دانستی های تار

دستگاه ارتعاش خمشی دو سر آزاد جهت اندازه گیری سه فاکتور نشانگر خواص صوتی – مکانیکی (مدول الاستیسیته: E′، مدول ویژه: E′/ρ و ضریب میرایی: tanδ) در محدوده آکوستیکی استفاده شد. چوب توت تیمار نشده دارای دانسیته پایین‌تری از گونه‌های معمول مورد استفاده برای جعبه‌های صوتی سازهای اروپایی بود و مقادیر کمتری ازضریب میرایی را برای مقادیر معین مدول ویژه در مقایسه با رابطه استاندارد نشان داد. مراحل سه پیش تیمار سنتی معمول در کارگاههای ساز سازی عیناً در آزمایشگاه بازسازی شد: خشک کردن و رطوبت دهی دوره‌ای که نمونه ای از آماده سازی سنتی چوب و پیر سازی کوتاه مدت آن به شمار می‌رفت ضریب میرایی را ۱۰ درصد کاهش داده و در عین حال تاثیر منفی‌ای بر مدول ویژه نداشت. خیساندن طولانی مدت چوب (تا چهار ماه) در آب سرد باعث خروج مواد استخراجی و کاهش دانسیته شد، اما بر ضریب میرایی اثری نداشت. تیمار آب گرم کوتاه مدت (دو الی دوازده ساعت) باعث خروج مواد استخراجی به‌‌ همان میزان تیمار آب سرد شد، اما ضریب میرایی را افزایش داد. این نتایج در بعضی موارد تایید کننده تیمارهای سنتی (خشک کردن و آماده سازی طولانی مدت) و در بعضی موارد بر خلاف آن‌ها هستند (تیمار کوتاه مدت در آب گرم). برای تفسیر بهتر نتایج در رابطه با «نشانگرهای کارایی صوتی»، بررسی تاثیرات فرهنگی – منطقه‌ای بر ترجیحات موسیقیایی ساز سازان و نوازندگان ایران لازم به نظر می‌رسد.

کلمات کلیدی : چوب توت سفید( (Morus alba L.، ساز تار ، پیش تیمارهای سنتی، خواص ارتعاشی، ضریب میرایی

 

 

مقدمه :

چوب از دیرباز ماده‌ای چند کاربردی بوده است. هر یک از ویژگیهای این ماده آن را برای استفاده نهایی متفاوتی آماده می‌سازند. از ابتدای تاریخ چوب برای ایجاد صدا و انتقال پیام به کار می‌رفته است (2001  Cross) و اکنون در‌‌ همان جهت مهم‌ترین ماده برای ساخت ابزارآلات موسیقی به شمار می‌رود. استفاده تاریخی از چوب برای ساخت سازهای موسیقی متفاوت در ارتباط مستقیم با خواص مکانیکی و ارتعاشی آن از جمله میرایی صوت (tanδ)، مدول الاستیسیته (E′) و مدول ویژه (E′/ρ) قرار دارد. در بحث چوبهای مورد استفاده برای سازهای موسیقیایی غربی (اروپایی) ضریب میرایی کم و مدول ویژه بالا در جهت طولی ویژگی‌های مناسب برای ساخت یک جعبه صوتی با کیفیت بالا به شمار می‌روند. اما در بحث چوب‌های موسیقیایی خاور میانه‌ای، تحقیقات معدودی صورت گرفته است. تاریخچه پیدایش سازهای کاسه‌ای ایرانی به ۹۷۰ سال پیش از میلاد مسیح باز می‌گردد. تار، سه تار و کمانچه به صورت خاص از چوب توت سفید ساخته می‌شوند،‌‌ همان چوبی که برای ساخت ساز بیوای ژاپنی نیز کاربرد دارد (۲۰۰۷Yoshikawa). هر ساز حامل تاریخچه‌ای از عقاید، فرهنگ‌ها و آزمون هاست. این مسائل تعیین کننده روشهای انتخابی چوبی خاص برای ساز و همچنین مراحل آماده سازی ماده خام برای تبدیل شدن به ساز کامل هستند.

منبع تغییرات در خواص دینامیکی- مکانیکی چوب در ساختار سلولهای چوبی، زاویه الیاف و میکروفیبریل‌های درون سلولی و خواص اجزا شیمیایی سازنده سلول‌ها نهفته است. در هنر ساز سازی به غیر از خواص طبیعی هر چوب، خواص القایی یا خواصی که از طریق تیمارهای گوناگون به ماده چوبی اضافه می‌شوند نیز مد نظر قرار می‌گیرند. این تیمار‌ها برای اهداف متفاوت (بهبود خواص آکوستیکی، افزایش پایداری ماده چوبی یا راحت‌تر شدن کار با ماده خام) استفاده می‌شوند، اما نهایتاً تمامی آن‌ها از تجربیات استاد کاران نشات گرفته و به امید افزایش کیفیت ساز نهایی اجرا می‌شوند.

