Акустические свойства древесины кедра
Добавил пользователь Cypher Обновлено: 19.09.2024
Проблемы в выборе такой древесины, как резонансная
Для производства музыкальных инструментов подходит не любое дерево. Даже в пределах одной породы могут встречаться как деревья обычные, так и обладающие резонансной древесиной.
Кроме этого, до настоящего времени не существует технических средств и способов, позволяющих проводить объективную экспресс-диагностику древесины прямо на корню в качестве потенциального резонансного сырья. Также наблюдается недостаток в квалифицированных специалистах и вложений в отрасль, которая занимается производством музыкальных инструментов.
Факторы, влияющие на такие свойства древесины, как акустические
Обладает ли дерево резонансными свойствами или нет определяется генетической предрасположенностью. На акустические свойства оказывают влияние такие показатели, как:
порода дерева;
условия произрастания;
внутреннее строение;
физические характеристики.
Качество подобной древесины также зависит от таких технологических факторов, как место и время заготовки, режим сушки и хранения, условия транспортировки.
Выбор породы дерева
Наилучшим материалом, который находит применение в изготовлении дек, считается древесина березы и ели, а также клена, сосны, кедра сибирского и пихты кавказской. Наилучшие акустические особенности свойственны для ели, которая и имеет наиболее широкое применение. Это порода дерева, если сравнить ее с кедром, после усыхания улучшает свое звучание.
Учет условий произрастания
Резонансные деревья обычно произрастают в высоковозрастных насаждениях, возраст которых составляет более, чем 150 лет. Они предпочитают северные склоны гор и каменистые бедные почвы. Однако, в настоящее время установлено, что подобный материал можно найти в лесах, произрастающих на равнине и на почвах с избыточным увлажнением.
Диагностика резонансной древесины: косвенные способы
При косвенном способе диагностики используются следующие показатели:
внешний вид и состояние дерева;
цвет и структура коры;
макроструктура;
микроструктура.
Особенности внешнего вида
Резонансная ель имеет вертикальный ствол с зоной цилиндрической формы, лишенной сучков и заметных повреждений. Длина этой зоны составляет 5-6 метров. Крона дерева должна быть островершинной, узкой и симметричной. В первую очередь данные требования определяются экономическими соображениями, когда важно получить максимальный выход продукции.
Цвет и структура коры
Существуют разные мнения по поводу цвета коры. Одни мастера выбирают древесину более светлых тонов или практически белую, а другие используют древесину желтого цвета.
По поводу структуры коры резонансной ели также нет единого мнения. Согласно данным ученых В.О. Александрова и С.Н. Багаева, которые занимались отбором резонансной ели по фенотипу, то лучше выбирать формы с гладкой корой. Другой отечественный исследователь Н.А. Санкин считает, что предпочтительными являются чешуекорые ели, так как они имеют наибольшую генетическую пластичность. Румынские мастера отмечают, что кора должна состоять из округлых и вогнутых чешуек. Во Франции считается, что чешуйки должны быть небольшими и гладкими.
Макроструктура
Основным критерием при отборе резонансной древесины, который входит в стандарты разных государств, являются годичные кольца, характерными особенностями которых являются:
ширина;
равнослойность;
наличие в их составе поздней древесины.
Древесина, имеющая широкие слои, придает звучанию музыкального инструмента приглушенность, а узкие – жесткость. Что касается ширины годичных колец, то оптимальным параметром будет считаться предел от 1 до 4 мм. Древесина поздняя в составе годичных колец должна составлять 30%.
Выделяют определенные сорта резонансной древесины ели в зависимости от макроструктуры на радиальном срезе.
Струистая, для которой характерны прямые годичные слои с небольшим волнообразным сдвигом древесных волокон. Подобная древесина является эластичной и дает чистые тона. Она представляет наибольшую ценность при изготовлении дек.
Пламенистая, которая имеет красивый узор и ее структура похожа на язычки пламени.
Краснослойная, для которой характерен красный цвет поздней зоны годичного кольца. Она имеет наибольшую плотность, но ее ценность меньше, чем у двух первых сортов.
