Прикладная теория звука #5 Quo ire?

Частичное обсуждение формальных акустических характеристик на примерах

Поскольку между плотностью древесины и её твёрдостью математических зависимостей нет, кроме обобщения что более плотная древесина обычно твёрже, то попытки строить предположения об акустических свойствах древесины только по плотности нельзя. Например, европейский орех, клён и африканский палисандр имеют очень близкие плотности и модули упругости, что практически идентичные акустические константы, с незначительным преимуществом ореха где африканский палисандр и европейский клён считай неотличимы. Но поскольку палисандр чуть твёрже клёна (примерно 5.5%), значит различие в их звучании в принципе может быть услышано при прочих равных.

Но вот орех твёрже клёна уже на 20%, что делает его акустический профиль заметно другим, с более сбалансированным звучанием, но без излишней яркости. Так что касаемо европейского клёна и дешёвого африканского палисандра — выбирайте между них по стоимости и внешнему виду. Самое смешное, что большелистный клён, произрастающий в Северной Америке, лучше всех трёх упомянутых выше древесин как по акустической константе, так и менее твёрдый, что гарантирует большую «правильность звучания» гармоник.

Если сравнивать по этим-же критериям, но из акустически более «продвинутых» материалов, то между банальной липой и куда более редкой тихоокеанской серебряной елью разницы практически не должно быть, хотя одна древесина лиственная, а другая — хвойная. Хотя структура волокон иная и ель будет звонче, не проваливая тем не менее никакую часть частотного диапазона. Липа же будет звучать мягче в силу того, что и её плотность, как и твёрдость поменьше.

Ну и «экзотическое» сравнение другого рода. По акустической константе европейские клён и ясень практически идентичны. Только вот ясень на 46% твёрже и несколько плотнее, что потенциально создаёт преизрядно проблем с акустикой отражённых волн. Не зря его звучание музыканты часто характеризуют словом колокольный — речь как раз о многократных прямых отражениях.

Амати, Гварнери, Страдивари? ПАРКЕТ!

Популярность древесины и её акустика

Поговорим теперь не об известных «чемпионах», а популизме. Уже упоминалось, что акустические свойства бамбука ОЧЕНЬ зависят от качества древесины, но если взять некое среднее по Азиатскому региону, то бамбук хуже клёна по акустической константе и ЗНАЧИТЕЛЬНО твёрже абсолютного большинства пород древесины, что делает изготовление из него закрытых наушников делом непростым, так как «естественного» резонанса он даёт немного, а вот отражает волны напрямую достаточно активно. Но не так активно, как следует из его твёрдости, так как внутренняя поверхность бамбука достаточна шершава, да и поганая фрезеровка от Китайских товарищей гладкости не способствует. Так что имеющиеся в продаже бамбуковые наушники звучат как угодно, но не в соответствии с теоретическими ожиданиями. Но всегда грязновато. Кто сомневается, зайдите на head-fi.org и ознакомьтесь с описанием творчества китайских производителей.
И здесь же близко присутствует ещё одно популярное экзотическое дерево – зембрано (zebrawood).

Смотрится и в виде скамейки

И в виде стильной расчёски...

По акустической константе оно соответствует средне-плохому бамбуку, только ещё твёрже, и значительно. В связи с этим эта древесина кроме внешнего вида для акустики имеет сомнительную ценность. Придётся изрядно поиграть с геометрией и дополнительными акустическими наполнителями. Это, а самое главное – затраченное без гарантии успеха время переводит это в плоскость экономической разумности подобных затрат.

Audeze LCD3 Zebrawood. При такой стоимости наушников и их открытом типе, зембрано играет роль драгоценного оформления, не имея ничего общего со звуком

Такие материалы как бубинга и розовое дерево (что индийское, что бразильское) формально ещё хуже зембрано и по акустической константе и чудовищно хуже по твёрдости. Но при таком «перекосе» параметров наблюдается уже положительный эффект, когда недостаток естественного (упругого) резонанса компенсируется высокой способностью отражать волны практически без искажений. Однако эту особенность удаётся полностью использовать у живых инструментов и ограниченно с колонками. В конечном итоге имеем специфический характер звучания, но некоторым нравится. Просто помните, что в малом объёме закрытых наушников многократные прямые отражения если и не приведут к загрязнённому звучанию, то конечный акустический почерк будет далёк от естественного, хотя древесина действительно красивая.

Audeze LCD-XC Bubinga. Закрытые наушники, но не плоские чашки.
Очень не для всех

Поскольку для многих производителей это и ограничивает их интерес к древесине — просто продать подороже на волне интереса, придётся обратиться к комментариям о звучании именно наушников в лице небольшой японской компании LITTLEBIGSOUND. Они работают в основном с тремя видами древесины. Характеристику двух приведём сразу, а о третьей поговорим особо после них. Итак,

• Грецкий орех (увы, не уточняется, европейский или африканский, а их характеристики весьма различны. С оглядкой на экономический аспект скорее всего говорится об африканском, несколько более звонком, но менее плотном и твёрдом). Присутствуют высокие и низкие частоты. Обеспечивает приятное звучание, особенно для современной музыки (другими словами то, что называют U-образной формой АЧХ).
• Вишня. Звучание более плоское, нет акцентирования нижних или верхних. Можно назвать честным или сбалансированным звучанием для прослушивания музыки как есть, без приукрашивания.