انواع متفاوتی از تیمار‌ها بر چوب سازهای موسیقی اجرایی شده‌اند. در دهه گذشته تیمارهای شیمیایی مختلفی جهت بهبود کارایی صوتی یا افزایش پایداری ماده چوبی پیشنهاد شده‌اند (۱۹۹۲Yano & Minato ،۱۹۹۴ Yano et al. ، Obataya et al. ۲۰۰۰). اما استادکاران سازنده ساز بسته به موقعیت جغرافیایی، ابزار در دسترس، فرهنگ و عقاید و تجربیات خود مجموعه گسترده‌ای از تیمار‌ها را اعمال می‌کنند که تا به حال مورد بررسی علمی قرار نگرفته‌اند. آب و گرما، دو تیمار معمول، اقتصادی و در دسترس هستند. در کنار این دو تیمار خشک کردن چوب، که تقریبا همیشه بر روی ماده خام پیش از شروع به کار صورت می‌گیرد را هم می‌توان جزو تیمار‌ها (به عنوان پیر سازی کوتاه مدت) به حساب آورد.

تیمار هیگروسکوپیک (ºC۵۰ و ۰ تا ۹۰% رطوبت نسبی) باعث پایداری ابعاد نمونه‌های چوب می شود که این مسئله به اشباع ناکامل گروههای قطبی سلولهای دیواره و کاهش جذب بخارآب در آن‌ها ارتباط داده شد (Garcia Esteban et al. ۲۰۰۵). تاثیر این سیکل‌های هیگروسکوپیک بر خواص صوتی هنوز ناشناخته است.

در بحث تیمارهای آبی- گرمایی تیمارهای بسیاری در گروه دمایی بالا مورد تحقیق قرار گرفته‌اند. این تیمار‌ها بیشتر بر پایداری ابعاد تاثیر داشته‌اند و تغییرات ناشی از آن‌ها نه تنها از دما بلکه از محتوای رطوبت یا آب موجود در نمونه سرچشمه می‌گیرد (Assor et al. 2009, Kubojima et al. 1998, 2000, 2005, Placet et al. 2008, Obataya et al. 2006ab). آب خود به عنوان عنصر استخراجگر برای بیرون آوردن مواد استخراجی از چوب به کار می‌رود و از این طریق باعث تغییر خواص فیزیکی- مکانیکی چوب می‌شود (Yano 1994 , Matsunaga et al. 1999, Obataya et al. 1999, Brémaud et al. 2011, Minato et al. 2010). بعضی از تیمارهای متعادل آبی گرمایی اخیراً برای بهبود خواص جعبه صوتی گیتار پیشنهاد شده‌اند (۲۰۰۶Wagenführ et al.). تعدادی دیگراز این تیمار‌ها برای بازسازی پیر شدن طبیعی چوب خام مورداستفاده در ساز‌ها استفاده شده‌اند (Noguchi et al. 2012).

تحقیق حاضر با هدف آشکارسازی تاثیرات واقعی سه تیمار سنتی سازندگان ساز تار بر روی چوب توت سفید انجام شده است. پیش از این معرفی چوب توت به عنوان چوب اصلی تشکیل دهنده سازهای کاسه‌ای ایرانی (Pourtahmasi and Se Golpayegani 2008) و تاثیرات مواد استخراجی بر روی خواص دینامیکی مکانیکی این چوب در تحقیقاتی دیگر منتشر شده‌اند (۲۰۱۲Se Golpayegani et al.). در این تحقیق، پس از مصاحبه با استاد کاران، سه تیمار سنتی در اندازه‌های آزمایشگاهی بازسازی شدند: غرقاب کردن طولانی مدت نمونه‌ها در آب در دمای محیط، تیمار کوتاه مدت آب گرم و تیمار دوره‌ای خشک کردن و رطوبت دهی ملایم. تاثیرات این تیمار‌ها بر دانسیته (ρ)، مدول ویژه (E′/ρ) و ضریب میرایی (tanδ) بررسی شد.

مواد و روشها :

مواد خام: برشها و آماده سازی

درختان توت در ایران قطع شده و برش داده شدند (منطقه کردان). انتخاب درختان توسط استاد حرفه ای سازنده سازجهت اطمینان از کیفیت مناسب چوب جهت ساخت تار با کیفیت عالی انجام شد. تعداد زیادی الوار به اندازه های mm3500 ×50×50 ازمیانه درون چوب بریده شده و در فاصله زمانی یکساله به فرانسه فرستاده شدند. نمونه ها پیش از آنکه به اندازه های مناسب برای آزمون بریده شوند، ابتدا برای مدت طولانی در هوای آزاد خشک شدند.

حدود 200 نمونه طولی به اندازه mm3150 ×15×2 ( طولی× شعاعی×مماسی) برای تست های ارتعاشی تهیه شدند. پس از تست ارتعاشی آغازین، 120 نمونه جهت بازسازی پیش تیمارهای سنتی انتخاب شدند.

نمونه ها در دمای ºC60 درجه سانتیگراد برای مدت 48 ساعت برای رسیدن به رطوبت تعادل و برای جلوگیری از تخریب خشک شدند. داده های به دست آمده با خشک شدن در دمای استاندارد ºC103 مقایسه شد و میزان تفاوت رطوبت%5/0±4/1 تعیین شد. نمونه ها سپس در اتاق کلیماتیزه با دمای ºC2±20 و رطوبت %5±%65 برای مدت سه هفته نگهداری شدند تا به رطوبت تعادل دست پیدا کرده و آماده آزمون ها شوند.

 

تصویر 1. تصویر شماتیک برشها و تیمارهای اعمال شده در این تحقیق.

روشها :

    تیمارها:

دوره های هیگروسکوپیک ( خشک کردن و رطوبت دهی ملایم ):

17 نمونه : 8 نمونه با دوایر رویشی باریکتر(mm 8/1-5/1) و 9 نمونه با دوایر رویشی پهن تر (mm 5-5/3) انتخاب شدند. پروتکل خشک کردن 48 ساعته در ºC60 و نگهداری در اتاق کلیماتیزه برای مدت سه هفته بر روی نمونه ها اجرا و 5 بار تکرار شد. در فواصل زمانی هر کدام از تکرارها آزمون های ارتعاشی بر روی نمونه ها انجام گرفت و نتایج مقایسه شدند.

    تیمارهای آبی:

با توجه به اینکه خشک کردن و اشباع آبی پشت سرهم بر روی نمونه ها می تواند اثر منفی روی ویسکوزیته چوب داشته باشد ( (Furuta 1998, Dlouha et al. 2012 و همچنین با در نظر گرفتن اثرات تخریبی غیر قابل بازگشت خشک کردن مضاعف (2Roohnia et al. 201)، هدف این آزمون ها تعیین تاثیر مستقل آب بر روی خواص ارتعاشی چوب تعیین شد. بنابراین گروههای مستقل برای تیمارها/ زمان های متفاوت در نظر گرفته شدند. دو گروه متشکل از 12 نمونه (در کل 24 نمونه) به عنوان نمونه های کنترل برای تیمارها در نظر گرفته شدند. نمونه های کنترل تحت تمام تغییرات فیزیکی نمونه های تیمار شده قرار می گرفتند (دوره های خشک شدن و کلیماتیزه کردن) وهمزمان با نمونه های اصلی آزمون می شدند اما تحت تیمارهای آبی قرار نمی گرفتند.

تمام نمونه های انتخاب شده جهت تیمارهای آبی دوایر رویشی با پهنای متوسط 5-5/3 میلیمتر داشتند.

تیمار طولانی مدت در آب در دمای محیط:

4 گروه 12 عددی از نمونه ها در آب فوق خالص ( آب نوع 3 براساس استاندارد: ISO 3696, 1987) برای مدت یک تا چهار ماه قرار داده شدند. نسبت حجم آب به چوب 5 به 1 بود ونمونه ها در شرایط دمایی 20 درجه و رطوبت %65 نگهداری شدند. از وزنه های شیشه ای جهت جلوگیری از غوطه وری نمونه ها در آب استفاده شد. در پایان هر ماه نمونه های مرتبط به آن از آب تخلیه شده و پس از اینکه ابتدا درکاغذهای مرطوب ( برای جلوگیری از خمش و تخریب ناشی از خشک شدن ناگهانی ) برای چندین روز نگه داشته شدند، در دمایºC60 خشک شدند و پس از طی دوره کلیماتیزه کزدن ( سه هفته )، تحت آزمونهای ارتعاشی قرار گرفتند.

تیمار کوتاه مدت با آب گرم (ºC70 ):

6 گروه هر کدام متشکل از 5 عدد نمونه برای مدت 2 تا 12 ساعت در آب مقطر ( نسبت آب به چوب 1:5) در دمای ºC70 حرارت داده شدند. فاصله زمانی تیمارها 2 ساعت بود و پس از اتمام هر دوره زمانی نمونه های مربوطه از آب خارج و براساس پروتکل خشک شدند: کاغذهای مرطوب + خشک شدن در دمای ºC60 + کلیماتیزه کردن + تست های ارتعاشی.

خلاصه تمام برش ها و گروه بندی نمونه ها برای تیمارهای مختلف در تصویر 1 آمده است.

    آزمون ارتعاشی:

نمونه ها به وسیله دستگاه ارتعاش خمشی تیرهای دو سر آزاد بدون تماس آزمون شدند ( Obataya et al. 2000). نمونه ها توسط یک مگنت الکترونیک که در برابر یک تکه آهن که به انتهای نمونه ها چسبانده شده بود مرتعش می شدند. وزن سبک قطعه آهن تاثیری بر نتایج ایجاد نمی کرد (mg 20-15). پس از اتمام ارتعاش جابجایی توسط یک سنسور لیزری اندازه گیری می شد و داده ها توسط نرم افزار Labview ® دریافت و آنالیز شدند( Brémaud 2006, Brémaud et al. 2011). مدول دینامیک ویژه (مدول الاستیسیته در واحد دانسیته از مدل اولر برنولی محاسبه شده بر اساس اولین فرکانس رزونانسی) و ضریب میرایی ( tanδ در هر دو محدوده فرکانسی – با استفاده از پهنای باند– و محدوده زمانی – با استفاده از کاهش لگاریتمی –) محاسبه و ضبط شدند. محدوده فرکانسی نمونه ها 400-200 هرتز بود . سه تکرار برای هر نمونه انجام شد و نتایج با نرم افزار اس پی اس اس با روش تجزیه واریانس یک طرفه (در سطح آلفا برابر05/0 و 01/0) بررسی شدند.

 

 

نتایج و بحث:

خواص آکوستیکی چوب توت پیش از تیمار:

رابطه استاندارد بین مدول ویژه و ضریب میرایی پیش از این توسط اونو و نوریموتو (1983 و 1984) برای تعداد زیادی از پهن برگان و سوزنی برگان مشخص شده است. بر اساس این رابطه برای یک گونه مشخص همیشه نسبت معین و کاهشی بین دو فاکتور وجود دارد. برای چوب توت سفید، همانطور که در تصویر 2 نشان داده شده است، برای مقادیر مشخص از مدول ویژه مقادیر کمتری از ضریب میرایی مشاهده می شود ( نسبت به استاندارد). این مسئله تا حدی مربوط به وجود مواد استخراجی در چوب درون این گونه است ( Se Golpayegani et al. 2011).

تصویر 2. رابطه بین ضریب میرایی و مدول ویژه برای تمام نمونه های استفاده شده در این تحقیق. منحنی استاندارد از اونو و نوریموتو (1984و1983) گرفته شده است.

نمونه های انتخابی برای تیمار دوره ای هیگروسکوپیک دارای پهنای دوایر رویش متفاوتی بودند. نمونه های دارای دوایر رویشی باریکتر دانسیته  کمتری (01/0±47/0) نسبت به نمونه های دارای دوایر رویشی پهن تر داشتند (01/0±55/0). این داده ها برای گونه های نیمه بخش روزنه ای ( که چوب توت سفید از آن جمله است ) منطقی تلقی می شود. نمونه های دارای دوایر رویشی نازکتر همچنین مدول ویژه پایین تر (GPa 7/0±5/12) و ضریب میرایی بالاتری (3-10×7/0±4/9 tanδ:) از نمونه های با دوایر رویشی پهن تر دارا بودند (0/1±1/16 E′/ρ ≈و 3-10×5/0±6/7 tanδ ≈ ).

تغییرات در ویژگیهای فیزیکی- مکانیکی در اثر تیمار با دوره های هیگروسکوپیک:

پس از دوره های پشت سرهم خشک کردن و رطوبت دهی مدول ویژه و دانسیته کمی افزایش پیدا کردند، اگرچه این افزایش به دلیل تغیر و گستردگی بین نمونه ای از لحاظ آماری معنی دار نبود. ضریب میرایی بیشتر از تیمار تاثیر گرفت و تا %10- نسبت به اندازه اولیه کاهش پیدا کرد (تصویر3).

تصویر3. تغییرات دردانسیته، مدول ویژه و ضریب میرایی پس از تیمارهای دوره ای هیگروسکوپیک.

به طور سنتی موزیسین ها و سازندگان ساز چوبی را که برای مدتی نگه داشته شده باشد برای ساخت ساز ترجیح می دهند. این بدان معناست که چوب تحت نوسانی از تغییرات هیگروسکوپیک قرار می گیرد. در مورد سازهای کاسه ای ایرانی گاهی چوب از کاربردهای دیگر به مصرف ساخت ساز می رسد – درب، پنجره و مبلمان قدیمی-، در این صورت چوب خود به خود سالها در معرض تغییر رطوبت قرار گرفته است. در غیر این صورت، چوب خام برای سالها در هوای آزاد خشک می شود تا سازنده ساز به ماده خام پایدارتری دست پیدا کند. پیش از این تغییرات کاهشی در رطوبت تعادل و همکشیدگی و واکشیدگی ابعاد نمونه تحت تیمار دوره های رطوبتی – پیرسازی هیگروسکوپیک–  مشاهده شده بود(Gracia Esteban et al. 2005). این مسئله به تغییرات درون ساختاری اعضای سلول چوبی ارتباط داده شد که دسترسی رطوبت به آنها را کمتر می کرد. در تحقیق حاضر به نظر می رسد که ضریب میرایی نیز تحت تاثیر دوره های هیگروسکوپیک کاهش میابد.

تیمارهای آبی: دمای محیط و ºC70 :

    تاثیر زمان بر کاهش وزن:

معمولاً جهت استخراج از طریق روش های موجود در استاندارد از پودر چوب استفاده می شود(Tappi standard T207cm-08). با وجود اینکه روشهای استفاده شده در این تحقیق بر اساس روشهای سازندگان ساز بود و نه براساس استاندارد؛ خروج مقداری از مواد استخراجی بر اثر تیمارهای آبی مورد انتظار بود. تصویر 4 کاهش وزن را بر اساس هر دو تیمارهای آبی در نمونه های توت نشان می دهد.

پس از تیمار بلند مدت چوب در آب در دمای محیط، کاهش وزن نمونه های تیمار شده در زمان های مختلف از نظر آماری متفاوت نبودند. بالاترین کاهش وزن پس از طولانی ترین مدت تیمار بروز کرد ( %9/3 کاهش وزن بعد از چهار ماه) (تصویر 4).

تصویر4. کاهش وزن نمونه ها بر اثر تیمار بلند مدت در آب در دمای محیط (الف) و تیمار آب گرم (ب)

در تیمارهای آب گرم کاهش وزن به صورت تدریجی با افزایش زمان تیمار بیشتر می شود ( به استثنای گروه 12 ساعت). با وجود اینکه دمای تیمار برای آب سرد و گرم متفاوت بود، حداکثر کاهش وزن برای هر دو تیمار در یک محدوده باقی ماند ( 7/1±%9/3 برای تیمار آبی دردمای محیط و 8/0±%3/3 برای تیمار آبی کوتاه مدت در دمای 70 درجه)(تصویر4). این نتایج به این نکته اشاره دارد که مواد استخراجی محلول در آب در چوب توت سفید حداقل از لحاظ کمیت به دماهای بالاتر حساس نیستند. دمای بالاتر سرعت استخراج را کاهش می دهد و احتمالاً طول مدت یک ماه در آب سرد برای بیرون آوردن بیشتر مواد استخراجی در چوب توت سفید کافیست.

    تاثیر تیمارهای آبی بر خواص فیزیکی- مکانیکی:

 تیمارهای آب سرد بلند مدت و آب گرم کوتاه مدت تاثیر متفاوتی بر رطوبت تعادل داشتند. رطوبت تعادل به صورت مشخص پس از غوطه وری در آب سرد کاهش پیدا کرد: تا %17- کاهش نسبی یا %5/1- کمتر از رطوبت اولیه پس از چهار ماه تیمار. رطوبت تعادل اما پس از تیمار آب گرم کمی افزایش پیدا کرد (حداکثر تا %8+ افزایش نسبی یا %7/0+ افزایش از رطوبت اولیه).

 تیمار طولانی مدت در آب سرد به مقدار کمی مدول ویژه را کاهش داد: %9- برای کاهش چهار درصدی دانسیته پس از چهار ماه تیمار( تصویر 5). با این حال هیچ طرح مشخص و معنی داری برای تغییرات در خواص فیزیکی مکانیکی نمونه ها در اثر تیمار آب سرد مشاهده نشد. با این حال بعضی از نمونه ها مقداری خمیدگی از خود نشان دادند که علت آن می تواند مربوط به تاثیرات منفی خشک شدن باشد. این تاثیرات مخرب برای بعضی دیگر مواد چوبی و دیگر آزمون های پس از تیمار غرقابی و خشک کردن در هوای آزاد مشاهده شده بود (;Dlouha et al. 2012 Roohnia et al. 2012).

تصویر5. تغییرات دررابطه دانسیته و مدول ویژه (الف ) و کاهش وزن و ضریب میرایی(ب) بر اثر تیمارطولانی مدت در آب در دمای محیط.

برعکس موارد بالا، تیمار کوتاه مدت آب گرم (ºC70) طرح مشخص و معنی داری در تغییرات خود به نمایش گذاشت (تصویر 6). هردو مدول ویژه و ضریب میرایی به همان شیوه کاهش وزن تغییر پیدا کردند. در کل مدول ویژه (تا 5/3±%5/4-) و دانسیته (تا 9/0±%5/3-) به صورت تدریجی همراه با افزایش زمان تیمار کاهش پیدا کردند(تصویر6). ضریب میرایی پس از دو ساعت تیمار کمی افزایش پیدا کرد و سپس به صورت تدریجی همزمان با افزایش کاهش وزن به بالا رفتن خود ادامه داد. این برخلاف کاهش در ضریب میرایی است که در تحقیق روح نیا و همکاران پس از تیمار غرقابی درºC50 دیده شده بود ( 2012). نهایتاً، تغییرات در دانسیته، ضریب میرایی و مدول ویژه اگرچه پراکنده، اما دارای طرح مشخص و کاملاً مرتبط به زمان تیمار هستند. تنها استثنا نمونه های مربوط به تیمار 12 ساعته هستند که تغییرات ضعیف تری را نسبت به تیمار 10 ساعته نشان می دهند. این مساله می تواند به سادگی مربوط به تفاوت موجود در نمونه های مستقلی باشد که به هر زمان/تیمار اختصاص داده شده اند.

 

تصویر6. تغییرات دررابطه دانسیته و مدول ویژه (الف ) و کاهش وزن و ضریب میرایی(ب) بر اثر کوتاه مدت در آب گرم.

تغییرات متفاوت ویژگیهای فیزیکی- مکانیکی بر اثر تیمار آب گرم (کاهش در مدول ویژه، افزایش در ضریب میرایی ورطوبت نسبی) و آب سرد ( کاهش در مدول ویژه و رطوبت نسبی، بدون تغییری در ضریب میرایی) را می توان با دو تئوری توضیح داد. از یک طرف تغییرات می تواند به دلیل خروج مواد استخراجی باشد. مواد استخراجی محلول در آب تاثیرات متغیر و متفاوتی بر ضریب میرایی داشته اند: یا آن را کاهش داده اند (Matsunaga et al. 1999, Minato et al. 2010) و یا باعث افزایش آن شده اند (1999 Obataya et al.). برای چوب توت سفید، نویسندگان در تحقیق قبلی خود دریافتند که آب گرم مواد استخراجی افزایش دهنده و کاهش دهنده ضریب میرایی را بیرون می آورد (2011Se Golpayegani et al.). امکان دارد که آب سرد تنها به ترکیبات غیرفعال دسترسی پیدا می کند، درحالیکه که آب گرم به دسته ی گسترده تری از ترکیبات شیمیایی دست می یابد که نهایتاً باعث کاهش ضریب میرایی طبیعی چوب می شود.

از طرف دیگر تیمار با آب گرم در دمای ºC70 ممکن است به پلیمرهای ساختاری چوب هم دست پیدا کند. تغییرات در سلولز، همی سلولز و لیگنین به دمای تیمار، طول دوره تیمار ودرجه رطوبت – که سرعت تخریب را افزایش می دهد– دارد. تغییرات در ساختار پلیمرها (همی سلولز و لیگنین) پس از تیمار با دمای بالا چه در حضور آب/ بخارآب (Kubojima et al. 2005) یا در غیاب آن (Obataya et al. 2000, 2006) اتفاق می افتد.  در تیمارهای کوتاه مدت چوب مرطوب، تخریب همی سلولز بین ºC 120 اتفاق می افتد. لیگنین اما در دماهای پایین تری (ºC110) تغییر پیدا می کند (Assor et al. 2009). با این همه تغییرات کوچک در دماهای پایین تر هم اگر برای مدت طولانی اعمال شوند، اتفاق می افتند (Minato & Hayashi 2008, Placet et al. 2008, Obataya et al. 2006)). در کنار تغییرات ضریب میرایی، تخریب ساختار ماتریکس به وسیله بخار آب گرم مدول الاستیسیته را هم کاهش می دهد (Obataya et al. 2006b). تیمار گرمایی بدون حضور آب می تواند از طریق دوباره کریستاله کردن سلولز و کاهش سایتهای جذب آب، مدول ویژه را افزایش دهد (Kubojima et al. 1998, 2000). در این تحقیق تیمار گرمایی خشک (ºC60) مدول ویژه را افزایش و ضریب میرایی را کاهش داد، درحالیکه گرمادهی در آب (ºC70) تاثیرات متفاوتی داشت، اگرچه نهایتاً کمتر از تیمار آب سرد مدول ویژه را کاهش داد.

دماهای تیمار در این تحقیق مشخصاً آنقدر زیاد نبود که باعث تغییرات شدید در سلولز شود. در عین حال شروع تغییرات در ساختار ماتریکس چوب در اثر این دما امکان پذیر است. آنالیز شیمیایی می تواند جهت تشخیص اهمیت مواد استخراجی در تغییرات ساختار سلولی کمک کننده باشد.

نتایج بر مبنای نشانگرهای صوتی:

ویژگیهای مورد مطالعه در این تحقیق نشاندهنده رفتار فیزیکی- مکانیکی چوب هستند، اما " نشانگرهای کارایی صوتی " مجموعه ای از فاکتورهای اصلی فیزیکی- مکانیکی را با هم ترکیب کرده و برای بهتر نشان دادن تاثیر این ویژگیها در رفتار صوتی ماده به کار می روند (Wegst 2006).

سه نشانگر کارایی صوتی عبارتند از:

    مقاومت ظاهری: نشانگر آسانی انتقال ارتعاش ( برای مثال از جعبه صوتی به هوا یا از تارها به جعبه صوتی)
    ضریب ارتعاش: نشانگر متوسط بلندی صدا
    راندمان تبدیل صوتی: نشانگر نهایت پاسخ صوتی

 

چوب توت سفید تیمار نشده 215±2110≈ Z ، 36/0 ±85/6 R ≈و 75±832 ACE ≈ را نشان داد. در بحث "بلندی پاسخ"، چوب توت سفید پایین تر از صنوبر – ماده اصلی تخته صوتی ویولن، پیانو و گیتاربا 15-10 R ≈و 2500-1500 ACE ≈ – می ایستد. مقاومت ظاهری توت سفید در محدوده پایینی صنوبر قرار می گیرد (3000-2000 Z ≈ برای صنوبر) (Wegst 2006, Brémaud 2012) . چوب توت سفید راحت تر به ارتعاش در می آید اما انعکاس ارتعاش کمتری دارد. تیمارهای هیگروسکوپیک انجام شده نشانگر های صوتی را بین %10+ و %10- تغییر داده اند. Z با تیمارهای آبی کاهش پیدا کردد ولی با خشک کردن دوره ای افزایش پیدا کرد. ACE با آب گرم ( و نه با آب سرد)کاهش و با خشک کردن دوره ای افزایش پیدا کرد.R  بر اثر تیمارهای آبی بدون تغییر ماند، اما با خشک کردن دوره ای کمی کاهش پیدا کرد.

به علت تفاوتهای فرهنگی و ترجیحات موسیقیایی مختلف در سازهای گوناگون تعیین اینکه چه تغییری در "نشانگرها  کاربردی" است، بسیار سخت است (Yoshikawa 2007, Brémaud 2012). اگر ویژگیهای اصلی چوب توت باید مورد تاکید و تشدید قرار گیرند (ارتعاش راحت و پاسخ پایین )، در آن صورت تیمار آب گرم تیمار مناسبی است. آب سرد تا حدی بخش مهندسی چوب را ارتقا می دهد ( ارتعاش و انعکاس ارتعاش راحت تر). تیمار خشک کردن دوره ای با آنکه تغییرات مثبتی در فاکتورهای اصلی ایجاد می کند، در نشانگرهای صوتی تاثیر مشخصی نمی گذارد.

 

منابع:

Assor C, Placet V, Chabbert B, Habrant A, Lapierre C, Pollet B & Perré P. 2009. Concomitant Changes in Viscoelastic Properties and Amorphous Polymers during the Hydrothermal Treatment of Hardwood and Softwood. Journal of Agricultural and Food Chemistry 57:6830–6837

Brémaud I. 2006. Diversity of woods used or usable in musical instruments making (In French). PhD thesis, University of Montpellier II. Montpellier, France, 302 pp.

Brémaud I. 2012. Acoustical properties of wood in string instruments soundboards and tuned idiophones: Biological and cultural diversity. Journal of the Acoustical Society of America 131(1) : 807-818

Brémaud I, El Kaïm Y, Guibal D, Minato K, Thibaut B & Gril J. 2012. Characterisation and categorisation of the diversity in viscoelastic vibrational properties between 98 wood types. Annals of Forest Science 69(3) : 373-386

Brémaud I, Amusant N, Minato K, Gril J & Thibaut B. 2011. Effect of extractives on vibrational properties of African Padauk (Pterocarpus soyauxii Taub.). Wood Science and Technology 45(3) : 461-472.

Cross I. 2001.  Music cognition, culture and evolution.  Annals of the New York Academy of Sciences 930: 28–42.

Dlouha  J, Alméras T & Clair, B. 2012. Representativeness of wood biomechanical properties measured after storage in different conditions. Trees - Structure and function. DOI 10.1007/s00468-011-0636-9

Furuta Y, Norimoto M & Yano  H. 1998. Thermal-softening properties of water-swollen wood V. The effects of drying and heating histories. Mokuzai gakkaishi 44:82-88

Garcia Esteban L, Gril J, De Palacios P & Guindeo Casasus A. 2005. Reduction of wood hygroscopicity and associated dimensional response by repeated humidity cycles. Annals of Forest Science 62:275-284.

ISO 3696. 1987. Water for analytical laboratory use. Specification and test methods.

Kubojima Y, Okano T & Ohata M. 1998. Vibrational properties of Sitka spruce heat-treated in nitrogen gas. Journal of Wood Science 44(1):73-77.

Kubojima Y, Okano T & Ohata M. 2000. Vibrational properties of heat-treated green wood. Journal of Wood Science 46(1): 63-67.

Kubojima Y, Suzuki Y & Tonosaki, M. 2005. Vibrational properties of green wood in high-temperature water vapour. Holzforschung 59(4): 446-450.

Matsunaga M, Minato K & Nakatsubo F. 1999. Vibrational properties changes of spruce wood by impregnation with water soluble extractives of pernambuco (Guilandina echinata Spreng.). Journal of Wood Science 45:470-474.

Minato K & Hayashi H. 2008. Aging of wood by long-term heating at moderately high temperature under cyclic humidity changes. Zairyo - Journal of the Society of Materials Science Japan 57:333-337.

Minato K, Konaka Y, Brémaud I, Suzuki S & Obataya E. 2010. Extractives of muirapiranga (Brosimun sp.) and its effects on the vibrational properties of wood. Journal of Wood Science 56: 41-46.

Noguchi T, Obataya E& Ando K. 2012. Effects of aging on the vibrational properties of wood. Journal of Cultural Heritage 13:S21-S25.

Obataya E, Umezawa T, Nakatsubo F & Norimoto, M. 1999. The effects of water soluble extractives on the acoustic properties of reed (Arundo donax L.). Holzforschung 53(1): 63-67.

Obataya  E, Norimoto  M & Tomita B. 2000. Moisture dependence of vibrational properties for Heat-treated wood. Mokuzai gakkaishi 46:88-94.

Obataya  E, Ono T & Norimoto M. 2000. Vibrational properties of wood along the grain. Journal of Materials Science 35: 2993-3001.

Obataya   E, Shibutani  S,  Hanata K & Doi S. 2006a. Effects of high temperature kiln drying on the practical performances of Japanese cedar wood (Cryptomeria japonica) I: changes in hygroscopicity due to heating. Journal of Wood Science 52(2): 111-114.

Obataya  E, Shibutani  S, Hanata  K & Doi S. 2006b. Effects of high temperature kiln drying on the practical performances of Japanese cedar wood (Cryptomeria japonica) II: changes in mechanical properties due to heating. Journal of Wood Science. 52:111-114

Ono  T & Norimoto M. 1984. On physical criteria for the selection of wood for soundboards of musical instruments. Rheol Acta 23: 652-656.

Placet V, Passard J & Perré, P. 2008. Viscoelastic properties of wood across the grain measured under water-saturated conditions up to 135 °C: evidence of thermal degradation. Journal of Materials Science 43:3210-3217.

Pourtahmasi K & Se Golpayegani  A. 2008. Introducing Mulberry’s wood (Morus alba L.) used in bowl shaped musical instruments of Iran. Le bois : instrument du patrimoine musical. Eds. Leconte S, Vaiedelich S. 29 May 2009 Cité de la Musique, Paris.

Roohnia M, Hashemi-dizaji SF, Brancheriau L, Tajdini A, Hemmasi  AH & Manoucheri  N. 2012.  Effect of soaking process in water on the acoustic quality of wood for traditional musical instruments. Bioresources 6:2055-2065.

Se Golpayegani A, Brémaud I, Gril J, Thévenon MF, Arnould O & Pourtahmasi K. 2012. Effect of extractions on dynamic mechanical properties of white mulberry (Morus alba L.). Journal of wood Science DOI: 10.1007/s10086-011-1225-7.

Tappi standard. 2008. T207cm-08, T.S.m. Water solubility of wood and pulp. Technical Assiciation of the Pulp and Paper Industry, USA.

Wagenführ A, Pfriem A, Grothe T & Eichelberger K. 2006. Investigations on the characterisation of thermally modified spruce for sound boards of guitars (in German). Holz als Roh- und Werkstoff 64:313-316.

Wegst UGK. 2006. Wood for sound. American Journal of Botany 93(10): 1439-1448.

Yano, H. 1994. The changes in the acoustic properties of Western Red Cedar due to methanol extraction. Holzforschung 48:491-495.

Yano  H, Kajita  H & Minato K. 1994.Chemical treatment of wood for musical instruments. Journal of acoustical society of America 96(6): 3380-3391.

Yano  H & Minato, K. 1992.Improvement of the acoustic and hygroscopic properties of wood by a chemical treatment and application to the violin parts. Journal of acoustical society of America 92(3): 1222-1227.

Yoshikawa, S. 2007. Acoustical classification of woods for string instruments. Journal of acoustical society of America 122:568–573.