Effect of removing extractives on the acoustic properties of cypress wood (Cupressus arizonica)
Soheila Zamaninasab 1 , amir lashgari 2 * , Mehram Roohnia 3 , Ahmad Jahan-latibari 4 , Ajang Tajdini 5
1 - Ph.D. Student, Department of Wood and Paper Science and Technology, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran
2 - Associate Professor, Department of Wood and Paper Science and Technology, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran
3 - Professor, Department of Wood and Paper Science and Technology, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran
4 - Professor, Department of Wood and Paper Science and Technology, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran
5 - Associate Professor, Department of Wood and Paper Science and Technology, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran
Keywords: Cypress wood, Sound, Vibration, Treatment, ACE,
Abstract :
In this research, the effect of soaking process and ethanol-acetone washing as well as fermentation pre-treatment by bread yeast in Cypress (Cupressus arizonica) has been investigated. The samples were subjected to pre-treatment with bread yeast and without pre-treatment, washing with pure water and removal of extractives in organic solvent and subjected to dynamic test by forced vibration test in free-free beam. Both methods of soaking process and ethanol-acetone washing resulted in a significant decrease in density and vibration damping, while the values of acoustic conversion efficiency showed an increase. The amount of improvement of acoustic properties due to ethanol-acetone washing was more than water washing. Fermentation pretreatment increased the changes in both water washing and ethanol-acetone washing methods. The dynamic modulus of elasticity did not show any significant change water washing, ethanol-acetone washing and fermentation pretreatment. In general, the ethanol-acetone washed samples under fermentation pretreatment left the highest acoustic indices.
صداقت، ا.، عبدالخانی، ع. و خدائيانچگينی، ف. )1310 )
استخراج و خالصسازی ليگنان زیست فعال ماتایی
رزینول موجود در گرههای گونه سرو سيمين
)arizonica Cupressus .)صنایع چوب و کاغذ ایران،
.331-322 :)2(2
کهنترابی، م.، حمصی، ا.م.، طالییپور، م.، روح نيا، م. و
بازیار، ب. )1311 )اثر ناهمگنی مصنوعی دانسيته بر
مدولبرشی دیناميک چوب بلوط بلند مازو ) Quercus
castaneifolia .)تحقيقات منابع طبيعی تجدیدشونده،
.22-02 :)2(11
مالئیکندلوسی، م.، روحنيا،م. و نعيميان، ن. )1310 )بررسی
مقدماتی ویژگیهای آکوستيک چوب افرا پلت. جنگل و
.104-121 :)0(28 ،چوب فرآوردههای
Bodig, J. and Jayne, B.A. (1993) Mechanics of
wood and wood composite. New York: Van
Nostrand Reihold, 736p.
Farvardin, F., Roohnia, M. and Lashgari, A.
(2015) The effect of extractives on acoustical
properties of Persian silk wood (Albizia
julibrissin). Maderas Ciencia y Tecnología,
17(4): 749-758.
Gan, W., Chen, C. and Kim, H.T. (2019a) Singledigit-micrometer thickness wood speaker. Nat
Commun, 10(1):1–8.
Gan, W., Chen, C. and Wang, Z. (2019b) Dense,
self-formed char layer enables a fire - retardant
wood structural material. Advanced Functional
Materials, 29(14): 1807444.
Ghaznavi, M., Rostamisani, A., Roohnia, M.,
Jahanlatibari, A. and Yaghmaeipour, A. (2013)
Traditional varnishes and acoustical properties
of wooden soundboards. Science International,
12(1): 401-407.
Kohantorabi, M., Hemmasi, A.M., Talaeipour,
M., Roohnia, M. and Bazyar, B. (2020) Effect
of artificial inhomogeneity of density and
drilling on dynamic properties developed by
poplar block species (Populus Nigra) jointed
with oak wood (Quercus Castaneifolia) Beams.
BioResources, 15(3): 4711-4726.
Kohantorabi, M., Hossein, M.A., Shahverdi, M.
and Roohnia, M. (2015) Vibration based NDT
methods to verify wood drying efficiency.
Drvna Industrija, 66(3): 221-228.
Matsunaga, M., Minato, K. and Nakatsubo, F.
