نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• شهرزاد عمرانی قهجاورستانی ¹
• امیر لشگری ²
• مهران روح نیا ³
• آژنگ تاج دینی ¹
• سید خسرو حسین اشرفی ⁴

¹ گروه مهندسی صنایع چوب و فرآورده‌های لیگنوسلولزی، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران.

² گروه مهندسی صنایع چوب و فرآورده های لیگنوسلولزی ، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران.

³ گروه مهندسی صنایع چوب و فرآورده های لیگنوسلولزی، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران

⁴ گروه مهندسی صنایع چوب و فرآورده‌های لیگنوسلولزی، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: چوب به دلیل رفتار ارتوتروپیک، دانسیته پایین، سختی بالا و ویژگی‌های استثنایی میرایی پایین ارتعاش، همچنان برترین ماده در ساخت رزوناتورهای آکوستیک و صفحات رزونانس به‌شمار می‌رود. جهت بهینه‌سازی هم‌زمان حفاظت سطحی و بازده آکوستیکی، اصلاح سطح چوب با استفاده از پوشش‌های چندلایه طبیعی بر پایه الکل به عنوان راهکاری کارآمد مطرح است. با این حال، نوع فرمولاسیون و لایه‌چینی پوشش می‌تواند بر خواص ارتعاشی چوب تاثیرات متفاوتی بگذارد. هدف از این پژوهش، ارزیابی و مقایسه اثر دو سیستم پوشش طبیعی چندلایه الکلی (پوشش الکلی نارنجی و پوشش الکلی دراگون بلاد) بر خواص فیزیکی، مکانیکی و آکوستیکی-دینامیکی چوب نوئل (Picea abies) جهت معرفی پوشش بهینه بود.
مواد و روش‌ها: از الوار گونه سوزنی‌برگ نوئل (Picea abies) تعداد ۱۰ نمونه سالم، بدون عیب و در راستای طول الیاف با ابعاد 150×۱۲×2 میلی‌متر (طولی، شعاعی و مماسی) تهیه گردید. نمونه‌ها پس از پرداخت سطحی در شرایط اتاق کلیماتیزه (دمای ۲۱ درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ۶۵ درصد) نگهداری شدند. آزمون غیرمخرب ارتعاش اجباری خمشی پیش از اعمال پوشش انجام شد و نمونه‌ها بر اساس معیارهای استاندارد طبقه بندی گردیدند. نمونه‌ها به دو گروه ۵‌ تایی تقسیم شدند؛ گروه اول تحت پوشش‌دهی چندلایه الکلی نارنجی و گروه دوم تحت پوشش‌دهی چندلایه الکلی دراگون بلاد (شامل مراحل تیمار، فیلر، لایه میانی و پوشش نهایی) قرار گرفتند. برای اعمال پوشش‌ها از تکنیک سنتی فرنچ پولیش استفاده شد. پس از خشک شدن و کلیماتیزه شدن نمونه‌ها در پایان هر مرحله پوشش‌دهی، آزمون ارتعاش اجباری تکرار گردید. سیگنال‌های صوتی توسط نرم‌افزار Audacity ثبت و با سامانه ®NDT-lab تحلیل شدند. پارامترهای دانسیته، مدول الاستیسیته دینامیک، سرعت ارتعاش، ضریب آکوستیک، ضریب میرایی، کارایی تبدیل آکوستیک و امپدانس مکانیکی محاسبه و داده‌ها با نرم‌افزار Excel و تحلیل رگرسیون مورد مقایسه قرار گرفتند.
نتایج: نتایج نشان داد که اعمال هر دو نوع پوشش موجب تغییراتی در خواص فیزیکی و آکوستیکی چوب نوئل شد، اما پایداری و روند تغییرات در دو پوشش متفاوت بود. در پوشش الکلی نارنجی، دانسیته و سرعت ارتعاش با ضریب تعیین بالا (0.94R2 =) افزایش یافت و مدول الاستیسیته ویژه حفظ گردید. ضریب آکوستیک در هر دو پوشش دچار کاهش نسبی شد، اما در پوشش الکلی نارنجی این کاهش محدودتر و با ضریب تعیین بالاتر همراه بود (0.90R2 =). ارزیابی ضریب میرایی نشان داد که پوشش الکلی نارنجی بدون ایجاد تغییرات شدید ناگهانی، توزیع یکنواخت‌تر و پایداری بهتری در رفتار ارتعاشی ایجاد کرد (0.96R2 =)، در حالی که پوشش الکلی دراگون بلاد نوسانات ناهمگنی در میرایی نشان داد. همچنین، کارایی تبدیل آکوستیک در پوشش الکلی نارنجی در مراحل مختلف به مقادیر چوب خام نزدیک‌تر باقی ماند (0.91R2 =). امپدانس مکانیکی نیز در نمونه‌های پوشش داده شده با پوشش الکلی نارنجی افزایش یکنواخت و تثبیت بهتری را نسبت به پوشش الکلی دراگون بلاد تجربه کرد.
نتیجه‌گیری: هر دو پوشش طبیعی الکلی توانستند ساختار سبک‌وزن چوب را حفظ کنند. با این حال، پوشش الکلی نارنجی به دلیل ایجاد لایه یکنواخت‌تر و نفوذ کنترل‌شده‌تر، عملکرد به‌مراتب بهتری در حفظ و بهبود پایداری مکانیکی، سرعت ارتعاش، ضریب آکوستیک و کارایی تبدیل آکوستیک ارائه داد. این پوشش حداقل تغییرات نامطلوب را در ضریب میرایی ایجاد نمود. در مجموع، پوشش الکلی نارنجی به عنوان پوشش طبیعی برتر جهت بهینه‌سازی عملکرد آکوستیکی صفحات رزونانس چوب نوئل در ساخت سازهای موسیقی و کاربردهای آکوستیک معماری پیشنهاد می‌شود.
جمع بندی: این یافته‌ها نشان می‌دهد که استفاده از پوشش‌های طبیعی چند لایه با فرمولاسیون مناسب می‌تواند حفاظت سطحی چوب رزوناتور را بدون ایجاد افت قابل توجه در ویژگی‌های آکوستیکی آن بهبود بخشد. از این‌رو، نتایج این پژوهش مبنای ارزشمندی برای طراحی و توسعه سامانه‌های پوشش طبیعی پایدار جهت استفاده در سازهای موسیقی و سایر کاربردهای مهندسی آکوستیک با نیاز به پایداری ارتعاشی و دوام بالا فراهم می‌کند.

کلیدواژه‌ها

• رزوناتورهای آکوستیک
• خواص ارتعاشی
• آزمون غیرمخرب
• بهینه سازی

موضوعات

• فیزیک و مکانیک چوب