Тонвуд

Тонвуд относится к определенным сортам древесины , используемым для изготовления деревянных духовых или акустических струнных инструментов. Это слово подразумевает, что определенные породы обладают качествами, которые улучшают акустические свойства инструментов, но при выборе древесины для музыкальных инструментов всегда учитывались другие свойства древесины, такие как эстетика и доступность. Согласно Циклопедическому словарю лютерийных терминов Моттолы , тоновое дерево — это:

Древесина, из которой изготавливают струнные музыкальные инструменты. Этот термин часто используется для обозначения пород древесины, подходящих для изготовления струнных музыкальных инструментов, и, в порядке исключения, тех, которые не подходят. Но список пород, которые обычно считаются тоновыми, постоянно меняется и менялся на протяжении всей истории. ^[1]

Разновидности тоновой древесины

В качестве грубого обобщения можно сказать, что для изготовления дек предпочтительнее использовать жесткую, но легкую древесину хвойных пород (например, хвойных деревьев) или поверхность, похожую на деку, которая передает вибрации струн окружающему воздуху. Для изготовления корпуса или элемента каркаса инструмента предпочтительнее использовать твердую древесину (т. е. лиственные деревья). Древесина, используемая для деревянных духовых инструментов, включает африканское черное дерево ( Dalbergia melanoxylon ), также известное как гренадилла, используемое в современных кларнетах и ​​гобоях. Фаготы обычно изготавливаются из клена, особенно клена остролистного ( Acer platanoides ) . Деревянные флейты, блокфлейты, а также инструменты барочного и классического периода могут быть изготовлены из различных твердых пород дерева, таких как груша ( виды Pyrus ), самшит ( виды Buxus ) или черное дерево ( виды Diospyros ).

Хвойные породы

• Ели часто используются в деках инструментов из семейств лютни , скрипки , уда , мандолины , гитары и клавесина ; а также фортепиано . Ель особенно подходит для этого использования из-за ее высокого соотношения жесткости и веса. Обычно используемые сорта — ель Ситхинская (или аляскинская) ( Picea sitchensis ), ель Адирондакская (или красная) ( Picea Rubens ), ель Энгельмана ( Picea engelmannii ) и Picea abies (также известная как норвежская, немецкая, альпийская, итальянская или европейская ель). ).
• Кедр , особенно западный красный кедр ( Thuja plicata , не настоящий кедр), с 1950-х годов использовался в верхней части гитар фламенко , классических гитар и, в меньшей степени, в акустических гитарах со стальными струнами.
• Тис когда-то широко использовался для изготовления чаш для лютни .
• Другие хвойные породы, такие как красное дерево и пихта Дугласа, использовались в ограниченной степени. Редвуд обычно не используется для гитар со стальными струнами, но используется для классических гитар . ^[2]

Лиственные породы

• Клен , особенно норвежский клен , традиционно используется для изготовления задней и боковой частей скрипичных инструментов. Боснийский клен , вероятно, использовался итальянскими скрипичными мастерами Страдивари и Гварнери. Клен также часто встречается в акустических гитарах и мандолинах. Большинство электрогитар Fender имеют грифы из клена (это одна из самых твердых и стабильных пород древесины, поэтому ее часто используют в грифе из-за ее способности выдерживать высокое натяжение струн). Твердый клен обычно используется для изготовления деревянных штативов из-за его свойств гашения вибрации. Вариации клена (обычно клен с пламенными или стегаными волокнами) используются на верхней части электрогитар в эстетических целях. Очень прочный корпус современного фортепиано обычно изготавливается из клена или бука .
• Красное дерево может использоваться в верхней части некоторых гитар, а также в задней части, боковых сторонах и грифах инструментов семейств мандолины и гитар . Красное дерево также может использоваться для изготовления твердых корпусов электрогитар, таких как Gibson Les Paul . Из-за отсутствия доступности в качестве заменителя красного дерева используются другие подобные породы древесины, такие как австралийский красный кедр (Туна), африканское красное дерево (Хайя), меранти (Лауан), каури (Агатис), мора (Нато) и сапеле . Некоторые из этих альтернатив представляют собой древесину семейства красного дерева.
• Палисандр часто используется в задней части и/или по бокам гитар, мандолин и накладок грифа гитар. Самый востребованный сорт, бразильский палисандр ( Dalbergia nigra ) , стал дефицитным и дорогим из-за жестких торговых ограничений (эмбарго и СИТЕС ), дефицита и спроса. Однако в августе 2019 года СИТЕС объявил ^[3] исключение для палисандра, используемого в музыкальных инструментах. В настоящее время наиболее широко используемым палисандром является восточно-индийский палисандр, который часто сочетается с верхней декой из ели для гитар со стальными струнами и с елью или кедром для классических гитар.
• Коа традиционно используется для гавайских гитар . Коа также используется для гитар со стальными струнами, главным образом из-за его красоты и сжатого динамического диапазона.
• Черное дерево также часто используется во многих типах инструментов для изготовления грифов , струнодержателей , колков и т. д. из-за его привлекательного внешнего вида, гладкости на ощупь, твердости и износостойкости. Используются несколько разновидностей черного дерева. Эбеновое дерево часто красят, чтобы оно выглядело более однородно черным, чем натуральное дерево, на котором иногда появляются коричневые полосы.
• Кокоболо используется в кларнетах и ​​гитарах верхнего класса.
• Паубрасилия , обычно называемая Пернамбуку или Бразильское дерево, является наиболее востребованным материалом для изготовления смычков классических струнных инструментов из-за его влияния на производимые ими звуки. ^[4]
• Блэквуд (Тасманийский/Австралийский). ^[5]
• Орех часто используется для изготовления задних и боковых сторон гитар и инструментов семейства мандолин. ^[6]
• Ясень , ольха и липа обычно используются для изготовления корпусов электрогитар из-за их жестких свойств.

Механические свойства тоновой древесины

Некоторые механические свойства обычных тоновых пород древесины, отсортированные по плотности. См. также Физические свойства древесины .

Для сравнения добавлены углеродное волокно/эпоксидная смола, стекло, алюминий и сталь, поскольку они иногда используются в музыкальных инструментах.

Плотность измеряется при влажности древесины 12 %, т. е. при температуре воздуха 70 °F и относительной влажности 65 %. ^[8] Большинство профессиональных мастеров строят при влажности 8% (относительная влажность 45%), и такая древесина в среднем будет весить меньше, чем указано здесь, поскольку она содержит меньше воды.

Данные взяты из базы данных древесины, ^[9] за исключением 𝜈 _LR , коэффициента Пуассона , который поступает из Лаборатории лесных продуктов Лесной службы США и Министерства сельского хозяйства США. ^[10] Отображаемое здесь соотношение относится к деформации вдоль радиальной оси, вызванной напряжением вдоль продольной оси.

Показанный здесь процент объемной усадки представляет собой величину усадки во всех трех измерениях при переходе древесины от сырой к высыханию в печи. Это можно использовать как относительный показатель того, насколько изменится сухая древесина при изменении влажности, что иногда называют «стабильностью» прибора. Однако стабильность настройки в первую очередь обусловлена ​​усадкой грифа по длине, которая обычно составляет всего от 0,1% до 0,2% сырого материала при высыхании. ^[11] Объемная усадка происходит в основном за счет радиальной и тангенциальной усадки. В случае с шейкой (распиленной на четверть) радиальная усадка влияет на толщину шейки, а тангенциальная - на ширину горловины. Учитывая размеры, эта усадка должна быть практически незаметной. Усадка длины грифа в процентах совсем немного меньше, но, учитывая размерность, этого достаточно, чтобы повлиять на высоту звука струн.

Коэффициент звукового излучения определяется ^[12] как:

${\displaystyle R={\sqrt {\cfrac {E}{{\rho }^{3}}}}}$

где – модуль упругости при изгибе в Паскалях (т.е. число в таблице, умноженное на 10 ⁹ ), а ρ – плотность в кг/м ³ , как в таблице. ${\displaystyle E}$

Отсюда видно, что громкость верха струнного инструмента увеличивается с увеличением жесткости и уменьшается с увеличением плотности. Самые громкие деревянные столешницы, такие как ситкинская ель, легкие и жесткие, сохраняя при этом необходимую прочность. Более плотная древесина, например твердый клен, часто используемый для изготовления грифов, более прочная, но не такая громкая (R = 6 против 12).

Когда в качестве верхней части акустического инструмента используется дерево, это можно описать с помощью теории пластин и вибраций пластин . Изгибная жесткость изотропной пластины равна:

${\displaystyle D={\cfrac {EH^{3}}{12(1-\nu ^{2})}}}$

где – модуль упругости материала при изгибе, – толщина пластины, – коэффициент Пуассона для материала. Жесткость пластины имеет единицы Паскаль·м ³ (эквивалент Н·м), поскольку она относится к моменту на единицу длины на единицу кривизны, а не к общему моменту. Конечно, древесина не изотропна , она ортотропна , поэтому это уравнение описывает жесткость в одной ориентации. Например, если мы используем 𝜈LR, то получим жесткость при изгибе по продольной оси (с волокном), как обычно для верхней части инструмента. Обычно это в 10–20 раз превышает поперечную жесткость для большинства видов. ${\displaystyle E}$ ${\displaystyle H}$ ${\displaystyle \nu }$

Значение, указанное в таблице, было рассчитано по этой формуле для толщины 3,0 мм = 0,118 дюйма, или чуть меньше 1/8 дюйма. ${\displaystyle D}$ ${\displaystyle H}$

Когда в качестве грифа инструмента используется дерево, это можно описать с помощью теории луча . Жесткость балки на изгиб (определяемая как ) изменяется по длине в зависимости от x, как показано в следующем уравнении: ${\displaystyle EI}$

${\displaystyle \ EI{dy \over dx}\ =\int _{0}^{x}M(x)dx+C_{1}}$

где – модуль упругости материала при изгибе, – второй момент площади (в м ⁴ ), – поперечное смещение балки в точке х , – изгибающий момент в точке х . Изгибная жесткость балки имеет единицы Паскаль·м ⁴ (эквивалент Н·м²). ${\displaystyle E}$ ${\displaystyle I}$ ${\displaystyle y}$ ${\displaystyle M(x)}$

Величина прогиба на конце консольной балки равна:

${\displaystyle w_{C}={\tfrac {PL^{3}}{3EI}}}$

где – точечная нагрузка на конце, – длина. Таким образом, отклонение обратно пропорционально . Учитывая два грифа одинаковой формы и размеров, становится константой, а отклонение становится обратно пропорциональным — короче говоря, чем выше это число для данной породы дерева, тем меньше гриф будет отклоняться под действием заданной силы (т. е. от струн) . ${\displaystyle P}$ ${\displaystyle L}$ ${\displaystyle EI}$ ${\displaystyle I}$ ${\displaystyle E}$

Узнайте больше о механических свойствах в книге «Древесина для гитар». ^[13]

Выбор тоновой древесины

Помимо ощутимых различий в акустических свойствах, мастер может использовать тоновую древесину по следующим причинам:

• Доступность
• Стабильность
• Косметические свойства, такие как цвет или текстура древесины.
• Традиция
• Размер (некоторые инструменты требуют больших кусков подходящего дерева)

Источники

Многие тоновые породы поставляются из экологически чистых источников через специализированных дилеров. Ель, например, очень распространена, но крупные куски с ровным зерном составляют небольшую долю от общего объема поставок и могут быть дорогими. Некоторые виды тоновой древесины особенно трудно найти на открытом рынке, и мелкие производители инструментов часто прибегают к рекультивации, ^{[14] [15]} например, из вышедших из употребления ловушек для лосося на Аляске, из различных старых построек на Тихоокеанском северо-западе США, из деревьев, которые снесены ветром или в результате специально разрешенных вывозов в заповедных зонах, где вырубка леса обычно не разрешена. ^[16] Производители инструментов массового рынка начали использовать азиатскую и африканскую древесину, такую ​​как бубинга ( виды Guibourtia ) и венге ( Millettia laurentii ), в качестве недорогих альтернатив традиционным тоновым породам древесины.

Долина Фьемме в Альпах Северной Италии ^{издавна} служила источником высококачественной ели для музыкальных инструментов, от скрипок Антонио Страдивари до дек фортепиано современного производителя Фациоли .

Подготовка

Выбор тоновой древесины сильно различается в зависимости от типа инструмента. Производители гитар обычно отдают предпочтение распиленной древесине, поскольку она обеспечивает дополнительную жесткость и стабильность размеров. Мягкую древесину, такую ​​как ель, можно расколоть, а не распилить на доски, чтобы поверхность доски максимально повторяла структуру волокон, тем самым ограничивая биение .

В большинстве случаев древесину перед использованием необходимо высушить либо на воздухе, либо в печах. ^[18] Некоторые мастера предпочитают дальнейшую выдержку в течение нескольких лет. Древесина для инструментов обычно используется при влажности 8% (которая находится в равновесии с воздухом при относительной влажности 45%). Он более сухой, чем обычно производимый в печах, содержание влаги в котором составляет 12% (относительная влажность 65%). Если инструмент хранится при влажности значительно ниже той, при которой он был изготовлен, он может треснуть. Поэтому ценные инструменты должны содержаться в контролируемых условиях, чтобы предотвратить растрескивание, особенно растрескивание верхней части.

Некоторые производители гитар подвергают древесину разрежению , которое имитирует естественный процесс старения древесины. Для этой цели также применяют торрефикацию , но она часто меняет косметические свойства древесины. Производители гитар, использующие выжженные деки, заявляют об улучшенном звучании, подобном звуку старого инструмента. Мягкие породы древесины, такие как ель, кедр и красное дерево, которые обычно используются для изготовления дек для гитар, легче поддаются торфированию, чем твердые породы, такие как клен.

На недорогих гитарах для грифа все чаще используется продукт под названием Roseacer, который имитирует палисандр, но на самом деле представляет собой термически модифицированный клен.

Грифы из «обжаренного» клена становятся все более популярными, поскольку производители заявляют о повышенной жесткости и стабильности в изменяющихся условиях (жаре и влажности). Однако, хотя инженерные испытания метода ThermoWood показали повышенную устойчивость к влажности, они также показали значительное снижение прочности (предельного предела разрушения), в то время как жесткость (модуль изгиба) осталась прежней или была немного снижена. ^{[19] [20]} Хотя снижение прочности можно контролировать за счет снижения температуры процесса, производитель рекомендует не использовать свою продукцию в конструкционных целях. Однако, возможно, можно компенсировать эту потерю прочности гитар за счет использования ребер жесткости из углеродного волокна в грифах и усиленных распорок в верхней деке.

Рекомендации

1. Моттола, РМ (1 января 2020 г.). Циклопедический словарь лютерийских терминов Моттолы. LiutaioMottola.com. п. 165. ИСБН 978-1-7341256-0-3.
2. Руководство по акустической гитаре, стр. 63
3. «Музыка для ваших ушей: CITES CoP18 движется к ужесточению правил в отношении тропических деревьев, а также предостерегает об исключениях для музыкальных инструментов из палисандра» . СИТЕС .
4. «Спасение музыкального дерева». Смитсоновский журнал . Проверено 7 ноября 2017 г.
5. "Альтернативный лес - Джеффри Р. Эллиотт - Гитары, созданные вручную Джеффри Эллиоттом" . Elliottguitars.com . Проверено 5 ноября 2016 г.
6. Моттола, РМ (20 октября 2021 г.). Изготовление акустической гитары со стальной струной. ООО «Амазон Диджитал Сервисез» — КДП. ISBN 978-1-7341256-1-0.
7. Гор / Жиле (2016). Дизайн и изготовление современной акустической гитары . Австралия: Тревор Гор. стр. 4–50. ISBN 978-0-9871174-2-7.
8. «Средний сухой вес | База данных по древесине» . Проверено 13 марта 2022 г.
9. "База данных по дереву". База данных древесины .
10. «Справочник по древесине: Глава 5: Механические свойства древесины» (PDF) . Лаборатория лесной продукции . 2021.
11. «Уменьшение размеров». База данных древесины .
12. Вегст, Ульрике (октябрь 2006 г.). «Дерево для звука». Американский журнал ботаники . 93 (10): 1439–1448. дои : 10.3732/ajb.93.10.1439. ПМИД  21642091.
13. Гор, Тревор (23 мая 2011 г.). Дерево для гитар. Материалы совещаний по акустике. Том. 12. с. 035001. дои : 10.1121/1.3610500.
14. "Центральная акустическая гитара: переработанная древесина" . Michelettiguitars.com . Проверено 5 ноября 2016 г.
15. "Адриан Лукас. Интервью Лютье. MP3. | Журнал Guitarbench" . Guitarbench.com . 10 февраля 2009 г. Проверено 5 ноября 2016 г.
16. "The Lucky Strike Redwood. Профиль Тонвуда. | Журнал Guitarbench" . Guitarbench.com . 04.11.2009 . Проверено 5 ноября 2016 г.
17. См. статью, опубликованную Национальным общественным радио : [1], а также веб-сайт Ciresa, компании по производству тоновой древесины, базирующейся в долине Фьемме.
18. «Тонвуд в процессе создания». Архивировано из оригинала 3 мая 2011 г. Проверено 12 апреля 2011 г.
19. «Справочник по ThermoWood» (PDF) . Международная ассоциация термодревесины .
20. «Сравнение различных методов термической модификации относительно улучшения акустических свойств материала резонансной деки. Научный отчет по заказу Pacific Rim Tonewoods Inc». Исследовательские ворота . Проверено 16 августа 2021 г.

Внешние ссылки

• Коммерческая статья о древесине, используемой для изготовления деревянных духовых инструментов
• База данных Guitarbench по породам древесины.
• Интерактивный путеводитель Алана Арнольда по Тонвуду
• Путеводитель для еретиков по Тонвуду
• Подробнее о гитарном дереве
• Тонвуд для гитар
• Тейлор акустическая гитара Вудс