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 · 105 Па·с/м. Для сравнения укажем, что воздух имеет акустическое сопротивление 429, каучук 3·103, а сталь — 393·103 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)·106 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 м4/(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.