All existing acoustic string instruments are essentially a vibro-acoustic system that transmits the vibration energy of strings to the resonator (board, sound box, and resonator) through a bridge, efficiently converting it to a sound radiation energy. In other words, they have physically coupled strings and a resonator and the efficiency of the energy transfer from the vibration energy of the strings to the sound radiation energy generated by the resonator decreases as the impedance of the bridge foundation increases: a small impedance means the strong vibro-acoustic coupling between the strings and resonator.
In this work, an innovative concept of an acoustic string instrument, named decoupled acoustic string instrument, was proposed and verified with a prototype. The most noticeable feature of this idea is that the vibrating strings are separated from the resonator and fixed on a relatively rigid foundation.
The decoupled acoustic guitar prototype was constructed to demonstrate the proposed idea. Two piezoelectric sensors measured the varying forces in two orthogonal directions at the string ends, which were then input to an electro-dynamic actuator mounted on a separated resonator of a commercial acoustic guitar for sound generation.
It was shown the completed prototype had the 2 times longer sound sustainability and 2 times more balanced sound, compared with the coupled system using the same resonator. The nasality and clarity of the generated sound were shown to be controllable by changing the mixing weights for each measured signal.
기존의 모든 어쿠스틱 현악기에서 진동하는 현과 공진하는 공명체는 가진점 (브리지,bridge)을 통해 하나의 시스템으로 연성되어 진동-음향(vibro-acoustics) 시스템을 이룬다. 이 때 진동하는 현과 결합된 공명체의 가진점은 무한 임피던스(Impedance)의 강체 고정점이 아닌 유한한 임피던스 값을 갖는 경계조건으로 현에 작용한다. 때문에 현의 진동 에너지가 공명체 상판의 진동에너지로, 그리고 음향에너지로 전환되는 과정이 가진점 임피던스의 주파수 특성에 따라 크게 달라진다.
본 연구에서는 비연성 어쿠스틱 현악기라 불리는 새로운 형태의 어쿠스틱 현악기 시스템을 제안하고 시작품을 제작, 소리를 평가하였다. 제안된 시스템에서 현은 공명체로부터 분리되어 상대적으로 강체의 지지점에 위치하게 된다. 분리된 현을 연주자가 연주하여 발생하는 진동은 일련의 센서를 이용하여 측정되고 공명체에 부착된 가진기에 입력시켜 공명체의 공명을 통해 소리를 낸다.
제안한 시스템을 통기타의 공명체를 사용하여 실제로 구현하고 평가하였다. 비연성 통기타라 불리는 이 시작품에선 두 개의 압전식 센서가 여섯 현의 끝 단에서 수직, 길이 방향으로의 현 진동을 측정하며 이는 통기타의 분리된 공명체에 부착된 구동기에 입력된다. 구동기는 공명체에 존재하는 다수의 저주파 모드를 적절히 가진 할 수 있는 위치에 부착하였으며 이 때 센서로부터의 두 입력이 섞이는 가중치를 적절히 설정해 줌으로써 깨끗한 소리 혹은 답답한 소리 등으로의 음색 조절이 가능함을 보였다.
최종적으로 제작된 시작품을 소리의 균형과 지속성 관점에서 평가하였다. 결과적으로 완성된 시작품은 동일한 공명체를 사용한 통기타에 비해 음압 포락선의 지속성이 평균적으로 2배 이상 길어졌으며 포락선 지속성의 표준편차는 2배 이상 줄어들어 균형 잡힌 소리를 내었다.
