Звукопроницаемость.

Важной характеристикой древесины при оценке её способности отражать и проводить звук является акустическое сопротивление, Па·с/м:

R = ρ ⋅С , (3)

Этот показатель древесины камерной сушки вдоль волокон в среднем равен 30·105Па·с/м. Для сравнения: воздух имеет акустическое сопротивление 429 Па·с/м, каучук – 3·103 Па·с/м, сталь – 393·103 Па·с/м.

Относительное уменьшение силы звука называется коэффициентом звукопроницаемости. Этот коэффициент для сосновой перегородки толщиной 3 см составляет 0,065, для дубовой перегородки толщиной 4,5 см – 0,002.

При прохождении звука через древесину часть звуковой энергии поглощается ею вследствие внутреннего трения. Характеризуется это явление коэффициентом звукопоглощения, который представляет собой отношение звуковой энергии, теряемой в материале, к падающей на материал звуковой энергии. Коэффициент звукопоглощения сосновой перегородки толщиной 19 мм находится в пределах 0,081-0,110.

По существующим строительным нормам звукоизоляция стен и перегородок должна быть не ниже 40 дБ, а междуэтажных – 48 дБ. Согласно данным исследований, звукопоглощающая способность древесины низка, например звукоизоляция сосновой древесины при толщине 3 см составляет 12 дБ, а дубовой при толщине 4,5 см – 27 дБ.

Резонансная способность древесины.

Древесина широко применяется для изготовления дек музыкальных инструментов (ель, сосна, пихта кавказская, кедр сибирский, клён). Такая древесина усиливает звук без искажения тона, то есть резонирует.

Показателем, характеризующим резонансную способность древесины, служит акустическая постоянная, или акустическая константа К (/кг·с), предложенная академиком Н. Н. Андреевым:

, (4)

Для современной древесины акустическая константа имеет величины от 9,5 до 14 ед. Лучшая акустическая древесина имеет, максимальные значения К. Наибольшую величину акустической константы имеют древесины ели, пихты, кедра (около 12 /кг·с). Резонансная древесина должна иметь ширину годичных слоёв от 1 до 4 мм, а содержание поздней древесины – от 5 до 30%. Она должна быть равнослойной, не содержать сучков, пороков строения, особенно крени и наклона волокон. Хотя итальянские мастера скрипок использовали древесину с хорошими акустическими свойствами даже с дефектами, т. к. их отличало очень бережное отношение к качественной древесине. Они открыли, что конструкция инструмента подчиняется решающему фактору – качеству древесины.

В настоящее время резонансные породы древесины относятся к уникальному природному сырью, стоимость сертифицированных заготовок которого на мировом рынке составляет от 1000 до 1500 долларов за 1 .

Исследование, проведённое в начале 20 века на территории России по поиску резонансной древесины, показало, что лучшими резонансными свойствами обладают ели, произрастающие в северных районах России, например в европейской части – в Архангельской и Вологодской областях. Суровые климатические условия и густые насаждения, а также содержание в почве серебра благоприятно влияют на свойства такой древесины.

Отличительные признаки резонансной ели: абсолютно вертикальный ствол с цилиндрической поверхностью и бессучковой зоной не менее 5-6 метров; симметричная, узкая и остроконечная крона; отсутствие видимых пороков и повреждений; кора серого цвета, состоящая из малых и гладких чешуек (последнее – по мнению французских мастеров). Резонансная еловая древесина очень хорошо строгается и циклюется по слою, срез чистый и глянцевитый.

При отборе резонансной древесины для изготовления музыкальных инструментов в диагностике используют способы, которые основаны на измерении плотности и модуля упругости, скорости ультразвука, потерь энергии на внутреннее трение (диссипацию) и декремента затухания.

Для определения модуля упругости Е используется формула (2), из которой следует:

, (5)

где, – плотность древесины при влажности 12%;

С – скорость звука.

Импульсно-звуковой метод позволяет определить скорость звука и акустическую константу для образца длиною l, в котором сигнал распространяется за время t:

, (6)

Использовались различные конусные насадки, радиальное направление определения скорости менялось на продольное. Показано, что вдоль полена скорость ультразвука определяется с меньшим разбросом и что тангенциальное направление древесины как анизотропного материала оказывается наименее вариабельным. Предлагается данный способ определения скорости ультразвука использовать поставщикам резонансной древесины для сертифицирования поленьев, высушенных после расколки резонансных кряжей.

Другими исследованиями установлено, что наилучшие акустические свойства в части наибольшего излучения звука имеет древесина ели, кавказской пихты и сибирского кедра, которая используется для изготовления многих музыкальных инструментов: щипковых, смычковых, клавишных и др.

На данных, полученных при исследованиях акустических свойств древесины, построен ультразвуковой метод определения её прочности и внутренних скрытых дефектов.