Tension of String แรงตึงสาย
วันนี้ผมจะอธิบายเรื่อง แรงดึงสาย แรงตึงสาย ความตึงของสาย Tension of String หรืออะไรก็แล้วแต่ที่คุณอยากเรียก ทั้งหมดนี้เป็นเรื่องธรรมชาติ ทำความเข้าใจตามความเป็นจริง มันเป็นหลักฟิสิกส์ ซึ่งคุณไม่ต้องยี๋หรอก ตั้งใจกับมันสักนิด ลองเปิดใจเรียนรู้สักหน่อย เดี๋ยวดีเอง!
ทั้งหมดนี้ผมจะเขียนอธิบายให้สั้นที่สุด ให้เข้าใจง่ายที่สุด ไม่อารัมภบทให้ยืดเยื้อ จะอธิบายตั้งแต่ Basic ไปเรื่อยๆ ให้คนที่ศึกษาใหม่ ให้เด็กรุ่นหลัง หรือคนที่อยากทำความเข้าใจมันตั้งแต่พื้นฐานไป
อย่างแรกก่อนที่เราจะเล่นกีตาร์ เราต้องตั้งสายให้ได้โน๊ตตามมาตรฐานก่อนไล่จากสาย 6 ไปสาย 1 (E A D G B E) หรือใครจะ Drop สายให้เสียงต่ำลง ก็ตามที่ใจชอบ แต่วันนี้จะพูดในแง่มาตรฐาน
เวลาตั้งสาย คุณจะหมุนลูกบิด แล้วเสียงจะค่อยๆ สูงขึ้นๆๆ จนได้โน๊ตที่คุณต้องการ ถ้ามันสูงไป คุณก็ผ่อนสายลง
ถ้ามองด้วยตาเปล่า คุณจะเห็นว่าสายถูกดึง ถูดยืดออก สายจะเริ่มกระพือทุกครั้งที่ดีด และจะกระพือเร็วขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเราหมุนลูกบิด พร้อมกับเสียงที่จะสูงขึ้นเรื่อยๆ
การกระทำนี้คือ การดึงสายให้ยืดออก เป็นการเพิ่มแรงดึงให้กับสาย ตัวสายเองจะมีแรงที่กระทำต่อตัวสายเองซึ่งเรียกกับว่า Tension of String
ให้คุณจินตนาการ เหมือนคุณถือถุงแกงกับข้าว ถ้าในถุงนั้นมีน้ำหนักมาก หูหิ้วจะยืดออกมาก ตึงมือ สายกีตาร์ก็เช่นกัน ถ้าเอาสายกีตาร์ ถ่วงด้วยตุ้มน้ำหนัก ตัวสายก็จะตึง ยืดออก
Tension of String คือค่าความตึง หรือค่าความหนัก หรือน้ำหนัก ที่แต่ละสายรับไว้กับตัวเอง มีหน่วยเป็น ปอนด์ (lbs) ซึ่งเป็นหน่วยวัดของทางฝั่งอเมริกา
ในสายกีตาร์ 1 ชุด บริษัทที่ผลิต จะออกแบบให้สายรับน้ำหนัก หรือรับแรงตึงที่ใกล้เคียงกัน ตั้งแต่สาย 1 ถึงสาย 6
ยกตัวอย่างเช่น กีตาร์โปร่ง ที่มีความยาวคอ (Scale Length) ตั้งแต่ Nut ถึง Saddle ที่ 25.4 นิ้ว ใส่สาย D'Addario - EFT16 - Phosphor Bronze เบอร์ 12 ตั้งสายมาตรฐาน สายแต่ละสายจะมีความตึงตามนี้
- สาย 1 Tension = 23.4 lb
- สาย 2 Tension = 23.3 lb
- สาย 3 Tension = 39.4 lb
- สาย 4 Tension = 34.7 lb
- สาย 5 Tension = 29.4 lb
- สาย 6 Tension = 26.1 lb
Total Tension = 176.3 lb
ถ้าสังเกตแรงตีงสายจะเท่าๆกับ แต่ไม่เท่ากับเป๊ะ เพราะการออกแบบตามหลักกายภาพของสายในขณะเล่น และความbalance ของโทนเสียง เป็นเรื่องเชิงลึก ซึ่งในสายแต่ละยี่ห้อ หรือแต่ละรุ่นจะออกแบบแตกต่างกันไป
ยกตัวอย่างเช่น
- D'Addario - EFT16 - Phosphor Bronze เบอร์ 12 = 176.3 lb
- D'Addario - EFT15 - Phosphor Bronze เบอร์ 10 = 147.0 lb
- D'Addario - EFT17 - Phosphor Bronze เบอร์ 13 = 203.3 lb
- Elixir - Phosphor Bronze with NANOWEB® Coating เบอร์ 12-53 = 162 lb
- Elixir - Phosphor Bronze with NANOWEB® Coating เบอร์ 10-47 = 135 lb
- Elixir - Phosphor Bronze with NANOWEB® Coating เบอร์ 13-56 = 188 lb
เราเริ่มเข้าใจแรงดึงของสายกันแล้ว ต่อไปเรามาดูว่าแรง Strings Tension นี้ กระทำต่อคออย่างไรบ้าง
แรงดึงที่กระทำต่อคอ Tension of Neck
เราจะมาพูดถึงเรื่องแรงที่กระทำต่อคอกีตาร์ ซึ่งถ้าดู Data sheet ของสายแต่ละยี่ห้อแล้ว คนทั่วไปก็คงตกใจ วิตกว่ากีตาร์จะพังหรือเปล่า ซึ่งก็ไม่แปลก ความกลัวเกิดขึ้นได้
"ความกลัว" เกิดจาก "ความไม่รู้"
ทีนี้เรามาทำลายความกลัวกัน หลังจากนี้เรามาศึกษากัน
คำถามแรก "คุณเคยเห็นกีตาร์ที่พังจากการตั้งสาย หรือใช้สายเบอร์ใหญ่มั้ย ?"