Микроструктура
При рассмотрении анатомического строения подобной древесины учитывается значение взаимопроницаемости систем клеток, которые находятся поперек и вдоль оси ствола, это соответственно сердцевинные лучи и трахеиды. Важным показателем считается наличие большого количества проницаемых пор по форме напоминающих двоеточие. Особенно это касается ранних трахеид. Именно по ним звуковые волны распространяются по всей толщине доски, проходя в поперечном и продольном направлениях.
Другие показатели
Качественную резонансную древесину можно определить по блеску. Ель, произрастающая на севере России, которая имеет шелковистый и нежный блеск, а также с хорошо проявляющимися тонкими слоями, придает звучанию серебристость и нежность. Немецкие мастера отдают предпочтение древесине с крупными и резкими блестками.
В некоторых ситуациях в качестве диагностического показателя применяется запах древесины, по которому определяется ее смолистость. Установлено, что смолистые вещества оказывают негативное воздействие на такие свойства древесины, как акустические.
Диагностика резонансной древесины: прямые способы
Для этих целей измеряются следующие показатели древесины:
плотность;
модуль упругости;
скорость звука;
амплитуда колебаний;
величина потери энергии, происходящей на внутреннее трение.
Полученные результаты измерений используются для расчета акустических свойств древесины. На следующем этапе проводится определение пригодности сырья для производства музыкальных инструментов.
Распространение звука в древесине. Звук, как известно, представляет собой механические волновые колебания, распространяющиеся в упругих средах.
В среднем скорость звука в древесине вдоль волокон составляет 5000 м/с. В плоскости поперек волокон скорость звука примерно в 3-4 раза меньше, чем вдоль волокон, причем в радиальном направлении она несколько выше, чем в тангенциальном. С увеличением влажности и температуры древесины скорость распространения звука уменьшается. Скорость звука в других материалах, м/с: в стали — 5050, свинце — 1200, каучуке — 30, воздухе — 330.
Важной характеристикой древесины при оценке ее способности отражать и проводить звук является акустическое сопротивление.
Этот показатель для древесины камерной сушки вдоль волокон в среднем равен 30 · 10 5 Па·с/м. Для сравнения укажем, что воздух имеет акустическое сопротивление 429, каучук 3·10 3 , а сталь — 393·10 3 Па·с/м.
По мере распространения звуковых волн в материале вследствие потерь энергии на внутреннее трение происходит затухание колебаний. Для характеристики этого явления используют показатель — логарифмический декремент колебаний, численно равный натуральному логарифму отношения двух амплитуд, отделенных друг от друга интервалом в один период.
Определение указанного показателя проводят при продольных и изгибных колебаниях по разработанному ЦНИИМОДом ГОСТ 16483.31 — 74. У древесины камерной сушки разных пород логарифмический декремент колебаний составляет примерно (2-4)·10 6 Нп (Нп (непер) — внесистемная единица логарифмической относительной величины (натурального логарифма отношения двух одноименных физических величин)).
Показатели, характеризующие распространение звука в древесине, используются при разработке методов дефектоскопии и неразрушающего контроля качества (прочности, жесткости, структурной неоднородности, шероховатости) древесины и древесных материалов.
Звукоизолирующая и звукопоглощающая способность. Звукоизолирующая способность древесины характеризуется ослаблением интенсивности прошедшего через нее звука. Это свойство может быть оценено по разнице уровней звукового давления в децибелах (дБ), перед и за перегородкой из древесины, а также по относительному уменьшению силы звука, называемому коэффициентом звукопроницаемости. Так, при толщине 3 см звукоизоляция сосновой древесины составила 12 дБ, коэффициент звукопроницаемости — 0,065; для дубовой древесины при толщине 4,5 см эти показатели соответственно равны 27 дБ и 0,002.
По строительным нормам звукоизоляция стен и перегородки должна быть не ниже 40 дБ. Отсюда видно, что звукоизолирующая способность массивной древесины сравнительно невысока.
Способность древесины поглощать звук вызвана рассеянием звуковой энергии в структурных полостях и необратимыми тепловыми потерями вследствие внутреннего трения. Для оценки этой способности используют коэффициент звукопоглощения, представляющий собой отношение звуковой энергии, теряемой в материале, к энергии плоской падающей волны. Коэффициент звукопоглощения сосновой перегородки толщиной 19 мм в диапазоне частот 100-4000 Гц находится в пределах 0,081-0,110.
Резонансная способность древесины. Древесина широко применяется для изготовления излучателей звука (дек) музыкальных инструментов. Такую древесину называют резонансной. Значительная часть подводимой от струны к деке энергии расходуется на потери внутри материала деки, а также в местах ее закрепления на корпусе инструмента. Лишь 3-5 % общей энергии излучается в воздух в виде звука.
Способность материала обеспечивать излучение звука оценивается по предложенной акад. Н. Н. Андреевым акустической константе.
Наибольшая величина акустической константы характерна для древесины ели, а также пихты и кедра; она составляет примерно 12 м 4 /(кг · с). Резонансные заготовки согласно ГОСТ 6900—83 должны изготавливаться из мелко — и равнослойной древесины, которая не содержит сучков, крени, наклона волокон и других пороков древесины. Для определения качества резонансной древесины в растущих деревьях используют керны — цилиндрические образцы диаметром примерно 4 мм, высверливаемые в радиальном направлении ствола. Ультразвуковым методом измеряют скорость распространения звука поперек волокон. Обычным способом устанавливают плотность древесины керна. Акустическую константу вычисляют как отношение скорости звука к плотности. Как показали исследования
А. А. Колесниковой, в этом случае показатель К примерно в 3 раза меньше стандартного, определяемого для направления вдоль волокон.
Наилучшими резонансными свойствами обладает древесина длительной (50 лет и более) выдержки.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
На звук любого вида гитар (акустических особенно) влияет множество факторов — размер инструмента, его форма, крепление пружин, и даже такие, казалось бы, малозначимые вещи, как вес грифа и струнодержателя. Но главное — это дерево.
Все гитары звучат по-разному и одна из главных причин этого явления — разница в сортах дерева, из которого они изготовлены.
Верхняя дека
Обечайка и нижняя дека
Все остальные виды сравнивают с этими двумя. Например, клён обладает более резким и звонким звуком, чем палисандр, то есть ближе к красному дереву, но он не имеет такой мелодичности и мягкости звука как красное дерево.
Ещё одно довольно известное дерево в гитаростроении — орех. Звук у него довольно звонкий и не очень глубокий, но если сочетать его с кедром, то получаются прекрасные результаты.
Также в последнее время приобретает популярность гавайская коа. Её звук мягкий и достаточно глубокий, но в нем не слышно звонкости. Зато внешне это один из самых красивых видов дерева.
Накладка, гриф и бридж (струнодержатель)
Остаются гриф, накладка и струнодержатель. Эти элементы мало влияют на звук. Грифы, в основном, делаются из красного дерева или (чуть реже) из клена. Это твердые и относительно недорогие породы. В классических гитарах ещё часто используют кедр с вклеенной полоской чёрного дерева (эбони). Черное дерево очень твердое и его так же принято использовать для накладок и струнодержателей. Но оно довольно дорогое, поэтому, если у вас не мастеровая гитара, то скорее всего накладка и струнодержатель на ней будут из палисандра. Это тоже неплохо — палисандр помягче чёрного дерева, но вполне пригоден. Остались только декоративные детали, такие как бортики, детали розетки и тому подобное. Чаще всего они пластиковые. На дорогих инструментах встречаются и деревянные, но уж на звук они точно никак не влияют.
Есть мнение, что сорт дерева, из которого сделаны пружины, тоже придаёт оттенок звуку, но гораздо большую роль играет сама форма и размер пружин, а сделаны они обычно из того же материала, что и верхняя дека.
В качестве совета: если вы ищете гитару до $300, то на дерево вообще не обращайте внимания — главное, что нужно рассмотреть — это удобство игры, качество склейки и, конечно, звук!
