ฟิสิกส์ของ... กีตาร์

idaho

ตอร์เรสดามด้านในแผ่นหน้าของกีตาร์ด้วยไม้อันเล็กๆ ที่กระจายตัวเหมือนกระโปรงหญิงสาว ทุกวันนี้ กีตาร์คลาสสิกชั้นดีก็ยังสร้างมาตามแบบที่ตอร์เรสออกแบบไว้ ช่างฝีมือผู้ผลิตกีตาร์จะนั่ง ทำงานอย่างสบายใจในช็อปที่เต็มไปด้วยขี้เลื่อย และกลิ่นเชลแลคฟุ้งกระจาย 
กีตาร์เหมือนกับสิ่งมีชีวิตอยู่อย่างหนึ่งคือ ไม่มีกีตาร์ตัวใดในโลกที่เหมือนกันเปี๊ยบ สาเหตุสำคัญของเรื่องคือ กีตาร์ทำมาจากไม้ โจ โวลเฟ นักฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยนิว เซาท์เวลส์ เมืองซิดนีย์ กล่าวว่า นั่นแหละคือปัญหาใหญ่ ไม้จัดเป็นวัสดุที่เราไม่อาจคาดเดาคุณสมบัติได้ 
คำกล่าวที่ว่า กีตาร์เหมือนหญิงสาว (หรืออาจเหมือนชายหนุ่มก็ได้) นั่นคงใช้ไม่ได้กับนักฟิสิกส์ หรอกครับ สำหรับนักฟิสิกส์กีตาร์จะเป็นอื่นไปไม่ได้เลย นอกเสียจาก เป็นชุดลูกตุ้มที่เชื่อมต่อกัน โดยสปริง (ฟังดูไม่ค่อยจะสุนทรีเท่าไหร่เลยแฮะ) สำหรับนักฟิสิกส์ กีตาร์คืออุปกรณ์ที่เรียกว่า เครื่องสร้างความถี่ชนิดคู่ควบ (coupled oscillator) เครื่องสร้างความถี่เครื่องที่หนึ่งคือ สายกีตาร์ ลำพังการดีดสายนั้นไม่ได้ก่อให้เกิดเสียงดังมากมายนัก แต่การที่เราตรึงสายกีตาร์ไว้ จนแน่นกับสะพานกีตาร์ (bridge) สายกีตาร์ที่สั่นจะส่งผ่านความสั่นสะเทือนผ่านสะพาน ไปยังแผ่นด้านหน้ากีตาร์ ซึ่งจะส่งความสั่นสะเทือนต่อให้อากาศทั้งภายในและภายนอก จึงเป็นเหตุให้เราได้ยินเสียงกีตาร์ที่กังวานใสสบายหู 
รูปแบบการเคลื่อนที่แบบคู่ควบของสายกีตาร์มีความซับซ้อนมาก โน้ต แต่ละตัวของกีตาร์ ก็จะมีรูปแบบการเคลื่อนที่ของสายแบบเฉพาะตัว แต่ผลรวมของการสั่นแต่ละครั้งก็จะกลาย เป็นการสั่นแบบธรรมดาที่เรียกว่า โหมด (mode) อย่างเช่น การเล่นคอร์ด เอฟ ชาร์ฟ บนสายเบสอี (หรืออาจเป็น จี ชาร์ป ขึ้นอยู่กับกีตาร์แต่ละตัว) ส่งผลให้กีตาร์ทั้งตัวมีอาการพองและยุบ เหมือนลูกโป่ง แต่เราจะมองไม่เห็นการพองยุบนี้หรอก เพราะไม้แผ่นหน้าและหลังของ กีตาร์จะสั่นกระเพื่อมเป็นระยะในระดับไมโครเมตร (106 เมตร) และเคลื่อนไปมาด้วย ความเร็วหลายร้อยครั้งต่อวินาที 
และในอีก 1 คู่แปดที่เสียงสูงขึ้น เมื่อกดสาย D ตรงขีด (fret) ที่ 4, 5 หรือ 6 แผ่น ไม้ทั้งด้านหน้าและด้านหลังก็จะสั่นเร็วขึ้นอีก ตกในราว 215 เฮิรตซ์ แต่มันเป็น การสั่นแบบพร้อมเพรียง ไปหน้าก็หน้าทั้งคู่ หลังก็หลังทั้งคู่ ส่วนคู่แปดอื่น ด้านบนและด้านล่างของแผ่นสร้างเสียง (soundboard) เท่านั้นที่พองออก ส่วนนั้นที่รอบๆ โพรงเสียงจะยุบตัว หรือกลับกัน 
