拆除面板後的 SIRS 系統型態,在第一段 Fender 表達了這個連續腔室的特徵,但這其中可以透過任何聲學材質去加減腔室數量以改變聲音特性(這段比較像專利宣告,也就是未來可會有不同的腔室設計等等)。

第二段則是描述音孔 142 是如何安裝在琴身上,並且這樣的設計如何能讓 SIRS 成為與眾不同的地方。另外為了增加空氣的流動效率,不要讓空氣之間產生湍流(亂流啦),所以將側背連接處採以特殊的方式設計(164)

延續3C的視角,單音孔142通過懸架158安裝在腔室背板154上。該懸架158也與背板154部分分離以促進空氣的有效留動以改善整體樂器音調或限制進出音孔142的氣流(本文為 SN2.tw 所有)。懸架158具有一對導流板160,每一個160都開槽到主體108中以支撐音孔142和琴橋結構板162,琴弦將在162處附接到主體/面板。

圖三

 

FIG.3D 為SIRS 的對剖,其中包含了音孔142是如何形成外音孔以及跟懸架與面板是如何結合的

如圖所示,面板122在主體凹部166內連續延伸以同時物理地安裝在音孔142和吊橋面板162上方,而不沿Z軸延伸至樂器主體108的邊緣170。面板122安裝了聲音孔172 ,其中心點沿Z軸與音孔142中心點對齊(同心圓)

FIG.4 為 SIRS 音孔本體直接剖開的截面圖,這其中就非常複雜了有興趣的可以看翻譯或是原文,簡單的說就是 Fender 經過大量的測試與計算,得到了幾個他們相當滿意的角度,這個結果帶來的是波形反轉而成的音量放大效果。另外同時也宣告了他們不是以計算出的數值作為專利內容。

也就是說,音孔142將108的內部部分與弦以及外部環境空氣隔開,其長度使得琴身108內部的聲波在音孔142內反相。注意,”音孔長度204″可以是”直徑200″或”直徑202″的函數以及保證相位反轉的諧振頻率。如此,一些聲頻可能不會在音孔142內經歷相位反轉,但由此設計調整後範圍內的所有聲頻都將經歷相位反轉。

圖四

圖四的兩張圖其實都是測試過程中的產物,包含了以安裝式的方式改變音孔的設計或是直接更改各種音孔位置,特別是音孔套件的可能性應該是非常大的!

好了這張真的不用導讀了吧,真的要說 Fender 在266步驟時期ˊ探討了非常多關於物理上與吉他設計上的東西

步驟266中的聲波由內部腔室從第一聲相(Acoustic phase)接收或產生,該第一聲相在通過相同的音孔以與第一聲相相反的相位在離開琴身之前在腔室內迴響。因此,無論最初進入腔室的聲相為何,都將與出射聲波的聲相相差 180 度。內部腔室容積和聲學相位反轉的組合改變了樂器主體的共振頻率,同時改變了由琴弦振動產生的聲波的聲學特性。最終的結果,該弦樂器將能保留樂器本身的音色並增強聲學質量,同時向連接的信號處理器提供電子可再現的信號

 

NSamLee

SN2 共同創作人, 經歷過 《VR-Zone 中文站》編輯、《三星學園》講師等,目前專職在吉他等樂器維修,偶爾寫些器材研究類文章。