بهبود خواص آکوستیک گونه‌های چوبی افرا و راش با تیمار آب گرمایی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه علوم و تکنولوژی صنایع چوب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران.

2 کارشناس ارشد صنایع چوب و کاغذ، گروه علوم و تکنولوژی صنایع چوب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران.

3 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، مازندران، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: از خصوصیات ویژه چوب، خاصیت آکوستیکی آن بوده که باعث کاربرد زیاد آن در ساخت ادوات موسیقی شده است. حصول اطلاعاتی از خواص آکوستیکی آن و عوامل تأثیر گذار بر بهبود این خصوصیات اهمیت زیادی دارد. از طرف دیگر اصلاح خصوصیات چوب با روش‌ های دوست دار محیط‌ زیست از فرآیند هایی است که امروزه اهمیت فراوانی پیدا نموده است. در این مطالعه دو گونه بومی شمال ایران شامل راش (Fagus orientalis L.) و افرا پلت (Acer velutinum) از نظر خاصیت آکوستیکی بررسی شدند. همچنین نمونه‌ های آزمونی تحت شرایط تیمار آب گرمایی قرار گرفتند. سپس اثر تیمار آب گرمایی بر خواص آکوستیک نمونه‌ ها به روش ارتعاش خمشی در تیر دو سر آزاد مورد سنجش قرار گرفت.
مواد و روش‌ها: برای بررسی خواص آکوستیکی گونه‌های چوبی راش و افرا، نمونه‌هایی با ابعاد (مماسی) 20 × (شعاعی) 20 × (طولی) 360 میلی‌متر از تخته‌های این دو گونه‌ی چوبی طبق استاندارد ISO 3129 برش داده شدند. تیمار آب گرمایی با دمای 150 درجه سلسیوس و به مدت 5 ساعت روی نمونه‌ها اعمال گردید. خواص آکوستیک نمونه‌های تیمار شده شامل مدول الاستیسیته، میرایی ارتعاش، سرعت موج، کیفیت صوت، ضریب آکوستیک و کارایی تبدیل آکوستیک در دو جهت طولی- شعاعی و طولی- مماسی ارزیابی شدند و با خصوصیات آکوستیک نمونه‌های شاهد مورد مقایسه قرار گرفتند.
یافته‌ها: نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که تیمار آب گرمایی چوب تأثیر معنی‌ داری روی بهبود تمامی خواص آکوستیک ارزیابی شده به غیر از مدول الاستیسیته و ضریب آکوستیک در مقایسه با نمونه‌های شاهد دارد. در حالت کلی نیز بیشترین تأثیر تیمار آب گرمایی چوب روی میرایی، کیفیت صوت و کارایی تبدیل آکوستیک در گونه افرا مشاهده گردید. نتایج همچنین بیانگر این بود که در نمونه‌ های تیمار شده اختلاف معنی‌ داری بین خواص آکوستیک اندازه‌ گیری شده در دو جهت طولی- شعاعی و طولی- مماسی وجود نداشت.
نتیجه‌گیری: تأثیر تیمار آب گرمایی روی بهبود خصوصیات آکوستیک نمونه‌ ها می‌ تواند به دلیل خروج مواد استخراجی محلول در آب این نمونه‌ها با پاک‌سازی مواد انباشته شده در مجاری آوندی و سایر عناصر ساختمانی، طی تیمار و همچنین افزایش ثبات ابعادی نمونه‌ های تیمار شده باشد. با توجه به نتایج این مطالعه می‌ توان تیمار آب گرمایی گونه‌ های چوبی بخصوص گونه افرا را برای استفاده در ساخت صفحات صوتی و همچنین جعبه‌‌ های تشدید صدای آلات موسیقی مانند سنتور، زیلوفن و ویولن پیشنهاد نمود.
کلیدواژگان: تیمار آب گرمایی، خواص آکوستیک، آلات موسیقی، ارتعاش خمشی، مواد استخراجی.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Improvement of acoustic properties of Maple and Beech by hydrothermal treatment

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ghofrani 1
  • Habib Rahimi Dastjerdi 2
  • Saeed Khojasteh Khosro 3
1
2
3
چکیده [English]

Background and objectives: Acoustic property as one of the special characteristics of wood is widely used in making musical instruments. Thus examining acoustic property of wood and factors affecting its improvement is of vital importance. Furthermore, modifying the characteristics of wood with environmentally friendly methods has become increasingly important recently. In the current study, two wood species native to north of Iran that is Beech (Fagus orientalis L.) and Maple (Acer velutinum) were examined in terms of their acoustic properties. Samples were also treated under hydrothermal treatment. The effects of hydrothermal treatment on acoustic properties of samples were measured with free-free flexural vibration method.
Materials and methods: In order to examine the acoustic properties of two wood species of Beech and Maple, samples in the dimensions of 360 (longitudinal) × 20 (radial) × 20 (tangential) mm were cut according to ISO 3129 standard. Hydrothermal treatment at 150 ° C for 5 hours was applied on samples. Acoustic properties of the treated samples such as modulus of elasticity, damping of vibration, wave velocity, quality of sound, acoustical coefficient and acoustical conversion efficiency were evaluated in two directions of Longitudinal-Radial and Longitudinal-Tangential. Acoustic properties were compared with control samples.
Results: The results of this study showed that hydrothermal treatment of wood has a significant effect on improving the evaluated acoustic properties except for the modulus of elasticity and acoustical coefficient factor in comparision with control samples. In general, the greatest effect was observed on mortality hydrothermal treatment of wood, the quality of sound, and acoustical conversion efficiency in species of Maple. The results also indicated that there was no significant difference between the acoustic properties in two directions of Longitudinal-Radial and Longitudinal-Tangential in the treated samples.
Conclusion: The effect of hydrothermal treatment on improving acoustic properties of the samples could be due to the withdrawal of water soluble extractives in samples with cleaning material accumulated in vessel ducts, fiber and other stractural elements of wood, as well as increased dimensional stability during treatment in treated samples. According to the results of this study, the hydrothermal treatment of wood species, especially Maple species can be used in manufacturing sound-boards as well as resonator boxes of musical instruments such as Xylophones, Violin, and the Iranian Santour.
Keywords: Hydrothermal treatment, Acoustic properties, Musical instruments, Flexural vibration, Extractives.
Keywords: Hydrothermal treatment, Acoustic properties, Musical instruments, Flexural vibration, Extractives.
Keywords: Hydrothermal treatment, Acoustic properties, Musical instruments, Flexural vibration, Extractives.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrothermal treatment
  • Acoustic properties
  • Musical instruments
  • Flexural vibration
  • Extractives

مراجع

1. Roohnia, M. 2005. Study on Some Factors Affecting Acoustic Coefficient and Damping Properties of Wood Using Nondestructive Tests, Ph.D. Thesis, Islamic Azad University Campus of Science and Researches. (In Persian)
2. Holz, D. 1996. Acoustically important properties of xylophone-bar materials:
can tropical woods be replaced by European species. Acustica united with
Acta Acustica., 82: 6. 878-884.
3. Roohnia, M., Yavari, A., and Tajdini, A. 2010. Elastic parameters of poplar wood
with end-cracks. Annals of forest science., 67: 4. 1-6.
4. Wegst, U.K.G. 2006. Wood for sound. American Journal of Botany., 93: 1439-1448.
5. Aramaki, M., Bailleres, H., Brancheriau, L., Kronland-martinet, R., and Ystad, S. 2007. Sound quality assessment of wood for xylophone bars. Journal of acoustical society of America, 121: 4. 2407-2420.
6. Matsunaga, M. 1999. Vibrational property changes of spruce wood by
impregnation with water-soluble extractives of pernambuco (Guilandina
echinata Spreng.). Journal of wood science., 45: 6. 470-474.
7. Matsunaga, M., Sugiyama, M., Minato, K., and Norimoto, M. 1996. Physical and mechanical properties required for violin bow materials. Holzforschung., 50: 6. 511-517.
8. Bremaud, I. 2008. Caractérisation mécanique des bois et facture: origines et recensement de la variabilité. Journée d’étude-Le bois: instrument du patrimoine musical. 24-46.
9. Brémaud, I., Amusant, N., Minato, K., Gril, J., and Thibaut, B. 2010. Effect of extractives on vibrational properties of African Padauk (Pterocarpus soyauxii Taub.). Wood Sci Technol. 45(3): 461-472.
10. Rujinirun, C., Phinyocheep, P., Prachyabrued, W., and Laemsak, N. 2005. Chemical treatment of wood for musical instruments. Part I: Acoustically important properties of wood for the Ranad (Thai traditional xylophone). Wood Science and Technology., 39: 1. 77-85.
11. Sedik, Y., Hamdan, S., and Jusoh, I. 2010. Acoustic properties of selected
tropical wood species. Journal of
Nondestructive Evaluation., 29: 1. 38–42.
12. Roohnia, M., Hashemi-dizaji, S.F., Brancheriau, L., Tajdini, A., Hemmasi, A.H., and Manouchehri, N. 2011. Effect of soaking process in water on the acoustical quality of wood for traditional musical instruments. Bioresources., 6: 2. 2055-2065.
13. Roohnia, M., Kohantorabi, M., and Tajdini, A. 2015. Maple wood extraction for a better acoustical performance. European Journal of Wood and Wood Products., 73: 1. 139-142.
14. Boonstra, M.J., and Tjeerdsma, B. 2006. Chemical analysis of heat treated softwoods. Holz als Roh-und Werkstoff., 64: 3. 204-211.
15. Roohnia, M., and Tajdini, A. 2007. Possibility of measuring the Modulus of Elasticity and vibration damping factor in Arizona Cypress Wood by nondestructive free vibration testing methods and compare with static and
7938799
Forced Vibration. Agriculture Science., 13: 1017-1027. (In Persian)
16. Brancheriau, L., and Baillères, H. 2002. Natural vibration analysis of clear wooden beams: a theoretical review. Wood Science and Technology., 36: 4. 347-365.
17. Bodig, J., and Jayne, BA. 1989. Mechanics of wood and wood composite, translation by Ebrahimi G. Tehran-: Tehran University Press, Tehran.
18. Roohnia, M., Tajdini, A., and Manouchehri, N. 2011. Assessing wood in sounding boards considering the ratio of acoustical anisotropy. NDT and E International., 44: 1. 13-20.
19. Golpayegani, A., Brémaud, I., Thevenon, M.F., Pourtahmasi, K., and Gril, J. 2015. The effect of traditional hygro-thermal pretreatments on the acoustical characteristics of white mulberry wood (Morus alba). Maderas. Ciencia y tecnología., 17: 4. 821-832.
20. Obataya, E., Umezawa, T., Nakatsubo, F., and Norimoto, M. 1999. The effects of water soluble extractives on the
acoustic properties of reed (Arundo donax L.). Holzforschung, 53: 1. 63-67.
21. Pirayeshfar, A.S., Mousavi S.Y., and Jalili M.M. 2010. The Investigation of Acoustic Properties of Carbon Fiber-Polyester Composites and Comparing the Results with Poplar, Walnut and Beech Wood Specimens. Iranian Journal of Wood and Paper Industries., 1: 2. 83-101. (In Persian)
22. Hakkou, M., Petrissans, M., Zoulalin, A., and Gerardin, P. 2005. Investigation of wood wettability changes during heat treatment on the basis of chemical analysis. Polymer Degradation and Stability., 89: 1. 1-5.
23. Mirzaei, G., Mohebby, B., and Tasooji, M. 2012. The effect of hydrothermal treatment on bond shear strength of beech wood. European Journal of Wood and Wood Products. 70: 2. 705-709.
24. Chang, S., Chang, H., Huany, Y., and Hsu, F. 2000. Effects of Chemical Modification Reagents on Acoustic Properties of Wood. Holzforschung. 54: 6. 669-675.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار