41maj 2010 KURIERDRZEWNY ekspertWłaściwości akustyczne drewna

Drewno rezonansoweMateriały drzewne, jak i samo drewno wykorzystywane do produkcji podłóg, boazerii, drzwi i innych elementów pomieszczeń mieszkalnych chronią użytkowników przed nadmiernym hałasem oraz polepszają właściwości akustyczne wnętrz.D

aw

iD K

ac

zma

reK

Tab. 1 Prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej w różnych materiałach (F. Krzysik 1974)

Materiał Prędkość fal podłużnych (m/s)

Żelazo 5016

Miedź 3553

Szkło 5991

Ołów 1320

Aluminium 5104

Powietrze suche, 00C 333

Korek 430 – 530

Drewno, wartości graniczne ׀׀ 3700 – 4890

Jodła ׀׀ 4890

Jodła z twardzicą ׀׀ 4180

Tab. 2 Prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej w drewnie (F. Kollmann 1982)

Rodzaj drewnaŚrednia gęstość

Średni moduł sprężystości Średnia prędkość fali dźwiękowej׀׀ ┴ ׀׀ ┴

g/cm3 MPa m/sJodła 0,45 11000 490 4890 1033

Sosna 0,52 12000 460 4760 932

Świerk 0,47 11000 550 4790 1072

Buk 0,73 16000 1500 4638 1420

Dąb szypułkowy 0,69 13000 1000 4304 1193

Jawor 0,63 9400 915 3826 1194

Lipa 0,53 7400 250 3700 680

kierunek wzdłuż włókien – ׀׀┴ - kierunek w poprzek włókien

Naturalnym izolatorem hała-su jest drewno tworzące ozdob-ny, jak i użytkowy wystrój wnę-trza. Hałas wydobywający się z za ściany od sąsiada lub wpadają-cy przez okno od strony ulicy, to tylko niektóre z niedogodności, których próbują uniknąć konsu-menci zaopatrujący się w dźwię-kochłonne okna, drzwi i inne ele-menty pozwalające zachować ciszę.

Drewno a dźwiękAby zrozumieć szczególne wła-ściwości akustyczne, jakimi cha-rakteryzuje się drewno, należy posiadać wiedzę na temat kil-ku istotnych zjawisk związanych z dźwiękiem oraz znać podstawo-we pojęcia pojawiające się w ob-szarze tego zagadnienia. Głów-nym występującym tu terminem jest akustyka zajmująca się bada-niami na temat powstawania i od-działywania fal akustycznych. Fa-le akustyczne to rozchodzące się zaburzenia w postaci fali podłuż-nej, której towarzyszą drgania cząsteczek. Akustyczne właści-wości drewna natomiast to zespół cech związanych z przebiegiem zjawisk towarzyszących rozcho-dzeniu się fal dźwiękowych. Sa-ma znajomość terminologii jed-nak nie wystarczy. Potrzebna jest tutaj dużo szersza wiedza na te-mat parametrów akustycznych drewna mającego istotne znacze-nie w doborze materiału oraz wy-korzystaniu jego unikalnych wła-ściwości w budowie na przykład instrumentów muzycznych czy elementów dźwiękochłonnych. Dodatkowo przy wyrobie tego typu produktów niezbędna jest także znajomość prędkości roz-chodzenia się dźwięku, oporności akustycznej, izolacyjności aku-stycznej oraz tłumienia dźwię-ku. Zasadnicze znaczenie jednak ma budowa anatomiczna drew-na, która w dużym stopniu decy-duje o tym, czy rozchodząca się fala akustyczna jest przenoszona wzdłuż czy w poprzek włókien. Budowa mówi o ilości drew-na wczesnego oraz późnego, wy-

stępowaniu w drewnie iglastym przewodów żywicznych, tem-peratury oraz wilgotności, czyli wszystkich tych elementach, któ-re w jakiś sposób wpływają na fa-le akustyczne, a tym samym na ostateczną jakość dźwięku lub je-go brak.