แผ่นสร้างเสียงนี้ถือเป็นอุปกรณ์ชิ้นสำคัญในกีตาร์ ที่จะต้องพิถีพิถัน เป็นพิเศษก็คือการเลือกไม้มาทำแผ่นสร้างเสียงนี่แหละครับ ไม้ที่ใช้จะต้องอ่อน พอที่จะรับแรงสั่นสะเทือนจากสายกีตาร์ไว้ได้ แต่ก็ต้องแข็งถึงระดับที่จะ ไม่สร้างเสียงความถี่สูง (overtone) ขึ้นมาได้ โดยทั่วไปเราจะใช้ไม้สน แต่บางครั้งก็อาจเป็นไม้เรดวู้ด หรือไม้ซีดาร์ ไม้เหล่านี้มีมากในภูเขาเขตหนาว มันเติบโตอย่างช้าๆ ทำให้เกิดชั้นวงปีเป็นวงแคบๆ จนช่างทำกีตาร์มั่นใจได้ว่า เนื้อไม้มีความหนาแน่นสม่ำเสมอ ช่างทำกีตาร์ผู้ชำนาญจะตรวจสอบคุณภาพไม้ โดยดัดกับมือ แล้วใช้มือเคาะฟังเสียง อันเป็นการบ่งบอกถึงความหนาแน่นของ ไม้ได้โดยทางอ้อม 
แม้ว่าช่างจะเชี่ยวชาญที่สุด แต่ก็อาจจะหาไม้ที่ดีที่สุดได้ยาก เพราะไม้แต่ละชิ้น จะแตกต่างกันเล็กๆ น้อยๆ เสมอ ถึงจะมาจากต้นเดียวกัน ไม้ก็ยังแข็งไม่เท่ากันเลย เมื่อนำไม้ 2 ชิ้นไปทำกีตาร์ที่มีรูปร่างเหมือนกัน ด้วยกระบวนการเดียวกัน เมื่อวัดค่าความถี่ของเสียงสะท้อน มันกลับไม่เท่ากัน 
ด้วยความที่ไม่สามารถผลิตกีตาร์ให้เหมือนกันราวกับเป็น โคลน ซึ่งกันและกันนี้เอง ทำให้การทดลองศึกษาวิจัยเกี่ยวกับเครื่องดนตรีชนิดนี้เป็นเรื่องที่ทำได้ยาก เพราะเราไม่อาจมั่นใจได้เลยว่า เมื่อควบคุมตัวแปรตัวหนึ่งแล้ว ค่าตัวแปรอื่นที่วัดได้จะใช้ได้ ในทุกกรณีหรือไม่ นี่เป็นเหตุผลให้นักสร้างกีตาร์ไม่ค่อยจะใช้หลักการทาง วิทยาศาสตร์สักเท่าไหร่ นอกจากนี้ช่างฝีมือที่สร้างกีตาร์ จะทำกีตาร์ได้เพียงเดือนละ 1 หรือ 2 ตัว ซึ่งไม่เพียงพอที่จะนำมาใช้ในการทดลอง ต่อเรื่องนี้ ร็อบ อาร์มสตรอง ช่างสร้างกีตาร์แห่งเมืองโคเวนทรี ประเทศอังกฤษบอกว่า การสร้างกีตาร์นั้นมีขั้นตอน ของมันอยู่แล้ว ไม่จำเป็นต้องมีใครมาถามว่า จะทำอย่างไร 
แต่คุณอาร์มสตรองนั้นไม่เหมือนกับคนสร้างกีตาร์คนอื่นๆ เขาร่วมมือกับ โอเวน เพ็ดจลีย์ นักออกแบบอุตสาหกรรมแห่งมหาวิทยาลัยลูโบโรห์ ประเทศอังกฤษ ออกแบบกีตาร์ที่ทำจากพลาสติกชนิดพอลิคาร์บอเนตฉีดขึ้นรูป และยังมี ไมเคิล คาชา นักเคมีเชิงฟิสิกส์ แห่งมหาวิทยาลัยฟลอริดาอีกคนที่สนใจกีตาร์มาเป็นเวลาไม่ต่ำกว่า 35 ปี คาชาเอากระจกจักรยานส่องเข้าไปเพื่อที่จะดูด้านในตัวกีตาร์ของลูกชาย แล้วเขาก็ต้องอัศจรรย์ใจกับสิ่งที่ตอร์เรสประดิษฐ์ขึ้น ไม้ที่ดามด้านในแผ่นหน้านั้น กระจายเป็นรูปพัดที่สมมาตร คาชาคิดว่ามันเป็นแผ่นสร้างเสียงแบบดั้งเดิมซึ่งสร้างขึ้น แบบโดยบังเอิญ และไม่เคยเปลี่ยนแปลงเลยนับแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน 
