خشب صناعة الآلات الموسيقية

يشير مصطلح "خشب الرنين" إلى أنواع محددة من الأخشاب المستخدمة في صناعة آلات النفخ الخشبية أو الآلات الوترية الصوتية. ويوحي المصطلح بأن بعض الأنواع تتميز بخصائص تُحسّن الخصائص الصوتية للآلات، ولكن لطالما أُخذت خصائص أخرى للخشب، مثل المظهر الجمالي وتوافره، في الاعتبار عند اختيار الخشب لصناعة الآلات الموسيقية. ووفقًا لقاموس موتولا الموسوعي لمصطلحات صناعة الآلات الوترية ، فإن خشب الرنين هو:

الخشب المستخدم في صناعة الآلات الموسيقية الوترية. يُستخدم هذا المصطلح غالبًا للإشارة إلى أنواع الخشب المناسبة لصناعة الآلات الموسيقية الوترية، واستبعاد الأنواع غير المناسبة. إلا أن قائمة أنواع الخشب التي تُعتبر عمومًا من أخشاب صناعة الآلات الموسيقية تتغير باستمرار، وقد شهدت تغيرات مستمرة عبر التاريخ. ^{[ 1 ]}

بشكل عام، يُفضّل استخدام الأخشاب اللينة الصلبة والخفيفة (أي من الأشجار الصنوبرية) في صناعة ألواح الصوت أو الأسطح الشبيهة بها، والتي تنقل اهتزازات الأوتار إلى الهواء المحيط. أما الأخشاب الصلبة (أي من الأشجار المتساقطة الأوراق) فتُفضّل في صناعة جسم الآلة أو هيكلها. تشمل الأخشاب المستخدمة في آلات النفخ الخشبية خشب الأبنوس الأفريقي ( Dalbergia melanoxylon ) - المعروف أيضًا باسم غريناديلا - المستخدم في آلات الكلارينيت والأوبوا الحديثة، بالإضافة إلى مزمار الحفلات الخشبي. عادةً ما تُصنع آلات الباسون من خشب القيقب الصلب، وخاصةً قيقب النرويج ( Acer platanoides )، ولكن في بعض الأحيان يُستخدم خشب الورد وخشب الباليساندر ( Dalbergia spp. ) في آلات الباسون القديمة أو ذات النظام الفرنسي. قد تُصنع المزامير الخشبية، والريكوردر، والأوبوا، وآلات النفخ الشبيهة بالكلارينيت في العصور الباروكية والكلاسيكية من أنواع مختلفة من الأخشاب الصلبة، مثل الكمثرى ( Pyrus spp. )، أو البقس ( Buxus spp. )، أو الأبنوس ( Diospyros spp. ).

بعض الخصائص الميكانيكية لأنواع الأخشاب الشائعة المستخدمة في صناعة الآلات الموسيقية، مصنفة حسب الكثافة.

تمت إضافة ألياف الكربون المقواة بالبوليمر، والزجاج، والألومنيوم، والفولاذ للمقارنة، لأنها تستخدم أحيانًا في الآلات الموسيقية.

تُقاس الكثافة عند نسبة رطوبة 12% في الخشب، أي في هواء بدرجة حرارة 21 درجة مئوية (70 فهرنهايت) ورطوبة نسبية 65%. ^{[ 15 ]} يُفضل معظم صانعي الآلات الموسيقية المحترفين استخدام خشب بنسبة رطوبة 8% (رطوبة نسبية 45%)، ويكون وزن هذا النوع من الخشب أقل في المتوسط ​​من الوزن المذكور هنا، لاحتوائه على كمية أقل من الماء.

البيانات مستقاة من قاعدة بيانات الخشب، ^{[ 16 ]} باستثناء نسبة بواسون ( _νLR) ، المستقاة من مختبر منتجات الغابات التابع لدائرة الغابات الأمريكية، وزارة الزراعة الأمريكية. ^{[ 17 ]} النسبة المعروضة هنا خاصة بالتشوه على طول المحور القطري الناتج عن الإجهاد على طول المحور الطولي.

نسبة انكماش الحجم الموضحة هنا هي مقدار الانكماش في الأبعاد الثلاثة جميعها أثناء تحول الخشب من حالته الرطبة إلى حالته الجافة تمامًا. يمكن استخدام هذه النسبة كمؤشر نسبي لمدى تغير الخشب الجاف مع تغير الرطوبة، وهو ما يُشار إليه أحيانًا بـ "استقرار" الآلة. مع ذلك، يعتمد استقرار الضبط بشكل أساسي على الانكماش الطولي للرقبة، والذي يتراوح عادةً بين 0.1% و0.2% فقط من الحالة الرطبة إلى الجافة. ^{[ 18 ]} يعود انكماش الحجم في الغالب إلى الانكماش القطري والمماسي. في حالة الرقبة (المقطوعة ربعيًا)، يؤثر الانكماش القطري على سُمك الرقبة، بينما يؤثر الانكماش المماسي على عرضها. بالنظر إلى الأبعاد المعنية، يُفترض أن يكون هذا الانكماش غير ملحوظ عمليًا. أما انكماش طول الرقبة، كنسبة مئوية، فهو أقل بكثير، ولكنه كافٍ، بالنظر إلى الأبعاد، للتأثير على نغمة الأوتار.

يُعرَّف معامل إشعاع الصوت ^{[ 19 ]} على النحو التالي:

${\displaystyle R={\sqrt {\cfrac {E}{{\rho }^{3}}}}}$

أين${\displaystyle E}$ρ هو معامل الانحناء بالباسكال (أي الرقم الموجود في الجدول مضروبًا في 10 ⁹ )، وρ هي الكثافة بالكيلوجرام/م ³ ، كما هو موضح في الجدول.