(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. DOI: 10.1007/BF00776458/
Miao, Y.Y., Li, R., Qian, X.-D., Yin, Y.-X.,
Yang, Y., Jin, X.-L., Lin, B., Liu, Y.-X. and
Liu, Z.-B. (2021) Effect of extraction on the
acoustic vibrational properties of Picea
jezoensis var. microsperma (Lindl.). Annals of
Forest Science, 78(24): 1-13
مجله تحقیقات منابع طبیعی تجدیدشونده، سال چهاردهم، شماره2، پائیز و زمستان 1402(پیاپی چهل )، ص 34-25، نوع مقاله : علمی پژوهشی/25
اثر حذف مواد استخراجی بر ویژگیهای صوتی چوب سرو سیمین (Cupressus arizonica)
سهيلا زمانينسب1، امير لشگري2*، مهران روحنيا3، احمد جهانلتيباري3 و آژنگ تاجديني2
1) دانشجوی دکتری تخصصی رشته علوم و صنایع چوب و كاغذ، گروه علوم و صنایع چوب و كاغذ، واحد كرج، دانشگاه آزاد اسلامی، كرج، ایران.
2) دانشيار گروه علوم و صنایع چوب و كاغذ، واحد كرج، دانشگاه آزاد اسلامی، كرج، ایران.
رایانامه نویسنده مسئول مکاتبات: amir.lashgari@kiau.ac.ir
3) استاد گروه علوم و صنایع چوب و كاغذ، واحد كرج، دانشگاه آزاد اسلامی، كرج، ایران.
https://doi.org/10.71916/jrnr.2024.10304
تاریخ دریافت: 04/07/1402 تاریخ پذیرش: 12/10/1402
چکیده
در اين پژوهش به بررسي اثر آبشويي و اتانول-استنشويي و همچنين پيشتيمار تخمير بر ویژگیهای آکوستیک گونه سرو سيمين (Cupressus arizonica) پرداخته شد. آزمونهها تحت شرایط پیشتیمار با مخمر نان و بدون پیشتیمار، مورد آبشویی و حذف مواد استخراجی در حلال آلی قرار گرفته و توسط آزمونه ارتعاش اجباري در تير دو سر آزاد مورد آزمون ديناميکي قرار گرفتند. هردو شيوه آبشويي و حذف مواد استخراجي توسط حلال آلي کاهش معنيدار دانسيته و ميرايي ارتعاش را در پي داشت، درحاليکه مقادير کارآيي تبديل آکوستيک از خود افزايش نشان داد. ميزان بهبود ويژگيهاي آکوستيکي در اثر اتانول-استنشويي بيش از آبشويي بود. پيشتيمار تخمير سبب افزايش روند تغييرات در هر دو شيوه آبشويي و اتانول-استنشويي گرديد. مدولالاستيسيته ديناميک تحت آبشويي و اتانول استنشويي و پيشتيمار تخمير تغيير معنيداري از خود نشان نداد. بهطور کلی آزمونهاي اتانول-استنشويي شده تحت پيشتيمار تخمير، بالاترين شاخصههاي صوتي را از خود به جاي گذاشتهاند.
واژههای کلیدی: ارتعاش، تبديل آکوستيک، سرو سيمين، صوت، کارايي.
مقدمه
پيشرفت علوم و تكنولوژي در صنعت سبب افزايش مطالعه بر روي چگونگي استفاده بهينه از مواد موجود در طبيعت شده است. در اين راستا به نظر مي‌رسد منابع تجديدشونده از اهميت بيشتري برخوردار باشند (Gan et al., 2019a). جنگل و بدنبال آن چوب كه از توليدات جنگل است، بهعنوان يكي از منابع تجديدشونده مهم میباشد (Gan et al., 2019a; Gan et al., 2019b). چوب ماده‌اي بي‌مانند است، وجود خلل و فرج، بافت فيبري شكل با ساختمان ياخته‌اي، هرسو نايكساني و ناهمگني و بهدنبال آن وجود جهات سه‌گانه در ساختار، وجه تمايز اين ماده ارزنده در مقايسه با پلیمرهای مصنوعی است (Gan et al., 2019b). چوب در صنعت كاربردهاي فراواني دارد و پيشرفت فناوری صنعتي هر روز بر موارد كاربردي آن افزوده میشود.
ویژگیهای صوتي چوب سبب شده كه از اين ماده بهطور ويژه‌اي در ساخت ادوات موسيقي، استوديوهاي صوتي و اتاق‌هاي بدون انعكاس صوت (اتاق مرده) به صورت ماسيو و يا تركيبي (فرآورده‌هاي چوبي) استفاده شود (Ghaznavi et al., 2013). در مصارف ساختماني بهعنوان ديوارهاي جدا كننده، پوشش سقف و كف اتاق مورد استفاده قرار میگیرد كه در اين مورد علاوه بر خواص استحكامي و مكانيكي اين ماده، خواص آكوستيكي چوبها نيز مد نظر طراحان است (Xu et al., 2014). بسیاری از سازندگان سازهای سنتی از
روشهایی همچون آبشویی، حرارت دادن صفحه چوب و سایر روشهای سنتی جهت بالا بردن کیفیت صوت
چوبهای مورد استفاده در ساز استفاده میکنند. آنها بر این باور هستند که این قبیل تیمارها سبب ارتقا کیفی صوت حاصل از چوبآلات میگردد (Roohnia et al., 2011). در سالهای اخیر نیز محققین بسیاری به تحقیق در مورد اثر حذف مواد استخراجی محلول در حلالهای قطبی و غیرقطبی بر ویژگیهای آکوستیک چوب پرداخته و موفق شدند بین انتخاب بر اساس تجربه و انتخاب بر اساس ویژگیهای آکوستیک محاسباتی، ارتباط معنیداری برقرار نمایند.