Акустические константы очень близки (по усреднённым параметрам отличия в тысячные!), плотности и твёрдости тоже, как и прочность на излом. Вишня чуть плотнее, твёрже и крепче. Но вот упруга и противостоит сжатию поболее чем орех. То есть можно сказать, что орех «препятствует» появлению гармоник более высокого порядка несколько лучше, что делает звук на низах и верхах «резче» и амплитуда сигнала на этих частотах особо не просаживается. А вишня наоборот, позволяет не погаснуть 2-й и 3-й гармоникам, что делает звучание натуральней.
Важно не путать истинную вишню, как у упомянутой LITTLEBIGSOUND, серия Nature tones и продаваемые под множеством марок китайские OEM поделки, где вишня (cherry) относится к окрасу дерева, а на самом деле это Brazilian Rosewood, называемое также Bahia wood. Оно имеет акустическую константу примерно 4.89, в то время как орех и вишня порядка 7.54 - 7.63. Кроме того, оно сильно плотнее и опять чудовищно твёрже. С точки зрения звучания его характеризует акцентированность в низких (до примерно середины средних частот), со слабо выраженными верхними. Что в данном случае целиком совпадает с описанием звучания этой древесины как для акустических, так и электрогитар. Так как для «звонкости», атаки и вообще лучшей передачи высоких частот в частности нужна как можно более высокая акустическая константа, то подобная характеристика неудивительна. Любителей подобного звучания на английском языке очень точно называют basshead.

Это вредно!

Сложно в подобном вопросе давать однозначные рекомендации, но если Вас больше интересует сбалансированное натуральное звучание, то за экзотическими породами деревьев гнаться не надо, во-первых, а во-вторых крайне осторожно относиться к обиходным именам. Например, название красное дерево можно услышать про огромное количество пород древесины, и у некоторых акустические характеристики сильно различаются.

Caoba Cubana. Ак.конст./Плотн./Твёрд. для истинного, или кубинского красного дерева равны 6.5652/600/4120

Эвкалипт, тоже исторически называемый красным деревом, имеет значения Ак.конст./Плотн./Твёрд. равные 5.4/785/5540

Не нужно быть гением, чтобы понять, что хоть цифры и не разнятся катастрофически, но первая древесина обладает богатым и естественным звучанием с небольшим уклоном в низы без особой звонкости (такой окрас звучания тем не менее нравится очень многим), в то время как эвкалипт, при всей его полезности, резонирует не очень, а вот отражение волн находится как раз на границе области где приходится вдумчиво «доводить» акустическое окружение начиная с конструкции и формы чашек. При этом коммерчески куда более используемое африканское красное дерево имеет параметры 6.359/640/4760, что таки ближе к истинному красному дереву и натуральному звучанию. Посему выточить себе чашки наушников из африканского трофея деда/прадеда с точки зрения акустики грехом не является.

Обработка микропор: До и после

Вообще, анализируя мнения о описания звучания различных пород деревьев с уклоном в сбалансированное звучание надо смотреть как на акустическую константу, так и на твёрдость дерева. Иногда и на предельное сжатие вдоль волокон. При определённых требованиях и на пористость древесины (говоря конечно о микропорах, ибо пористость в житейском смысле означает очень низкую плотность древесины и твёрдость её поверхности. Такие материалы используются наоборот для акустической изоляции). Вплоть до маслянистости/смолистости. Пытаясь ориентироваться на материалы, используемые в создании живых инструментов или полноразмерной акустики можно только попытаться обобщить, что по акустической константе надо ориентироваться на породы с коэффициентом от 6.2 и выше, но твёрдостью не более 5500. В этом случае такая экзотическая древесина как Гавайское коа уже попадает в список «хороших парней».

Анализ основных акустических закономерностей с учётом дополнительных акустических характеристик

Итак, возвращаясь к вопросу о суперпозиции прямого и упругого отражения теперь мы знаем, что первое практически целиком определяется твёрдостью материала и качеством обработки поверхности. Второе в наибольшей степени определяется акустической константой и частично степенью сжатия вдоль волокон.
Дополнительная обработка типа полировки (без использования порозаполнителей) повлияет на прямое отражение. Заполнение пор посредством лакирования, например, окажет уже значительное влияние и на акустическую константу, сильно уменьшая её значение при 1-2х слоях покраски. То есть оба варианта воздействия можно использовать для корректирования конечных акустических характеристик при необходимости этого.

В качественных колонках, из шпона натурального дерева обычно делают наружную поверхность. А остальное - специальное ДСП и наполнители

Поскольку естественным ориентиром являются-таки живые инструменты, то для натурального звучания следует ориентироваться-таки на упругие отражения и использование твёрдых и гладких материалов приведёт к появлению окраса в звучании из-за наложения отражённой волны с высокой амплитуды. Несколько парадоксальным в этом ключе является использование бамбука, так как при его высокой твёрдости он достаточно порист, поэтому после грубой механической обработки (внутренняя часть чашки для наушников просто фрезеруется) он не даёт сильных прямых отражений. Но он не обладает и высокой акустической константой, так что каких-то изысков в звучании бамбуковых наушников искать не следует, правда и плохого ничего не случится. Так что вопрос использования бамбука относится к сфере экономико-эстетической, то, что русские называют «ни рыба, ни мясо».
Поэтому использование древесины, особенно конкретных пород для многих — это вопрос доверия к экспертам или сознательным любителям, которые использовали одинаковые драйвы в идентичных чашках из разной древесины. Но вспоминая комментарии из первых публикаций, помните, что для получения хоть какой-то разницы в звучании чашка наушников должна иметь определённый свободный объём и дополнительные порты. Внутренняя часть может быть и тупо цилиндрической, но наличие скруглённых поверхностей даст больший эффект и разница в звучании может быть услышана.

Продолжение