คาชาเสนอทฤษฎีว่า แผ่นสร้างเสียง จะสั่นแบบเฉพาะที่มากกว่า โดยสายเสียงสูง จะกระตุ้นแผ่นสร้างเสียงให้สั่นทั้งแผ่น แต่กระตุ้นที่ด้านเสียงสูงมากกว่า คนทั่วไปคิดว่าแผ่นสร้างเสียงทั้งแผ่นสั่นไปพร้อมๆ กัน แต่คาชาคิดว่ามันไม่ได้ เป็นอย่างนั้น เขาคิดว่าเราสามารถปรับปรุงแผ่นสร้างเสียงให้เหมาะกับช่วงความถี่ โดยแบ่งโซนสะท้อนเสียงออกเป็นส่วนๆ ซึ่งตอร์เรสไม่ได้ทำเช่นนั้น เขาเพียงแค่ แบ่งพื้นที่ออกเป็นส่วนๆ ที่เกือบๆ เท่ากัน คาชาบอกว่า รูปแบบเช่นนี้ทำให้โน้ต หลายตัวมีเสียงไม่ใส เพราะความถี่เสียงของโน้ตนั้นจะไม่โดดเด่นกว่าความถี่ ของเสียงความถี่สูง เขาจึงออกแบบแผ่นสร้างเสียงขึ้นมาใหม่ โดยดามไม้ในแนว รัศมีแต่ไม่สมมาตร รูปแบบนี้มีหน้าตาคล้ายกระดูกปลาแฮร์ริง ส่วนโพรงเสียง ที่อยู่ด้านหน้าก็ย้ายจากตรงกลางไปอยู่ที่มุม เห็นแล้วนึกถึงยักษ์ไซคลอปต์ตา เดียวยังไงยังงั้นเลยละครับ 
มีผู้ผลิตกีตาร์ตามไอเดียของคาชาอยู่บ้าง และมีการออกอัลบัมเพลงมา 1 อัลบัมที่บรรเลงโดยกีตาร์แบบนี้ แต่กีตาร์ของคาชาก็ไม่อาจตีตลาดกีตาร์แบบ ตอร์เรสได้ แม้จะใช้ความพยายามไม่ต่ำกว่า 3 ทศวรรษ บรรดานักฟิสิกส์ถามถึง แนวคิดพื้นฐานของเขา ซึ่งคาชาเองก็ไม่มีงานวิจัยมายืนยัน ล่าสุดคาชาได้ทดสอบ กีตาร์ของเขาในห้องเก็บเสียงสะท้อน เขาบอกว่าเขาจะตีพิมพ์ผลการทดสอบ ของเขาในไม่ช้า ซึ่งเป็นผลที่บ่งบอกว่า กีตาร์ที่เขาออกแบบนั้นเลิศล้ำเพียงใด 
ถ้าหากจะบอกว่า แบบกีตาร์ที่ได้มา มาจากความฝัน ก็คงจะฟังดูไม่เป็น วิทยาศาสตร์สักเท่าไหร่จริงมั้ยครับ (แม้ว่าเราบางคนอาจจะคิดว่า มันก็เป็นไปได้) ถ้าคิดเช่นนี้ก็เชื่อขนมกินได้เลยว่า การพัฒนาการผลิตเครื่องดนตรีให้มีหลักการ ทางวิทยาศาสตร์เข้าไปจับคงเกิดขึ้นได้ยาก เมื่อเดือนสิงหาคม ปี พ.ศ. 2542 คาชาเองก็ไปพูดในที่ประชุมงานกีตาร์ เฟสติวัลว่า เรื่องนี้เป็นเรื่องนอกเหนือ อำนาจมนุษย์ พระเจ้าเท่านั้นที่รู้และเข้าใจ และพวกเราคงจะมีวิญญาณแห่งดนตรีสิงอยู่ 
ถ้าจะคิดอย่างนั้นกันจริงๆ ก็คงทำให้การผลิตเครื่องดนตรีเป็นเรื่องของศิลป์ มากกว่าจะเป็นศาสตร์ และเหตุผลอีกประการที่จะหนุนให้มันเป็นเช่นนั้นจริงๆ ก็คือรสนิยมของแต่ละคนนั่นเองครับ หากคาชาจะประสบความสำเร็จในการสร้าง กีตาร์เสียงใสไร้ที่ติ ก็ไม่ได้หมายความว่า ทุกคนจะต้องชื่นชอบกับกีตาร์ของเขา นี่ครับ มันอยู่ที่รสนิยมของแต่ละคนมากกว่า ว่าจะโอเคหรือเซย์โน 
เข้าข่ายนานาจิตตังนั่นแหละ
				

dfds				

fdhfdy				

s555555555555				

888888888888				

999999999				

11				

14				

las				

dd				

dd				

dsd				

ss				

d				

dsd				

df				

dsaf				

dsfv				

s