Obataya و همكاران (1999) تاثیر استخراج مواد محلول در آب را بر روی خواص آکوستیکی گونهای از نی به نام آراندودوناکس1 که در صفحه ارتعاش کلارینت کارآیی دارد را در درصدهای رطوبت نسبی متفاوت مورد بررسی قرار دادند. آنها دریافتند که در رطوبت پایین، حضور مواد استخراجی سبب افزایش مدولالاستیسیته میگردد. این اثر با افزایش درصد رطوبت به دلیل خروج مواد استخراجی محلول در آب کاهش یافت. همچنین مواد استخراجی باعث افزایش قابل ملاحظه دانسیته و اصطکاک داخلی در گونه مورد مطالعه گردید. Minato و همکاران (2010) با بررسی بر روی تاثير مواد استخراجی بر خواص ارتعاشی گونه مویرانپیرنگا2 به این نتيجه رسيدند كه این گونه فاكتور ميرایی خيلی كوچکی دارد و استفاده آن در ساخت آرشه ویولون ایده مناسبی نميباشد. ایشان علت كمبود ميرايي ارتعاش در این چوب را وجود مواد استخراجی آن و همچنين وجود موادی چون زاتیلن3 و لوانگتین4 كه در تركيبات مواد استخراجی این گونه یافت شده است، دانستهاند.
5 Acer velutinum 6 Acer-pseudoplatanus 7 Picea jezoensis var. microsperma
|
Arundodonax 2 Brosimun sp 3 Xanthyletin 4 Luvangetin
|
معنیداری نداشت. Roohnia و همکاران (2015) اثر خروج مواد استخراجی از چوب گونه افرا پلت5 بر خواص آکوستیک را مورد بررسی قرار دادند. نتایج حاکی از بهبود خواص آکوستیک چوب این گونه در اثر خروج مواد استخراجی بود. Mollaeikandelousi و همکاران (2016) اثر فرآیند حذف مواد استخراجی را در چوب گونه افرا چناری6 مورد بررسی قرار دادند. ایشان اعلام داشتند حذف مواد استخراجی از چوب این گونه موجب بهبود خواص آکوستیکی آن میگردد. Miao و همکاران (2021) اثر استخراج مواد استخراجی از چوب گونه نوئل7 را با استفاده از آب دیونیزه شده و
حلالهای آلی غیرقطبی مورد بررسی قرار دادند. نتایج حاصل حاکی از آن بود که پس از فرآیند خروج مواد استخراجی، فاکتورهای مدولالاستیسیته، ضریب آکوستیک و میرایی ارتعاش در چوب گونه مذکور بهبود یافت.
كيفيت مکانیکی چوب، وابسته به دانسيته و سفتی دیناميک چوب است و عمده کیفیت آکوستیکی چوب در حال ارتعاش در صفحات تشدید صدا، وابسته به میرایی ارتعاش و کارآیی تبدیل آکوستیک میباشد. بنابراین روشی كه دانسيته را كاهش دهد، بدون اینکه سفتی چوب را زایل نماید (و يا حداقل ميزان افت کم باشد) و در عین حال باعث کاهش مقادیر میرایی ارتعاش گردد، میتواند اصلاح مناسبی باشد (Roohnia, 2019; Wegst 2006). با توجه به عدم نقش ساختمانی اکثر مواد استخراجی در چوب، تخلیه هدفمند و صحیح آن میتواند سبب کاهش دانسیته گردد. به علاوه خروج مواد استخراجی در اکثر گونهها سبب کاهش مقادیر میرایی ارتعاش و در نتیجه افزایش مقادیر کارآیی تبدیل آکوستیک میشود ; Obataya et al., 1999; Segolpayegani et al., 2012; Roohnia et al., 2015). بنابراین انجام پیشتیمارهایی از قبیل تخمیر (قبل از
فرآیندهای حذف مواد استخراجی با حلالهای آلی و غیرآلی) میتواند سبب خروج بیشتر مواد استخراجی از چوب گردد. مخمر نان بر روی گیاهان، غلات و میوهها یافت میشود. اما بهطور کلی به صورت خالص یافت نمیشود، بلکه از تکثیر در شروعکننده خمیر ترش حاصل میشود. یکی از
معروفترین مخمرهای نان متعلق به جنس ساکارومایسس است که با نام S. minor نیز شناخته میشود (Zamaninasab et al., 2023). قارچهای موجود برای زیستن به گرما، آب، آلبومین یا مواد نیتروژندار و قندها نیاز دارند. بنابراین پدیده تخمير میتواند تركيبات قندی آزاد در مواد استخراجی را در عمق چوب به الکل تبدیل نماید و خود الکل حاصله تعدادی مواد آلی دیگر را در خود حل كند و در نهایت در فرآیندهای آبشویی و شستشو با الکل-استن، مواد استخراجی از چوب هرچه بهتر تخليه گردد. با توجه به موارد ذکر شده هدف از انجام این پژوهش بررسی تاثیر فرآیند
آبشویی (حذف مواد استخراجی محلول در حلال قطبی) و فرآیند حذف مواد استخراجی با اتانول-استن (حذف مواد استخراجی محلول در حلال غبرقطبی) بر خواص آکوستیک گونه سرو سیمین1 بهعنوان گونه پر مصرف در ساخت صفحه ساز گیتار آکوستیک پیش و پس از انجام پیشتیمار تخمیر (با مخمر نان) میباشد.
مواد و روشها
چوب سرو سیمین مورد نیاز از درون چوب یک الوار تجاری تهیه شد و تعداد 40 عدد تیر کوچک شعاعی با ابعاد اسمی 150×12×2 میلیمتر (طولی، شعاعی و مماسی) از قسمت درون چوب آن استخراج گردید. آزمونهها به مدت زمان سه هفته برای رسیدن به رطوبت تعادل 12 درصد، مطابق با استاندارد بینالمللی ISO شماره 3129 در اطاق کلیماتیزه با دمای 1±21 سانتیگراد و رطوبت نسبی 5±65 درصد قرار گرفتند. پس از طی مدت مذکور آزمونهها بهمنظور اندازهگیری ویژگیهای اولیه فیزیکی و آکوستیکی، از اطاق کلیماتیزه خارج و پس از توزین و اندازهگیری ابعاد، آزمون ارتعاش اجباری در تیر دو سر آزاد بر روی آنها انجام شد. لازم به توضیح است آزمون ارتعاش اجباری توسط سیستم اندیتی لب2 شکل گرفت (شکل 1) و ضبط صدای حاصل از ارتعاش اجباری توسط نرمافزار Cooledit انجام شد. پس از آن آزمونههای اولیه بهصورت تصادفی به دو گروه 20 آزمونهای تقسیم شدند. دسته اول بدون پیشتیمار تخمیر در فرآیند حذف مواد استخراجی توسط آب و سپس توسط ترکیب اتانول- استن مورد شستشو قرار گرفتند. پس از هر یک از مراحل آبشویی و حذف مواد استخراجی محلول در اتانول- استن، آزمون ارتعاش اجباری در تیر دو سر آزاد بر روی آزمونهها صورت پذیرفت. دسته دوم با پیشتیمار تخمیر در فرآیند حذف مواد استخراجی توسط آب و سپس توسط ترکیب اتانول- استن مورد شستشو قرار گرفت و پس از اتمام هر یک از فرآیندهای حذف مواد استخراجی، آزمون ارتعاش اجباری بهمنظور اندازهگیری ویژگیهای آکوستیک بر روی آزمونهها صورت پذیرفت. لازم به توضیح است از ابتدا تا انتهای مراحل آزمون در هر دو گروه از آزمونهها، بهمنظور یکسانسازی رطوبت و نیل به رطوبت تعادل 12 درصد، آزمونهها پیش از آزمون ارتعاش اجباری به مدت سه هفته در محیط کلیماتیزه با شرایط ذکر شده در قبل، قرار گرفتند. جهت پیشتیمار تخمیر نیز از محلول آب با مخمر نان3 استفاده شد (Zamaninasab et al., 2023). به این صورت که آزمونهها تا زمان توقف جوشیدن آب (نشانه مصرف قند محلول در مواد استخراجی)، درون محلول با درصد ترکیب ثابت پودر مخمر و آب قرار گرفتند و پس از آنکه آزمونهها در شرایط محیط خشک شدند، به اطاق کلیماتیزه با زمان و شرایط مذکور منتقل شده و پس از آن ابتدا وزن و ابعاد آنها اندازهگیری و سپس مورد آبشویی قرار گرفتند. آبشویی توسط آب مقطر به مدت 24 ساعت و در دمای 60 درجه سلسیوس بر روی آزمونههای دو گروه صورت پذیرفت و فرآیند حذف مواد استخراجی در محلول اتانول-استن (نسبت ترکیب محلول 3:1) به مدت 12 ساعت در دمای 60 درجه سلسیوس صورت پذیرفت (Roohnia et al., 2015; Farvardin et al., 2015).
Cupressus arizonica 2 NDT-lab 3 S. minor
|
شکل 1. تصویر شماتیک از سیستم آزمون ارتعاش اجباري در تیر دوسر آزاد
در هر یک از مراحل انجام آزمون ارتعاش اجباری در تیر دو سر آزاد، مدول الاستیسیته دینامیک توسط رابطه برنولی محاسبه شد (Bodig & Jayne, 1993).
رابطه (1)
f فرکانس طبیعی nامین مد ارتعاش، m با اندیس شماره مد، nامین پاسخ معادله 1cos(m).cosh(m)= میباشد. α پارامتری است که برای جلوگیری از پیچیدگی در رابطه برنولی استفاده شده است (Bodig & Jayne, 1993).
میرایی حاصل از ارتعاش که شاخصی برای میزان افت ارتعاش در طول زمان است از رابطه زیر محاسبه گردید (Bodig & Jayne, 1993).
رابطه (2)
1X بلندی اولیه موج در حال کاهش و 1 X n+ بلندی n امین موج پس از موج متناظر با 1X .
کارآیی تبدیل آکوستیک (ACE) که از فاكتورهاي مهم آكوستيكي چوبآلات میباشد توسط رابطه زیر محاسبه شد (Roohnia, 2019):
رابطه (3)
ACE کارآیی تبدیل آکوستیک (m4/s.kg)، E مدولالاستیسیته دینامیک (Pa) حاصل از ارتعاش طولی، ρ جرم ویژه (kg/m3) و λ میرایی ارتعاش میباشد.
همبستگی بین مقادیر حاصل شده از ویژگیهای
اندازهگیری شده شامل: دانسیته، مدولالاستیسیته، میرایی ارتعاش و کارآیی تبدیل آکوستیک حاصل از هر مرحله (قبل و بعد از حذف مواد استخراجی محلول در آب و محلول در اتانول- استن، بدون پیشتیمار و با پیشتیمار تخمیر)، توسط آزمون همبستگی پیرسون و برازش مدل رگرسیونی بررسی شد. مقایسه میانگینهای هر یک از ویژگیهای آکوستیکی حاصل از هر مرحله آزمونی (نسبت به آزمونههای شاهد) نیز توسط آزمون آماری T test در سطح 95 درصد صورت پذیرفت. درصد تغییرات در مقادیر حاصل از هر یک از فاکتورهای اندازهگیری شده نسبت به آزمونههای شاهد نیز محاسبه گردید. برای انجام آزمونهای آماری از نرمافزار SPSSVer. 17 و برای رسم نمودار پراکندگی، همبستگی و خط رگرسیون از نرمافزار MS ECXEL استفاده شد.
نتایج
در جدول (1) مقادير حاصل از هر يک از فاکتورهاي دانسيته، مدولالاستيسيته، ميرايي ارتعاش و کارآيي تبديل آکوستيک در آزمونههاي شاهد و آزمونههای پس از آبشويي و اتانول-استنشويي (پيش تيمار شده و پيش تيمار نشده) آمده است. درصد تغييرات حاصل از هر يک از تيمارهاي آبشويي و اتانول-استنشويي با پيشتيمار و بدون پيشتيمار نيز در جدول (1) آورده شده است.
جدول 1. مقادیر کمی ویژگیهای آکوستیکی
مقادیر |
| آزمونههای شاهد | آبشویی | درصد تغییرات نسبت به آزمونه شاهد | اتانول-استن شویی | درصد تغییرات نسبت به آزمونه شاهد |
دانسیته (کیلوگرم بر مترمکعب) | 11 | 711 | *696 | 3/2- | *689 | 2/3- |
22 | 708 | *689 | 7/2- | *672 | 1/5- | |
مدولالاستیسیته (گیگاپاسکال)
| 1 | 39/11 | 13/11 | 2/2- | 10/11 | 6/2- |
2 | 07/12 | 82/11 | 1/2- | 71/11 | 0/3- | |
میرایی ارتعاش
| 1 | 007550/0 | *007202/0 | 6/4- | *0071210/0 | 7/5- |
2 | 008596/0 | *008094/0 | 8/5- | *007806/0 | 2/9- | |
کارایی تبدیل آکوستیک
| 1 | 9/766 | *7/818 | 8/6+ | *0/842 | 8/9+ |
2 | 8/696 | *7/756 | 6/8+ | *1/810 | 3/16+ |
1: بدون پیشتیمار؛ 2: با پیشتیمار؛ *: تغییرات معنیداری
در شکل (2) به مقايسه اثر آبشويي و اتانول-استنشويي در آزمونههاي پيشتيمار شده و پيشتيمار نشده در مقادير دانسيته پرداخته شده است. هر دو تيمار آبشويي و
الکل-استنشويي باعث کاهش معنيدار مقادير دانسيته در آزمونهها شده است. آزمونههاي الکل-استنشويي شده
پيشتيمار شده (1/5- درصد) نسبت به آزمونههاي پيشتيمار نشده (2/3- درصد) افت بيشتري را از خود نشان داده است، درحاليکه اثر پيشتيمار در آبشويي چندان محسوس نيست و اختلاف بين آزمونههاي پيشتيمار شده و پيشتيمار نشده 4/0 درصد ميباشد.
شکل 2. تاثير تيمار و پيشتيمار بر مقادير دانسيته
شکل (3) اثر آبشويي و اتانول-استنشويي در
آزمونههاي پيشتيمار شده و پيشتيمار نشده را بر مقادير مدولالاستيسيته به نمايش درآورده است. هر دو تيمار
آبشويي و الکل-استنشويي اثر معنيداري بر مقادير
مدولالاستيسيته نداشته است. پيشتيمار نيز سبب اثر معنيدار بر مقادير حاصل از آزمونههاي آبشويي شده و
اتانول-استنشويي شده نداشته است.
شکل 3. تاثير تيمار و پيشتيمار بر مقادير مدولالاستيسيته
در شکل (4) به مقايسه تغييرات ميرايي ارتعاش در اثر آبشويي و اتانول-استنشويي در آزمونههاي پيشتيمار شده و پيشتيمار نشده پرداخته شده است. هر دو تيمار آبشويي و الکل-استنشويي باعث کاهش معنيدار مقادير ميرايي ارتعاش در آزمونهها شده است. نتايج حاکي از افت بيشتر مقادير ميرايي ارتعاش در الکل-استنشويي (8/5- درصد) نسبت به آبشويي (6/4- درصد) ميباشد. ضمن اينکه
پيشتيمار تخمير در هر دو شيوه آبشويي (7/5- درصد) و اتانول-استنشويي (2/9- درصد) سبب افت بيشتر مقادير ميرايي ارتعاش شده است.
شکل 4. تاثير تيمار و پيشتيمار بر مقادير ميرايي ارتعاش
کارآیي تبديل آکوستيک آزمونههاي آبشويي شده و اتانول-استنشويي شده نيز به طور معنيداري از خود افزايش نشان داده است (شکل 5). همانطور که در جدول (1) و شکل (5) ملاحظه ميشود آبشويي 8/6 درصد و
اتانول-استنشويي 8/9 درصد مقادير حاصل از اين فاکتور را افزايش داده است. اجراي پيشتيمار تخمير نيز روند صعودي مقادير کارآيي تبديل آکوستيک را در آبشويي به 8/9 درصد و در اتانول-استنشويي به 3/16 درصد رسانده است.
شکل 5. تاثير تيمار و پيشتيمار بر مقادير کارآيي تبديل آکوستيک
بحث و نتيجهگيري
با توجه به نقش غيرساختماني مواد استخراجي، کاهش دانسيته بر اثر هر دو تيمار همانند تحقيقات نتایج حاصل از تحقیقات پيشين بديهي بود (Roohnia et al., 2015; Segplpayegani et al., 2012). در اين بين، در آزمونههاي پيشتيمار نشده، اثر اتانول-استنشويي بيش از اثر آبشويي بود. نتيجه حاصل را ميتوان به ماهيت شيميايي مواد استخراجي گونه سرو سيمين و انحلال بيشتر اين مواد در ترکيب اتانول-استن نسبت داد. نتيجهاي که Segolpayegani و همکاران (2012)، Roohnia و همکاران (2015) و
ملاییکندلوسی (1394) نيز بهترتيب در مورد گونههاي توت سفيد، افرا پلت و افرا چناري گزارش دادهاند. اثر پيشتيمار در اتانول-استنشويي باعث افت بيشتر مقادير دانسيته، نسبت به آزمونههاي بدون پيشتيمار اتانول-استن-شویی شده و
آبشويي شده است (Segolpayegani et al., 2012; Roohnia et al., 2015;). اين مورد را ميتوان به خروج بيشتر مواد استخراجي از آزمونهها در اثر پيشتيمار با مخمر از يکسو و از سوی دیگر به قابليت انحلال بيشتر مواد استخراجي حذف شده در اتانول-استن نسبت داد، چرا که پيش از اين نيز صداقت و همکاران (1394) نيز اعلام نمودند که قندها و ترکيبات آروماتيکي بيشترين درصد مواد استخراجي گونه سرو سيمين در اثر حذف با اتانول را دارا هستند. با توجه به نقش غيرساختاري اغلب مواد استخراجي در ساختمان چوب و همچنين شرايط آزمون که در فشار اتمسفر و دماي کم صورت پذيرفت، بدون تغيير ماندن مقادير مدولالاستيسيته، دور از انتظار نبود. پيش از اين نيز ساير محقيقين از جمله ملایی کندلوسی (1394) Segolpayegani و همکاران (2012)، Roohnia و همکاران (2015)، Miao و همکاران (2021) و همچنين Zamaninasab و همکاران (2023) نتايج مشابه تحقيق حاضر را در مورد مدولالاستيسيته ديناميک گزارش داده بودند. ميرايي ارتعاش يکي از مهمترين شاخصههاي چوبآلات مورد استفاده در سازهای موسیقی ميباشد.
Guilandina echinata |
در تحقيق حاضر، خروج مواد استخراجي سبب کاهش معنيدار مقادير ميرايي ارتعاش گرديد که در اين بين، اجراي پيشتيمار قبل از اتانول-استنشويي بيشترين تاثير را بر مقادير از خود به جاي گذاشت. بنابراين ميتوان گفت ماهيت مواد استخراجي موجود در گونه سرو سيمين تاثير منفي در خواص صوتي آن دارد. کارآيي تبديل آکوستيک نه تنها بهعنوان اصليترين معيار در انتخاب چوبآلات با مصرف ادوات موسيقي معرفي شده (Roohnia, 2019)، بلکه بهعنوان معياري دقيق از وضعيت داخلي چوب از نظر وجود معايبي همچون گره و ترک معرفي شده است (کهنترابي و همکاران 1399؛ Kohantorabi et al., 2015; Kohantorabi et al., 2020). پيش از اين نيز در چوب گونههاي افراپلت، افرا چناري و گردو روند افزايشي فاکتور مذکور در اثر آبشويي و الکل-استنشويي گزارش شده بود (Roohnia et al., 2015; Mollaeikandelousi et al., 2016; Zamaninasab et al., 2023). نتايج اين تحقيق نيز ضمن تاييد تحقيقات پيشين بیانگر آن است که پيشتيمار با مخمر سبب افزايش روند صعودي مقادير کارآيي تبديل اکوستيک به دنبال خروج بهتر و بيشتر مواد استخراجي، پس از آبشويي و اتانول-استنشويي ميگردد. بنابراين با توجه به نتايج بهدست آمده ميتوان گفت الکل-استنشويي آزمونههاي سرو سيمين نسبت به آبشويي آنها اثر مثبت بيشتري بر کارآیی تبدیل آکوستیک دارد. ضمن اينکه اجراي پيشتيمار با مخمر سبب ارتقا بيشتر ويژگيهاي آکوستيکي در هر دو روش آبشويي و اتانول-استنشويي ميگردد.
صداقت، ا.، عبدالخانی، ع. و خدائیانچگینی، ف. (1394) استخراج و خالصسازی لیگنان زیست فعال ماتایی رزینول موجود در گرههای گونه سرو سیمین (Cupressus arizonica). صنایع چوب و کاغذ ایران، 6(2): 325-331.
کهنترابي، م.، حمصي، ا.م.، طلاييپور، م.، روح نيا، م. و بازيار، ب. (1399) اثر ناهمگنی مصنوعی دانسیته بر مدولبرشی دینامیک چوب بلوط بلند مازو (Quercus castaneifolia). تحقیقات منابع طبیعی تجدیدشونده، 11(2): 45-52.
ملائیکندلوسی، م.، روحنیا،م. و نعیمیان، ن. (1394) بررسی مقدماتی ویژگیهای آکوستیک چوب افرا پلت. جنگل و فرآوردههای چوب، 68(4): 959-970.
Bodig, J. and Jayne, B.A. (1993) Mechanics of wood and wood composite. New York: Van Nostrand Reihold, 736p.
Farvardin, F., Roohnia, M. and Lashgari, A. (2015) The effect of extractives on acoustical properties of Persian silk wood (Albizia julibrissin). Maderas Ciencia y Tecnología, 17(4): 749-758.
Gan, W., Chen, C. and Kim, H.T. (2019a) Single-digit-micrometer thickness wood speaker. Nat Commun, 10(1):1–8.
Gan, W., Chen, C. and Wang, Z. (2019b) Dense, self-formed char layer enables a fire - retardant wood structural material. Advanced Functional Materials, 29(14): 1807444.
Ghaznavi, M., Rostamisani, A., Roohnia, M., Jahanlatibari, A. and Yaghmaeipour, A. (2013) Traditional varnishes and acoustical properties of wooden soundboards. Science International, 12(1): 401-407.
Kohantorabi, M., Hemmasi, A.M., Talaeipour, M., Roohnia, M. and Bazyar, B. (2020) Effect of artificial inhomogeneity of density and drilling on dynamic properties developed by poplar block species (Populus Nigra) jointed with oak wood (Quercus Castaneifolia) Beams. BioResources, 15(3): 4711-4726.
Kohantorabi, M., Hossein, M.A., Shahverdi, M. and Roohnia, M. (2015) Vibration based NDT methods to verify wood drying efficiency. Drvna Industrija, 66(3): 221-228.
Matsunaga, M., Minato, K. and Nakatsubo, F. (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. DOI: 10.1007/BF00776458/
Miao, Y.Y., Li, R., Qian, X.-D., Yin, Y.-X., Yang, Y., Jin, X.-L., Lin, B., Liu, Y.-X. and Liu, Z.-B. (2021) Effect of extraction on the acoustic vibrational properties of Picea jezoensis var. microsperma (Lindl.). Annals of Forest Science, 78(24): 1-13.
Minato, K., Konka, Y., Bremaud, I., Suzuki, S. and Obataya, E. (2010) Extractives of Muirapiranga (Brosimun sp.) and its effects on the vibrational properties of wood. Journal of Wood Science, 56(1): 41-46.
Obataya, E., Umezawa, T., Nakatsubo, F. and Norimoto, M. (1999) The effect of water-soluble extractives on the acoustic properties of reed (Arundo donax L.). Holzforschung, 53(1): 63-67.
Roohnia, M. (2019) Wood: Vibration and acoustic properties. In: Reference module in materials science and materials engineering (19th Ed.), Elsevier Inc., Amsterdam, Netherlands, pp: 1-13.
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.
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.
Segolpayegani, A., Brémaud, I., Gril, J., Thevenon, M.F. and Pourtahmasi, K. (2012) Effect of extractions on dynamic mechanical properties of white mulberry (Morus alba). Journal of Wood Science, 58(2): 153-162.
Wegst, U.K.G. (2006) Wood for sound. American Journal of Botany, 93(10): 1439-1448.
Xu, W., Wu, Z. and Zhang, J. (2014). Effects of species and growth ring angles on acoustic performance of wood as resonance boards. Wood Fiber Sciense, 46(3): 412–420.
Zamaninasab, S., Lashgari, A., Roohnia, M., Jahan-Latibari, A. and Tajdini, A. (2023) Fermentation pretreatment and extraction’s effect on the acoustic properties of walnut wood (Juglans regia). BioResources, 18(3): 5085-5095.
Effect of removing extractives on the acoustic properties of cypress wood (Cupressus arizonica)
Soheila Zamaninasab1, Amir Lashgari2*, Mehran Roohnia3, Ahmad Jahan-Latibari3, and Ajang Tajdini2
1) Ph.D. Student, Department of Wood and Paper Science and Technology, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran.
2) Associate Professor, Department of Wood and Paper Science and Technology, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran.
*Corresponding author email: amir.lashgari@kiau.ac.ir
3) Professor, Department of Wood and Paper Science and Technology, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran.
Date of Submission: 2023/09/26 Date of Acceptance: 2024/01/02
Abstract
In this research, the effect of the soaking process and ethanol-acetone washing as well as fermentation pre-treatment in Cypress wood (Cupressus arizonica) on acoustic properties has been investigated. The samples were subjected to pre-treatment with bread yeast and without pre-treatment, washing with water and removal of extractives in organic solvent and subjected to dynamic test by forced vibration test in the free-free beam. Both methods of soaking process and ethanol-acetone washing resulted in a significant decrease in the density and vibration damping, while the values of acoustic conversion efficiency showed an increase. The amount of improvement of acoustic properties due to ethanol-acetone washing was more than water washing. The fermentation pre-treatment increased the changes in both water washing and ethanol-acetone washing methods. The dynamic modulus of elasticity did not show any significant change in water washing, ethanol-acetone washing and fermentation pretreatment. In general, the ethanol-acetone washed samples under fermentation pretreatment left the highest acoustic indices.
Keywords: ACE, Cypress wood, Sound, Treatment, Vibration.