Właściwości akustycznePrędkości rozchodzenia się fal aku-stycznych w drewnie można po-równać z innymi materiała-mi przedstawionymi w tab. 1 oraz tab. 2. W zebranych war-tościach tabeli pierwszej moż-na zaobserwować, że prędkość rozchodzenia się fal dźwięko-wych w drewnie jest porówny-walna z prędkością rozchodzenia się fal w metalach. W tabeli dru-giej zestawienie średnich pręd-kości fal dźwiękowych wykazu-je zwiększenie prędkości wzdłuż włókien drzewnych c׀׀/c┴ ≈ 3÷5 razy niż w kierunku poprzecz-nym. Wilgotność drewna jest współczynnikiem, który okre-śla przebieg zależności od pręd-kości rozchodzenia się dźwięku. Wraz ze wzrostem wilgotności prędkość fali dźwiękowej male-je o 20 – 35 m/s (przy wzroście wilgotności o 1% w danym prze-dziale). Oporność akustyczna jest ściśle powiązana z gęstością ma-teriału, a niska oporność wpływa bardzo korzystnie na właściwo-ści dźwiękochłonne elementów wytwarzanych z drewna. Tłu-mienie dźwięku jest zjawiskiem, w którym wymusza się tarcie we-wnętrzne (między cząsteczkami) na potrzeby zredukowania wy-tworzonej fali. W wyniku tłu-mienia zmniejsza się amplituda drgań, aż do całkowitego zani-ku. Tłumienie fal akustycznych wskutek promieniowania dźwię-kowego tłumaczy się tym, że fa-la uderzając w płytę, wprawia ją w drgania. W trakcie takiego zja-wiska fala dźwiękowa ulega stłu-mieniu, ponieważ częściowo wy-tworzona energia zostaje zużyta w drganiach własnych płyty. Aby uzyskać znaczącą wartość tłu-mienia dźwięku przez promie-

niowanie, należy mocować tak zwaną płytę w sposób nieusztyw-niający, a wręcz elastyczny, któ-re to zamocowanie pozwoli na luźne osadzenie w ramie i moż-liwość drgania całej powierzch-ni płyty.

Drewno rezonansoweDrewno rezonansowe jest drew-nem równosłoistym praktycz-nie bez wad. Szerokość usłojenia u gatunków iglastych powinno się mieścić w granicy od 0,5 do 4mm, natomiast w drewnie li-ściastym powyżej 4mm. Ten ro-dzaj drewna znalazł szerokie zastosowanie w produkcji instru-mentów muzycznych. Powodem takiej selekcji drewna i jego za-potrzebowania jest fakt doskona-łego wzmacniania dźwięku strun instrumentów. Drgania tego ro-dzaju można podzielić na dwa typy- drgania własne oraz drga-nia wymuszone. Pierwszy rodzaj drgań tworzą charakterystycz-ne dla danego przedmiotu tony własne w zależności od częstotli-wości, z kolei drgania wymuszo-ne spowodowane są działaniami zewnętrznymi na przykład wi-bracją struny. Drewno rezonan-sowe użyte do budowy różnych instrumentów powinno charak-teryzować się jak najmniejszym tłumieniem wewnętrznym. Naj-lepszymi gatunkami są drze-wa iglaste oraz niektóre drze-

wa liściaste. Do pierwszej grupy można zaliczyć takie gatunki jak: świerk, najlepiej stuletni pozy-skany ze ścinki zimowej z tere-nów wysokogórskich oraz jodłę i sosnę. W drugiej grupie drzew liściastych można rozpoznać klon, jawor lub grab. Wszystkie te gatunki powinny charaktery-zować się wysokimi współczyn-nikami jakościowymi, określony-mi w polskich normach.

Dźwiękochłonność drewnaStosunek energii pochłoniętej do energii padającej na materiał to tak zwany współczynnik pochła-niania. Im większy jest to współ-czynnik, tym lepsze właściwości dźwiękochłonne, a zarazem lep-sze właściwości izolacyjne. Do-brymi dźwiękochłonami są ga-tunki drewna o małej gęstości, takie jak sosna czy świerk. Jed-nakże materiały typu: korek, gu-ma, styropian i tektura falista są jeszcze lepszymi eliminatora-mi pogłosu. Warto zwrócić na nie uwagę ze względów ekono-micznych i łatwego dostępu do ich pozyskania. Przy współpra-cy wszystkich tych materiałów można stworzyć bardzo dźwię-kochłonne, a zarazem dźwięko-izolacyjne drzwi, podłogę czy też okno. W przypadku drzwi to na-turalne wydaje się połączenie usłojenia, barwy oraz efektu wi-zualnego z ochronną ciszą, którą może zapewnić środek zrobiony z płyty wiórowej otworowej lub też podklejka z dźwiękochłonnej gumy. To tylko niektóre elemen-ty warte przemyślenia. W przy-padku podłogi wygląda to bardzo podobnie- pod panele niektórzy z producentów polecają stoso-wanie ekologicznych płyt (z py-łu topolowego albo brzozowe-go) lub też mat korkowych, które skutecznie wygłuszają pomiesz-czenie. Natomiast okna wykona-ne z drewna dębu lub buka, bez odpowiednio dobranych szyb lub witraży nie wykażą dobrych wła-ściwości dźwiękoizolacyjnych.