คำตอบ: บางคนอาจจะเคยเห็น บริดหลุด ไม้หน้าป่อง (ท้องป่อง) เกินพอดี คอหัก แต่อยากให้คุณวิเคราะห์ดีๆ ว่าจริงๆ แล้วเกิดจากแรงดึงของสาย หรือคุณภาพการผลิด มีกีตาร์มากมาย หรือแทบจะ 100% ที่ไม่พัง
กลับมาที่แรงตึงสาย การที่จะทำให้สายสั่นได้ค่า Note ตรงกับค่าของมัน เช่น สาย1 โน๊ต E สาย2 โน๊ต B ส่วนสายอื่นก็ตามลำดับ โดยที่เราจะค่อยๆหมุนลูกบิดให้สายตึงขึ้น ให้ได้เสียงที่ต้องการ
จากที่พูดไปก่อนหน้านี้ แรงดึง 176.3 lb หรือ 79.98 KG ถ้ามองแบบผิวเผิน เป็นแรงที่หนักมากๆ ที่ทั้งสายกีตาร์และตัวกีตาร์รับไว้อยู่ ถ้าคุณจินตนาการภาพว่าคอกีตาร์รับแรงตรงๆที่ 80กิโลกรับ นั้นผิด
แรงที่คอกีตาร์รับอยู่จะเป็นแบบเฉือนผ่านคอไป ไม่ได้แบบตั้งฉาก ซึ่งแรงที่กระทำต่อคอกีตาร์นั้นจะไม่หนักถึง 80กิโล
ซึ่งเราจะใช้การแตกแรงตามหลักฟิสิกส์มาอธิบาย ให้ระแนบFingerboard เป็นแกนX ให้แรงตั้งฉาก Fingerboard เป็นแกนY แรงดึงทั้งหมดเป็น F ซึ่งคือ 80กิโลกรัม แรงดึงตั้งฉากเป็น Fy ให้มุมโดยประมาณ 1องศา
สูตรแตกแรง ฟิสิกส์
Fy = F sinθ
แทนค่าสมการ
Fy = 80sin(1) =1.39
ถ้าสายทำมุมที่ Nut 1 องศา แรงที่กระทำต่อคอกีตาร์ในแนวตั้งฉากคือ 1.39 กิโลกรัม แรงส่วนที่เหลือถูกเฉือนเข้าไปทางในคอ
ถ้าสายทำมุมที่ Nut 2 องศา แรงที่กระทำต่อคอกีตาร์ในแนวตั้งฉากคือ 2.79 กิโลกรัม กีตาร์ก็ยังรับไหวสบายๆ
ซึ่งตรงนี้เป็นการยกตัวอย่างแบบคร่าวๆ ให้เห็นภาพง่ายๆ ยังมีส่วนเชิงลึกที่ต้องคิด โดยมีตัวแปรอีกหลายอย่าง เช่น ความโค้งของคอ ความสูงของ Saddle หรือ องศาของคอที่กระทำตัวกีตาร์ ซึ่งไว้ผมจะอธิบายในกรณีอื่นๆอีกที
ทำอย่างไรให้ได้เสียงดีที่สุด
สายแต่ละเบอร์มีค่า String Tension ไม่เท่ากัน กีตาร์แต่ละตัวก็จะสั่นหรือให้เสียงได้ ที่แรงตึงไม่เท่ากัน
ยกตัวอย่างเช่น
กีตาร์ A ใช้สายเบอร์ 10 แล้วเสียงดี เสียงเต็ม มี Power แต่พอใส่สายเบอร์ 12 แล้วแรงดึงมากเกินไป เสียงสั้น ห้วน คมเกินไป ไม่ทึบ แต่กัดหูมาก
กีตาร์ B ใส่สายเบอร์ 12 แล้วเสียง Smooth มาก อุ่น กลม หนา ชัด Powerดีมาก ตีคอร์ดก็ Balance ไม่ลั่นไป Finger style ก็ชัด หวาน Sustain ดีมาก แต่พอเปลี่ยนสายเป็นเบอร์ 10 เสียงแห้ง บางกรอบ ต้องเค้นเยอะ แต่ก็ยังไม่อุ่น
นั่นคือความพอดี ไม่มีอะไรตายตัว ความพอดีนี้คือ สายต้องตึงพอให้ไม้หน้าขยับ หรือ แรงดึงนั้นต้องไปกระทำต่อไม้หน้า ให้Function หรือกลไกที่กีตาร์ถูกสร้างไว้ได้ใช้งาน และตัวสายเองต้องสั่นด้วย ไม่ใช่ตึงจนสายไม่ได้ทำหน้าที่ของมัน ตึงจนแข็ง เสียงกรอบก็ไม่ไหว ในทางกลับกัน สายหย่อนไป จนพร่า แรงดึงไม่พอ ไม่มี Power
กดสายแรงแค่ไหนดี
การกดสายมีอยู่ 3 กรณี
- กดพอดี : กดให้เสียงชัดพอดี โทนเสียงที่ดีอยู่ที่นิ้ว เล่นบ่อยๆ
- กดเบาไป : เสียงไม่ชัด ไม่มีน้ำหนัก Sustain สั้น เสียงทึบ เวลาดีด การสั่นของสายที่เกิดขึ้นทำให้ปลายนิ้วขยับ หรือหน้าสัมผัสของสายกับเฟรตเคลื่อนที่ ซื่งอาจเกิด Buzz ในเฟรตถัดๆมา หรืออาจเกิดสายกระพือด้านหลัง ระหว่างตำแหน่งที่กดกับ Nut (เกิดบ่อยใน Classical guitar)
- กดแรงไป เกินงาม : เสียงจะเพี้ยนสูงในกรณีที่เฟรตสูง คล้ายอาการดันสาย ไร้ความจำเป็น เปลืองแรง การกดแรงจะเกิดได้อีกกรณีคือ เฟรตสึก หรือเฟรตต่ำมากๆ เกือบแบน กดจนเมื่อยเสียงก็ยังไม่ชัด
หมายเหตุ ปลายนิ้วของแต่ละคนมีความแข็งไม่เท่ากัน หนังหนาไม่เท่ากัน เนื้อด้านในนิ้ว หรือเส้นเอ็น แข็งไม่เท่ากัน ความทนทานไม่เท่ากัน คนหัดเล่น หรือเล่นใหม่ๆ หรือไม่ได้เล่นมานาน จะกดจากกว่า เพราะเนื้อมันบุ๋มลงไป
อีกกรณี คนที่เล่นกีตาร์ไฟฟ้า ที่ใช้สายเบอร์เล็กมานานๆ นิ้วจะชินกับความตึงแบบนั้น ถ้าไปเล่นโปร่งที่สายแข็งมากๆ หรือสายสูงมากๆก็จะไม่ชิน กำลังในการกดก็ไม่ชิน นิ้วเองก็ไม่ชิน ยังหนาไม่พอ ยังแข็งหรือด้านไม่พอ แรงที่ใช้กดมากกว่าเดิม
หาความเหมาะสมด้วยตัวเอง คุณเองจะประจักษ์ และเข้าใจมันด้วยตัวเอง จากการกระทำด้วยตัวเอง
ร่างกายจะพัฒนาเข้าหาจุดสมดุล อะไรที่เคยยากจะง่ายถ้าทำบ่อยๆ
กีตาร์สายใหญ่กว่าย่อมใช้แรงกดเยอะกว่า อันนี้พูดในแง่ของแรงตึงสาย (Tension of String) เท่านั้น ยังมีอีกหลายปัจจัยที่สัมพันธ์กับการเกิดแรงตึงสายมาก น้อย ไว้อธิบายในบทความอื่นๆครับ
String Tension Chart
D'Addario String Tension : Link
String Tension Calculate
https://www.daddario.com/string-tension-pro
https://global.elixirstrings.com/support/string-tension-for-tuning-guitar
Writer