Еще один немаловажный момент — это расположение волокон. Посмотрите внимательно на любую приличную акустическую гитару — вы увидите, что и передняя, и задняя стенки деки состоят из двух симметричных половинок. Причём не только сама форма, но и расположение волокон обычно симметрично. И сами волокна тоже расположены ровно. Достигается это путём специальной системы нарезки дерева. Считается, что это наилучший способ заставить дерево оптимально вибрировать. Кроме того, нужно обратить внимание на расстояние между волокнами, особенно на передней стенке. Обычно, чем больше расстояние, тем мягче дерево и, соответственно, звук более мягкий и менее звонкий. Считается, что наилучший вариант, это когда расстояние между волокнами — от 1мм до 2мм по всей поверхности. Кроме того, неплохо, когда это расстояние не сильно меняется от центра передней стенки к ее краям. Другими словами — ровные и параллельные волокна дают возможность дереву вибрировать свободно, а, значит, и дарить нам хороший и красивый звук.
Древесина красного канадского кедра очень легкая, однородной текстуры, с правильным прямым расположением волокон и не содержит никакой смолы. Все это делает ее очень простой для обработки. Красный канадский кедр предпочтительнее использовать там, где важны высокая устойчивость к гниению, размерная стабильность и хорошие звукоизоляционные свойства.
Классификация по прочности
Исследование производится путем испытания на прочность к гниению, вызываемому плесенью, разрушающей древесину. Современные методы таких испытаний различны, однако, как правило, образцы древесины помещаются в условия, благоприятные для роста различных видов плесени. Гниль измеряется по тому весу, который древесина теряет через определенное время. Потеря веса находится в прямой зависимости от потери прочности и соответ- ственно устойчивости к загниванию. Важно отметить, что все исследования на прочность проводятся только на ядровой древесине, так как независимо от породы заболонь обычно обладает низкой устойчивостью к гниению.
Теплоизолирующие свойства
Западный красный кедр является превосходным теплоизолирующим материалом. Низкая плотность и пористая структура делают его наилучшим теплоизолирующим материалом среди всех известных хвойных пород. Коэффициент теплопроводности К равен 0,74 ВТИ на 1 кв. фут, а его R величина - 1,35 на 1 дюйм тол- щины. Эти исключительные теплоизоляционные свойства защищают дома как от жары, так и от холода. Наружная обшивка из кедра обеспечивает тепловую защиту намного лучше, чем бетон, кирпич и камень. Пожалуй, из всех материалов, которые применяются для внутренней отделки саун, кедр приближается к уникальным, почти фантастическим показателям африканской древесины аба-ши. Может быть, именно поэтому, а также по контрастности цветовой гаммы сауны с использованием красного кедра и абаши являются эталоном вкуса в сауностроении.
Акустические свойства
Открытая клеточная структура западного красного кедра имеет способность поглощать и рассеивать звуковую энергию. Такая структура клетки преобразует звуковую энергию в теплоту путем трения и вязко-упругого сопротивления. Использование кедра для строительства стен и полов обеспечивает высокий уровень звукоизоляции, что делает комнаты спокойнее.
Скорость распространения огня и дымообразования
Скорость распространения огня и дымообразования у западного красного кедра ниже минимума, установленного строительными правилами, что позволяет использовать кедр внутри строений без дополнительной обработки. Чем ниже скорость распространения пламени, тем выше устойчивость к пожарам. По скорости распространения пламени при пожаре кедр имеет рейтинг 69 во 2-м классе.
Обрабатываемость
Западный красный кедр имеет мелкослойную, прямослойную и однородную текстуру, позволяющую легко обрабатывать его обычными инструментами и забивать гвозди. Эти свойства позволяют также получать гладкую строганую поверхность и придавать материалу любую форму. Кедр имеет высокую устойчивость к раскалыванию. При работе с этой древесиной желательно использовать шурупы на 1/3 длиннее обычных. Отсутствие гнили и смолы делает кедр превосходной базой для окрашивания любого вида, а также позволяет удерживать клеящие вещества из широкого спектра клеев.
Выделение экстрактивных веществ
Западный красный кедр содержит растворимые в воде экстрактивные вещества, которые определяют его цвет, прочность и запах. Специальная термическая обработка, которую проходят профили из кедра для внутренней отделки саун, позволяют добиться полного обессмоливания древесины, сохраняя при этом полезный неповторимый аромат. Поэтому сауна из красного кедра уже сама по себе есть средство ароматерапии.
Читайте также: