Партнеры журнала:

Деревообработка

Концерт для елки с оркестром

Рубрика Деревообработка

Резонансная ель – вчера, сегодня... завтра?

Секрет великого Страдивари и его знаменитых скрипок кроется, бесспорно, в умении мастера находить и использовать уникальную по своим свойствам резонансную древесину.

С незапамятных времен древесина используется человеком повсеместно, во всех сферах его деятельности, поскольку она не только довольно легко добываемый, но и совершенно незаменимый и уникальный материал, и изготовление музыкальных инструментов - не исключение. Существует много разных материалов, которые обладают прекрасными акустическими свойствами и превосходят древесину по силе своего звучания. Но ни один из них не способен трогать сердца слушателей той необыкновенной нежностью и особым тембром звучания, который обеспечивает инструменту древесина. Именно этого эффекта и стремились достичь такие великие мастера, как Страдивари, Амати и Гварнери, создавая свои всемирно известные шедевры.

Что же такое резонансная древесина? Резонансной называют такую древесину, которая используется для изготовления музыкальных инструментов, точнее, их основной звукоизлучающей детали - деки.

Но не совсем корректно называть такую древесину резонансной в привычном смысле этого слова. Как известно, в физике резонанс - это явление, заключающееся в том, что при некоторой частоте вынуждающей силы колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие этой силы. К музыке, стало быть, резонанс не имеет никакого отношения. Но в переводе с французского resonanse или с латинского resono это слово означает «звучу в ответ». В этом и кроется разгадка: при изготовлении дек особенно ценится акустическая отзывчивость древесины в широком диапазоне частот, благодаря которой музыкальное звучание приобретает тембровую окраску, присущую именно этому материалу.

Проблема состоит в том, что далеко не каждое дерево подходит для изготовления музыкальных инструментов. И наличие дендроакустических свойств обусловлено даже не породой - в пределах одной породы встречаются как совершенно обычные деревья, так и деревья, древесина которых обладает музыкальными свойствами, «звучит в ответ», каких, понятное дело, очень мало. Ситуация усугубляется тем, что до сих пор не существует способов и технических средств для объективной экспресс-диагностики древесины на корню как потенциального резонансного сырья, сказываются и нехватка квалифицированных специалистов и инвестиций в отрасль, производящую музыкальную продукцию.

Принято считать, что на дендроакустические свойства древесины в основном влияют порода и условия произрастания конкретного дерева. Но не все так просто. Помимо выше перечисленных показателей большое влияние оказывают и такие характеристики как макроструктура, микроструктура, цвет, блеск, текстура древесины и т. п. Об этом мы поговорим ниже. Таким образом, качество древесины с точки зрения ее резонансных свойств зависит от породы, от того, где и при каких условиях выросло то или иное дерево, от физических свойств и внутреннего строения древесины, а повлиять на них может большое количество факторов, но в первую очередь - индивидуальная особенность определенного дерева. Наличие резонансных свойств - это генетическая предрасположенность. Такие деревья ни в коем случае нельзя воспринимать как особую «резонансную» форму породы деревьев, где бы они ни произрастали.

Мастерство изготовления скрипичных инструментов достигло пика совершенства в период расцвета Брешианской и Кремонской школ в Италии XVII­-XVIII веках. Самые яркие образцы инструментов того времени создавались с использованием резонансной ели и различных видов клена, произрастающих в Италии. Но и по сей день породой с лучшими дендроакустическими свойствами считается ель. Стандарты на резонансный лесоматериал допускают использование пихты кавказской и кедра, но все же ель превосходит по своим качествам другие породы. К примеру, ель, в отличие от кедра, улучшает свое звучание после усыхания. Именно эта порода в наибольшей степени отвечает основным параметрам, от которых зависит чистое, красивое звучание инструмента.

Резонансная ель  

Радиальное макростроение
Радиальное макростроение

Радиальное макростроение
Радиальное макростроение

Тангентальное макростроение
Тангентальное макростроение

Тангентальное макростроение
Тангентальное макростроение

Как писал ученый­-лесовод Г.А. Пахарь, опубликовавший в 1911 году в журнале «Лесопромышленник» статью «О пригодности русской ели для выработки резонаторов», до 1907 года русские музыкальные фабрики использовали лесоматериалы заграничного происхождения. В те времена были известны лишь такие источники резонансного сырья, как Карпаты, Тирольские и Баварские Альпы. В результате проведенных исследований было установлено, что и «из русской ели можно получить резонансный лес, по качеству не уступающий заграничному». Заведующий кафедрой «Древесина и экологическая сертификация» Марийского государственного технического университета проф. В. И. Федюков в своих работах неспроста называет резонансную ель «золотоносной породой». Ведь обнаруженная с помощью современных приборов настоящая, обладающая дендроакустическими свойствами резонансная древесина представляет огромный интерес для мировой музыкальной индустрии. Стоимость такой древесины значительна, и очень важно правильно и вовремя обнаружить эту ценную древесину, ведь, к сожалению, большие ее запасы остаются в лесу, пропадают или используются в других целях. Можно представить, насколько негативно сказывается на заготовках резонансной древесины и развитии музыкальной промышленности неумение грамотно отбирать ее, что называется, на корню, ведь в России до сих пор не выявлены точные ареалы и запасы резонансной ели.

Известно, что лучших по акустическим свойствам деревьев весьма немного. Генетически обусловленный биотип ели с резонансной древесиной встречается не только в горных условиях, но и на равнинах. Результаты комплексных исследований под руководством проф. факультета химической технологии и биотехнологии Лесного института (в настоящее время факультет ХТБ Санкт-­Петербургского лесотехнического университета), специалиста в области лесной технологии Н.А. Филиппова, показали, что таежные леса еще не утратили своего значения в качестве источника резонансного сырья. Этот факт подтверждают и сотрудники мастерских­-лабораторий по изготовлению музыкальных инструментов, самостоятельно занимающиеся заготовкой древесины.

Огромное значение имеет целенаправленный отбор резонансной ели в лесу. Кроме того, специалистам лесного хозяйства следует задуматься о воспроизводстве потенциальных запасов резонансной ели на селекционно-генетической основе при плантационном выращивании. Целевое лесовыращивание с заданными акустическими свойствами древесины крайне важно в современном мире, в том числе и в России. Оно непосредственно связано и с экологическими условиями, и с гигантскими объемами как законных, так и незаконных рубок, что в конечном итоге может привести к полному исчезновению генофонда резонансной ели.

В Чехии в 1976 году была реализована общегосударственная программа «Резонансная древесина и ее производство». Главное достоинство этой программы заключалось в комплексном решении проблемы по рациональному использованию и возобновлению запасов резонансного сырья в естественных насаждениях. Подобный опыт необходимо в первую очередь перенять России, главной лесной стране мира. Но пока таких программ у нас нет. Считается, что решать проблему выращивания резонансной ели следует, начиная со стадии лесоустройства, лесокультурного дела. Но необходимо понимать, что методы, направленные на получение больших объемов древесины, в этом случае далеко не всегда помогают.

Если взять во внимание то, что большие запасы ели сосредоточены на переувлажненных почвах, в силу чего эта древесина почти не эксплуатируется, а также тот факт, что именно в условиях болотных насаждений во многом формируются акустические свойства древесины, то весьма интересным представляется предложение проф. В.И. Федюкова насчет целевого выращивания резонансной древесины. Этот способ основывается на выращивании резонансного сырья путем сочетания осушительной мелиорации с целевым ведением лесного хозяйства. Необходимым условием является поддержание осушительной сети в рабочем состоянии. Как вариант можно рассматривать и создание архивно­-маточных плантаций резонансной ели, создаваемых на основе применения вегетативных способов размножения с участием отобранных ценных форм древесных пород, что в современных условиях способствует сохранению ее генофонда в наших лесах и внедрению клеточной селекции методом культуры тканей. Но, по большому счету, вопросы целевого выращивания резонансного сырья остаются нерешенными.

В настоящее время известны косвенные способы диагностики резонансной древесины: по общему виду и состоянию дерева, по структуре и цвету коры, а также по внешнему виду древесины (ее макроструктура, цвет, блеск, текстура, запах).

Внешний вид. Что касается внешнего вида и состояния, известно, что дерево ели должно быть абсолютно вертикальным, с симметричной, узкой и островершинной кроной; у ствола должна быть зона (не менее 5-6 м длиной) цилиндрической формы, на которой нет сучков и видимых повреждений. Эти требования продиктованы в первую очередь технолого-экономическими соображениями, цель которых - получение максимального выхода делового сортимента. Исследований, направленных на выявление связей между акустическими характеристиками древесины и указанными параметрами дерева, пока не проводилось.

Некоторые мастера-индивидуалы придерживаются мнения, что признаком резонансной ели являются нисходящие ветви. При отборе резонансного дерева для мастеров также важно, чтобы его ствол не «скручивался».

Структура и цвет коры. На эти морфологические признаки мастера обращают внимание и при отборе дерева на корню, и при отборе круглых сортиментов. Но и здесь нет общего мнения по поводу каких-либо конкретных характеристик. Французские мастера придерживаются мнения, что кора резонансной ели должна быть серого цвета и состоять из довольно небольших и гладких чешуй. Костромские ученые, занимавшиеся изучением отбора резонансной ели по фенотипу, С. Н. Багаев и В. О. Александров утверждают, что лучшие резонансные свойства у гладкокорых, с узкокронной формой деревьев ели как европейского, так и сибирского видов. В Румынии считается, что у деревьев, обладающих дендроакустическими свойствами, должны иметься косоопущенные ветви, а чешуйки коры должны быть округлыми и вогнутыми. Автор статьи «Изменчивость резонансных свойств древесины ели обыкновенной на фоне варьирования анатомических и морфологических признаков внутри популяции», опубликованной в 1972 году в сборнике научных трудов Московского лесотехнического института (ныне Московский государственный университет леса), Н. А. Санкин пришел к выводу, что следует отдавать предпочтение чешуекорой ели, как обладающей наибольшей генетической пластичностью.

Макроструктура. Такие показатели макроструктуры, как ширина и равнослойность годичных колец, содержание в них поздней древесины включены в стандарты разных стран в качестве основного критерия при отборе резонансного сырья. Общие требования к макроструктуре: ширина годичных колец - 1-4 мм, содержание поздней древесины - 30%. Равнослойности годичных колец уделяется особое внимание. Древесина с узкими слоями придает звучанию инструмента жесткость, а с широкими слоями - приглушенность. Представители староитальянских школ часто использовали для изготовления верхних дек более широкослойную древесину. А у мастеров кремонской школы пользовалась спросом разновидность древесины Haselfichte («лештарская» ель, или «лештарка») с толстыми слоями и ярким блеском, с часто встречающимися извилинами вроде сучков, так называемая свилеватая древесина. Такая ель интересна тем, что она никогда не растет большими группами, единичные деревья можно найти в чешских и баварских лесах, а также в Альпах. Измерения подтверждают, что еловая древесина с неровными годичными кольцами по прочностным свойствам превосходит древесину с ровными кольцами.

Российские мастера различали по макроструктуре на радиальном срезе три сорта резонансной древесины ели: струистую, пламенистую и краснослойную. У струистой древесины в пределах прямых годичных слоев слегка волнообразный сдвиг древесных волокон. Такая древесина отличается эластичностью, дает чистые тона и наиболее ценна при изготовлении деки. Пламенистая по структуре напоминает язычки пламени и отличается красивым узором. В краснослойной древесине зона поздней части годичного кольца резко выделяется своим красным цветом. Плотность такой древесины выше, чем у первых двух сортов, но ценится она меньше.

Насчет цвета резонансной древесины мнения сильно расходятся. Одни мастера предпочитают древесину ели светлых, белых тонов, а другие - желтых.

Один из способов, которым издавна пользуются мастера для распознавания качественного резонансного материала, - по блеску. Ель русского северного типа с нежным, шелковистым блеском и, в то же время, ярко выраженными тонкими слоями, придает тембру звука нежность и серебристость, а древесина типа Haselfichte - силу, интенсивность, а иногда и грубость. Немецкие мастера предпочитают ель с резкими и крупными блестками, так называемую Spiegel («зеркало»). Кроме того, блеск играет в инструментах и чисто эстетическую роль. Декоративную ценность материалу обеспечивает именно текстура древесины.

Некоторые мастера в качестве диагностического признака используют запах древесины. Таким путем они определяют смолистость материала, ведь смолистые вещества, как известно, отрицательно влияют на акустические показатели древесины.

Микростроение. Сведений относительно микроструктуры резонансной древесины накопилось не так уж много. Важно то, что распознать резонансную древесину можно только путем сочетания микро­- и макроскопических методов диагностики. Известно, что при изготовлении музыкальных инструментов ели отдается предпочтение благодаря ясно выраженным годичным кольцам ее древесины в отличие от других пород с аналогично высокой упругостью (береза, бук и т. п.). Современные ученые считают, что важную роль в анатомическом строении резонансной древесины играет взаимопроницаемость систем клеток, расположенных вдоль и поперек оси ствола, то есть трахеид и сердцевинных лучей. Чешский ученый Рудольф Илле внес большой вклад в исследования биологических и технических особенностей резонансной древесины, используемой итальянскими мастерами XVII-XVIII столетий. По мнению г-на Илле, крайне важно, чтобы у древесины имелось как можно больше проницаемых пор в форме «двоеточия», особенно у ранних трахеид, по которым звуковые волны проникают во всю толщину доски, проходя как в продольном, так и в поперечном направлениях.

