ویژگی‌های ارتعاشی چوب و کوک کردن صفحات ویلن

ویژگی‌های ارتعاشی چوب و کوک کردن صفحات:

بخش اول: ویژگی‌های ارتعاشی چوب

مقدمه: در این قسمت به معرفی ویژگی‌های ارتعاشی مهم چوب خواهیم پرداخت. در ابتدا تئوری پایه توضیح داده می‌شود و سپس روش‌های اندازه‌گیری و در نهایت در مورد ویژگی‌های ارتعاشی چوب (مکانیکی- آکوستیکی) مطالبی خواهیم داشت.

1-1 تئوری پایه

می‌دانیم که چطور با توجه به ویژگی هایی چون سختی، حجم و اصطکاک درونی می‌توان ویژگی‌های ارتعاشی چوب را تعیین کرد. ما سعی داریم به شما نشان دهیم که چگونه می‌توان صفحه روی ویلونی را ساخت که به ما ویژگی‌های آکوستیکی (ارتعاشی) مورد نظرمان را بدهد.

ویژگی‌هایی که باید برای صفحه‌ی رو مشخص کنیم عبارتند از:

1 مشخص کردن الگوهای خطوط نودال

2 مشخص کرردن فرکانس‌های مرتعش شونده

برای بهتر درک کردن مشکلات مربوط به صفحات زیر و روی ویلن و ارائه‌ی راه حل‌های ممکن برای آنها، در اینجا دوباره به طور خلاصه مطالبی در رابطه با اصول ارتعاشات در خصوص ویژگی‌های رزونانسی تکه چوب‌های باریک شده و صفحات بیان می‌کنیم. سپس در ادامه، روش‌های اندازه‌گیری خصوصیات رزونانس، چون فرکانس مرتعش شونده، سطح، bandwidth و الگوی خطوط نودال را خواهیم داشت. این موارد برای کاهش ویژگی‌های ارتعاشی چوب از نظر مکانیکی (مقیاسی از الاستیسیته و اصطکاک دورنی) مورد استفاده قرار می‌گیرند. پس از آن اطلاعاتی در مورد گونه‌های مختلف چوب آورده خواهد شد.

ویژگی‌های یک رزونانس تکی (فرکانس مرتعش شونده، سطح bandw-idth و حساسیت ارتعاشی معین (حرکت مشخص))

حساسیت ارتعاشی در نقطه‌ی حرکت معیاری است برای فهمیدن اینکه چقدر ساده یک گیتار یک ویلون و یا حتی صفه‌ی ویلون می‌توانند با ارتعاشات یکسان شوند. حساسیت ارتعاشی نقطه‌ی حرکت، در فرکانس‌های متفاوت تغییر می‌کند و در فرکانس‌های کم و زیاد پایین می‌باشد. این حالت در سیستم‌های ساده مثل نوار لاستیکی یویو، به صورت تنها یک ارتعاشی نقطه‌ی حرکت در بالاترین وضعیت قرار دارد و یک نقطه‌ی اوج رزونانس را نشان می دهد.

به عنوان عملکرد فرکانسی در نمودار مربوط به حساسیت ارتعاشی نقطه‌ی حرکت، سه ویژگی‌ اکوستیک چون فرکانس مربوط به اوج رزونانس (هرتز FR) اندازه فرکانس مرتعش‌شونده (RL Db) و banswidth رزونانس مورد نظر قابل ملاحظه است. با جابه‌جا شدن رزونانس یک حساسیت ارتعاشی مشخص به دست می‌آید. (کمترین ارزش نقطه‌ اوج log 20 است). حال اگر یک سیستم ساده تنها با یک رزونانس داشته باشیم وبا وجود سه ویژگی فرکانس banswidth و سطح اوج رزونانس می‌توانیم وضعیت این سیستم را در تمام فرکانس‌ها پیش‌بینی کنیم. بنابراین منحنی متعلق به یک رزونانس ساده را می‌توان بدون حذف اطلاعاتی توسط این سه ویژگی ترسیم کرد.ضعیف شدن ارتعاشات روزونانس (بعد از برگشت از نقطه‌ی حرکت) توسط banswidth رزونانس معین می‌شوند. حساسیت ارتعاشی یک سیستم مکانیکی ترکیبی از حساسیت ارتعاش مشخص و ویژگی‌های رزونانس است.

ویژگی‌های مکانیکی (حجم، مقاومت و اصطحکاک)

هر رزونانس ساده دارای سه بخش مکانیکی است.

1- یک فنر (نوار پلاستیکی)

2- حجم (جرم- وزن)

3- اصطکاک (منظور ایجاد یک اصطکاک به موقع در زمانی که جرم در حال حرکت است)

 بین خصوصیات ارتعاش و ویژگی‌های ارتعاشی چوب از نظر مکانیکی یک رابطه‌ی ریاضی وجود دارد.

ویژگی‌های ارتعاشات در یک سیستم چند ارتعاشی (حالت‌های ارتعاشی در رزونانس، نودها و آنتی‌نودها)

اگر ما یک صفحه نازک را جایگزین یک جسم ارتعاش‌دهنده ساده مثل نوار لاستیکی یویو کنیم و سپس حساسیت ارتعاشی نقطه‌ی حرکت را اندازه‌ بگیریم به عددی بزرگ در اوج رزونانس دست خواهیم یافت. هر رزونانس با مواردی چون فرکانس، سطح و banswidth هر اوج قابل توضیح دادن می‌باشد. یک منحنی کامل از حساسیت ارتعاشی نقطه‌ی حرکت را می‌توان با داشتن سه اندازه از تمام رزونانس‌ها ترسیم کرد. در حقیقت یک صفحه‌ی ویلون دارای سیستم چند رزونانسی است که دارای تعداد بی‌شماری نقاط اوج می‌باشد.

آنچه که منحنی حساسیت نقطه‌ی حرکتی معلوم نیست، مربوط به ارتعاشات صفحه‌ در جهات مختلف در هر رزونانس می‌باشد. باید توجه داشته باشیم که فرکانس مرتعش‌شده در نقاط مختلف صفحه که دارای حجم متفاوتی نیز می‌باشند بین صفر و بیشتری نوسان به ارتعاش در می‌آیند. برای بیان یک توضیح کامل در رابطه با ویژگی‌های ارتعاشی صفحه، این الگوی ارتعاشی را به سه خاصیت حساسیت ارتعاشی دیگر اضافه کنید. محل بالاترین ارتعاشات آنتی‌نود و خطوطی که هیچ حرکتی ندارد، خطوط نودال نامیده می‌شوند.

ویژگی‌های صفحه و قطعات کوچک چوب:

با استفاده از یک بلندگو و پاشیدن ذرات ریز بر روی تکه‌های چوب و صفحه می‌توان خطوط نودال آنها را مشخص کرد. برای این کار مانند تصویر تکه‌های کوچکی از فوم‌های پلاستیکی را در زیر خطوطی که به عنوان خطوط تقریبی نودال مشخص شده قرار می‌دهیم سپس بعد از اندازه‌گیری، فوم‌ها را در جاهایی قرار می‌دهیم که خطوط نودال واقعی ایجاد شده‌اند.

خطوط نودال در ابتدا توسط شخصی به نام EmstChlandni معرفی شد، بنابراین نام دیگر این الگوهای خطوط نودال، الگوهای کلادنی می‌باشد. اگر در یک صفحه‌ی مستطیل شکل مدهای پایینی ایجاد شوند، بعضی از این مدها (حالت‌ها) را می‌توان به وسیله تخته‌های باریک که از نظر عرضی یا طولی هم جهت با رگه‌های آن صفحه مستطیلی می‌باشند پشتیبانی کرد. حالت‌های مشخصی در اتصال بین انتشار ارتعاشات در طول دو جهت مختلف در یک صفحه وجود دارد.

 

 

2-1 روش‌های اندازه‌گیری فرکانس‌های مرتعش شده خطوط نودال و آنتی‌نودها:

در طول این آزمایش‌ها ما از صفحات کار نشده‌ای استفده کرده‌ایم که اندازه‌های استاندارد بر روی آنها اعمال شده‌اند. اگر اندازه‌های این صفحات مورد استفاده قرار گیرند، ویژگی‌های مکانیکی سطح مورد نظر به وسیله ضربه زدن قابل اندازه‌گیری می‌باشند. برای این کار می‌توان به عنوان مثال صداهای شنیده شده را با نزدیک ‌ترین نت در پیانو سنجید.

سروش ضربه زدن و گوش کردن (فرکانس‌های مرتعش شونده)

به وسیله ضربه‌زدن و گوش کردن رزونانس‌های مربوط به برش‌های کوچک چوب و یا یک صفحه، طبق دو قانون کلی قابل تشخیص می‌باشند.

1- صفحه به آرامی از روی خط نودال نگه داشته شود.

2- نزدیک به آنتی‌نود ضربه زده شود.

اما به کار بستن قوانین دیگری چون قوانین 3 و 4 می‌توانید به اطلاعات بیشتر و مطمئن‌تری در این زمینه دست یابید و این روش را دقیق‌تر انجام دهید.

3- برای جلوگیری از تداخل رزونانس صفحه را از نزدیکی آنتی‌نودها نگه دارید و به خطوط نودال ضربه بزنید، چرا که در این حالت رزونانس ضعیف‌تر می‌شود. در نظر داشته باشید که معمولاً کسانی که در حال تحقیق و بررسی هستند، صفحه را از روی خط نودال نگه می‌دارند.

4- با انجام دادن چندین آزمایش و تمرین می‌توانید به دو روش مختلف جای خطوط نودال و آنتی‌نودها را تعیین کنید.

الف) در ابتدا یک خط نودال را نگه دارید و به یک آنتی‌نود ضربه بزنید، سپس صفحه را از جاهای مختلفی نگه دارید اما بر روی همان نقطه اولی ضربه بزنید. در جاهایی که رزونانس صدای ضربه، در نقاط نگه داشته شده بهتر شنیده می‌شود، علامت بگذارید و با استفاده از خط آنها را به هم وصل کنید. اگر این کار به درستی انجام گیرد خطوط به دست آمده خطوط نودال می‌باشند. البته باید نقاط بسیار زیادی را نگه‌دارید و این کار را بارها و بارها انجام دهید تا به نتیجه‌ی مطلوب دست یابید.

ب) در این روش خط نودال را نگه دارید و در نقاط متفاوت ضربه بزنید. در قسمت‌هایی که روزونانس ضربه‌ی شما شنیده نمی‌شود علامت بگذارید و سپس نقاط ایجاد شده را به هم وصل کنید تا خطوط نودال مشخص شوند.

برای انجام این کار باید نقاط زیادی که ممکن است مورد استفاده قرار نگیرند را مورد امتحان قرار دهید. از بین این دو روش، روش الف، مطمئن‌تر می‌باشد در صورتی که در روش ب شما زودتر به هدفتان می‌رسید.

نویسنده دریافته در چنین وضعیتی اگر صفحه در بین انگشت شست و اشساره دست چپ نگه داشته شود، کا راحت‌تر و صحیح‌تر صورت می‌گیرد.

1بازوی دست چپ در بالای سر و نزدیک گوش راست نگه‌ داشته می‌شود. برای شیندن پایین‌ترین فرکانس صوتی، با نوک انگشت بر روی صفحه ضربه بزنید و برای داشتن فرکانس صوتی بالا عمل ضربه زدن را با ناخن و بند انگشت انجام دهید.

در نظر داشته باشید که این ضربه‌ها باید درست در مقابل گوش سمت راست زده شود. اگر می‌خواهید برروی نقاطی که نزدیک به آنتی‌نود هستند، ضربه بزنید به طوری که این ضربات در مقابل گوش سمت راست شما قرار گیرند، باید بازوی دست چپ را به بالا و پایین حرکت دهید.

سازنده ویلن با مشخص کردن فرکانس رزونانس به مانند تصویر می‌تواند بر روی چوب کار نشده مقاومت طولی و عرضی و حد تغییر شکل یافتن آن را تعیین کند. برای این کار می‌توان از روش‌های فراصوت نیز استفاده کرد، اما برتری روش فوق در این است که به وسیله و ابزارهای اضافی نیازی ندارد.

روش الگوهای کلادنی (فرکانس ارتعاش شده نودها و آنتی‌نودها)

احتمالاً فیلیکس ساوارت اولین کسی بود که برای به دست آوردن ارتعاشات صفحات ویلون از روش کلادنی استفاده کرده است. وی برای این کار شکل هندسی ویلن را به صورت یک بدنه‌ی مثلث مسطح در نظر می‌گرفت. بعدها این روش دوباره توسط اشخاصی چون Beldie و Hutchins معرفی شد. آنها ویژگی‌های صفحات قوس‌دار ویلون را مورد بررسی قرار دادند که این روش در ادامه توضیح داده خواهد شد.

صفحه‌ی مورد آزمایش بر روی بلند‌گویی گذاشته می‌شود که این بلندگو بر روی میز قرار دارد. با استفاده از 4 تکه‌ فوم پلاستیکی این صفحه به اندازه‌ی یکی تا دو سانتی‌متر بالاتر از میز نگه داشته می‌شود، سپس چیز‌های ریزی چون گرد و غبار، برگ‌های چای و شبیه به آن ها روی آن ریخته شده و با استفاده از یک آمپلی‌فایر قوی و یک دستگاه توید ارتعاش، صدای بلندی در حدود 15 وات از بلندگو پخش می‌شود. در این حالت فرکانس صدا مدام تغییر داده می‌شود تا ذرات ریز ریخته شده بر روی صفحه بیشترین پرش و حرکت را از خود نشان دهند. بعد از انجام این عمل ما رزونانس و فرکانس صدای ایجاد شده از بلندگو را به دست می‌آوریم که این فرکانس برابر با فرکانسِ رزونانس صفحه می‌باشد.

محل بیشترین برش ذرات ریز، آنتی‌نودهای صفحه‌ی مورد نظر ما هستند. از آنجایی که سرعت حرکت این قطعات سریع می‌باشند بنابراین حرکت ایجاد شده باعث می‌شود که این چیزهای خرد در خطوط نودال جمع شوند.

برای پیدا کردن بهترین محل خطوط نودال و آنتی‌نودها ممکن است لازم باشد چندین بار این آزمایش را انجام دهید. در هر حال با استفاده از این روش می‌توانید فرکانس‌های رزونانس و خطوط نودال را به دست آورید. که با کمی مطالعه و بررسی بیشتر در این روش آنتی‌نودها نیز مشخص می‌شوند.

روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی برای حساسیت و حالت‌های ارتعاش:

حساسیت ارتعاش یک صفحه ارتعاش داده شده را می‌توان در آزمایشگاه آکوستیک با روش پیشرفته Jansson و Alonso اندازه‌گیری کرد. برای این کار، صفحه ی مورد نظر به وسیله نوارهای لاستیک آویزان می‌شود و بر روی آن محرک و اندازه‌گیر صوت نصب می‌گردد. با تغییر دادن فرکانس به آرامی، حساسیت ارتعاشی به دست می‌آید و در همین حال نتیجه میدان (وسعت) ارتعاشی اندازه‌گیری می‌شود.

یک نمودار از حساسیت ارتعاش به شکل عملکرد فرکانسی که از نظر زمانی برابر با دو دقیقه می‌باشد را می‌توان به مانند تصویر ترسیم کرد. اوج‌های رزونانس می‌نوانند فرکانس‌ها، سطوح و banswidth موجود در رزونانس را به ما به طور دقیق و صحیح ارائه دهند. در اندازه‌گیری ارتعاشات، روش‌های نوری توسط اشخاصی چون Biedermann و EK و Molin گسترش پیدا کرد.

مزیت روش‌های نوری در این است که اندازه‌‌ها بدون اینکه هیچ ارتباطی با وزن صفحه و به هم‌ریختگی ارتعاشات آن داشته باشند، به صورت مستقل و آزاد به دست می‌آیند. آخرین دستگاه در مسیر پیشرفت این روش، دستگاه نشان‌دهنده‌ ارتعاش (Vibravision) می‌باشد. این دستگاه شامل یک قاب، لیزر، دستگاه سنجش تداخل امواج و دوربین تلویزیونی است که می‌توان ارتعاشات را در صفحه مانیتور آن ملاحظه کرد. این روش به ما دامنه‌ی ارتعاشات تمام سطح مورد نظر را خیلی سریع و خیلی دقیق می‌دهد، به علاوه با این روش می‌توان به راحتی با برخی از عملکرد‌های banswidthها و سطح ارتعاش، فرکانس‌های مرتعش شده را به دست آورد. قابل توجه است که این روش از روش‌های کلادنی بسیار حساس‌تر می‌باشد.