Помимо косвенных, существуют и прямые способы диагностики и отбора резонансной древесины. Они основываются на измерениях ее плотности, модуля упругости, скорости звука, затухания и амплитуды колебаний, величины потери энергии на внутреннее трение. Акустические характеристики при наличии результатов таких измерений определяются расчетным путем, затем выявляется пригодность материала для изготовления музыкальных инструментов.

Большую роль в управлении качеством резонансной древесины играют технологические факторы - время и место заготовки, условия транспортировки, режим сушки и хранения и т. д.

Многие российские мастера предпочитают заготавливать резонансную древесину в первой половине зимы. Французские мастера считают, что рубить дерево надо либо в последнюю четверть полнолуния или в новолуние.

Раньше считалось, что резонансные стволы чаще встречаются в высоковозрастных насаждениях старше 150 лет, растут на северных склонах гор с суровым климатом и предпочитают бедные каменистые почвы. Однако исследования показали, что возможно получение резонансного сырья и в равнинных лесах, в том числе и на избыточно увлажненных землях.

Транспортировка сырья раньше напрямую зависела от условий местности и уровня развития техники. В Европе бревна сплавляли по горным рекам, что даже улучшало механические и акустические свойства древесины благодаря вымыванию из нее излишнего количества смолы. Сейчас резонансную ель перевозят преимущественно автомобильным и железнодорожным путем.

Большое значение для качества инструмента имеют правильная сушка и выдерживание древесины. Дело в том, что со временем древесина становится все более устойчивой к температурно­-влажностным изменениям среды. Многие зарубежные фирмы даже в промышленном режиме работы резонансную древесину выдерживают не менее трех лет, а мастера-кустари еще дольше - от 5 до 30 лет. Часто используется материал, который обнаруживается на месте сноса старых сооружений, в составе которых он выдерживался весьма большой период времени. Искусственная сушка древесины применяется в основном при изготовлении музыкальных инструментов промышленным способом. Обращаясь к  результатам исследований НИИМП (ныне не существующий Научно-исследовательский институт музыкальной промышленности РСФСР), можно сказать, что высушенная искусственным способом древесина по акустическим параметрам не уступает древесине, высушенной естественным образом. Но многие мастера, особенно при изготовлении инструментов на заказ, искусственной сушке не доверяют. В России до 1935 года древесину сушили на корню, этот способ иначе назывался биологическим подвяливанием дерева, которое выполнялось с помощью кольцевания путем окорки, а также перерезания заболони у основания ствола. Имеются сведения, что еще в Древнем Риме способ кольцевания деревьев использовался для получения «свежего сухостоя», и именно с такой древесиной работали скрипичные мастера.

У древесины резонансной ели имеются свои характерные особенности строения, свои свойства и качества, отличающие ее от обычной древесины этой хвойной породы и предопределяющие акустические параметры. Хотелось бы еще раз отметить, что резонансная древесина является остродефицитным материалом во всем мире. У лесопромышленного комплекса России слабая научно-техническая база и недостаточное количество квалифицированных специалистов для решения вопросов сохранения и целевого использования резонансных лесоматериалов. Одним из основных путей рационально-целевого использования этого уникального природного сырья является экспресс-диагностика и неразрушающий отбор перспективных экземпляров деревьев на корню, то есть в стадии лесовыращивания. Необходимо пересмотреть способы оценки резонансных сортиментов и ввести обязательную сертификацию, в первую очередь - экспортных лесоматериалов ели в круглом или пиленом виде.

Россия нуждается в программе, объединяющей ученых и специалистов лесного профиля, музыкальной промышленности, а также специалистов по стандартизации и сертификации. Ввиду того, что у нас в стране полностью отсутствуют подобные программы (в отличие, например, от Чехии), а потребность в них велика, эта задача должна стать одной из наиболее важных именно для отечественных деятелей и специалистов как лесной, так и музыкальной отраслей. Запасы резонансной ели быстро сокращаются и в России, и за рубежом. Специалистам лесохозяйственной отрасли есть о чем задуматься. Мы обязаны сохранить для потомков уникальный дар лесов - резонансную древесину, чтобы будущие Страдивари могли превзойти своих предшественников, создавая удивительные музыкальные инструменты, звучанием которых будут восторгаться миллионы.

 Антон КУЗНЕЦОВ, канд. биолог. наук, преподаватель СПбГЛТУ,
Мария КРИНИЦЫНА