يتضح من ذلك أن صوت سطح الآلة الوترية يزداد مع زيادة صلابته، ويقل مع زيادة كثافته. فالأخشاب ذات الصوت الأعلى، مثل خشب التنوب سيتكا، خفيفة الوزن وصلبة، مع الحفاظ على القوة اللازمة. أما الأخشاب الأكثر كثافة، مثل خشب القيقب الصلب، الذي يُستخدم غالبًا في صناعة أعناق الآلات الوترية، فهي أقوى ولكن صوتها أقل (R = 6 مقابل 12).

عند استخدام الخشب كسطح علوي لآلة موسيقية صوتية، يمكن وصفه باستخدام نظرية الصفائح واهتزازاتها . صلابة الانحناء لصفيحة متجانسة الخواص هي:

${\displaystyle D={\cfrac {EH^{3}}{12(1-\nu ^{2})}}}$

أين${\displaystyle E}$يمثل معامل الانحناء للمادة،${\displaystyle H}$سمك الصفيحة، و${\displaystyle \nu }$يمثل معامل بواسون للمادة. تُقاس صلابة الصفيحة بوحدة باسكال متر ^مكعب (ما يعادل نيوتن متر)، لأنها تشير إلى العزم لكل وحدة طول لكل وحدة انحناء، وليس العزم الكلي. الخشب ليس متجانس الخواص ، بل متعامد الخواص ، لذا تصف هذه المعادلة الصلابة في اتجاه واحد. على سبيل المثال، باستخدام 𝜈LR، نحصل على الصلابة عند الانحناء على المحور الطولي (مع اتجاه الألياف)، كما هو معتاد في سطح الآلة الموسيقية. عادةً ما تكون هذه الصلابة أكبر من 10 إلى 20 مرة من الصلابة العرضية لمعظم أنواع الخشب.

قيمة${\displaystyle D}$تم حساب القيم الموضحة في الجدول باستخدام هذه الصيغة وسمك معين.${\displaystyle H}$بقطر 3 مم.

عند استخدام الخشب كعنق للآلة الموسيقية، يمكن وصفه باستخدام نظرية العوارض . صلابة الانحناء للعوارض (المعرفة على النحو التالي)${\displaystyle EI}$) يتغير على طول الطول كدالة لـ x كما هو موضح في المعادلة التالية:

${\displaystyle \ EI{dy \over dx}\ =\int _{0}^{x}M(x)dx+C_{1}}$

أين${\displaystyle E}$يمثل معامل الانحناء للمادة،${\displaystyle I}$هو عزم المساحة الثاني (بوحدة م⁴ ⁾ ،${\displaystyle y}$يمثل الإزاحة العرضية للشعاع عند النقطة x ، و${\displaystyle M(x)}$يمثل عزم الانحناء عند x . وحدة صلابة الانحناء للشعاع هي باسكال·م ⁴ (ما يعادل نيوتن·م²).

مقدار الانحراف عند نهاية العارضة الكابولية هو:

${\displaystyle w_{C}={\tfrac {PL^{3}}{3EI}}}$

أين${\displaystyle P}$يمثل الحمل النقطي في النهاية، و${\displaystyle L}$يمثل الطول. لذا فإن الانحراف يتناسب عكسيًا مع${\displaystyle EI}$بافتراض وجود رقبتين متماثلتين في الشكل والأبعاد،${\displaystyle I}$يصبح ثابتًا، ويصبح الانحراف متناسبًا عكسيًا مع${\displaystyle E}$باختصار، كلما زاد هذا الرقم لنوع معين من الخشب، قل انحناء رقبة الآلة تحت تأثير قوة معينة (أي من الأوتار).

اقرأ المزيد عن الخصائص الميكانيكية في قسم " الخشب المستخدم في صناعة الجيتارات" . ^{[ 20 ]}

بالإضافة إلى الاختلافات الملحوظة في الخصائص الصوتية، قد يستخدم صانع الآلات الوترية نوعًا معينًا من الخشب بسبب:

• التوافر
• استقرار
• الخصائص التجميلية مثل لون الخشب أو نسيجه
• التقليد
• الحجم (بعض الآلات الموسيقية تتطلب قطعًا كبيرة من الخشب المناسب)

تُستخرج العديد من أخشاب صناعة الآلات الموسيقية من مصادر مستدامة عبر تجار متخصصين. يُعدّ خشب التنوب، على سبيل المثال، شائعًا جدًا، لكن القطع الكبيرة ذات الحبيبات المتجانسة لا تُمثّل سوى نسبة ضئيلة من إجمالي المعروض، وقد تكون باهظة الثمن. يصعب العثور على بعض أخشاب صناعة الآلات الموسيقية في السوق المفتوحة، ولذا يلجأ صانعو الآلات الموسيقية على نطاق صغير غالبًا إلى إعادة تدوير الأخشاب، ^{[ 21 ] [ 22 ]} على سبيل المثال من مصائد سمك السلمون المهجورة في ألاسكا، ومن مواقع بناء قديمة مختلفة في شمال غرب المحيط الهادئ بالولايات المتحدة، ومن الأشجار المتساقطة، أو من عمليات إزالة مُصرّح بها خصيصًا في مناطق محمية حيث لا يُسمح بقطع الأشجار عمومًا. ^{[ 23 ]} وقد بدأ مصنّعو الآلات الموسيقية في السوق الشامل باستخدام الأخشاب الآسيوية والأفريقية، مثل خشب البوبينغا ( من جنس Guibourtia ) وخشب الوينجي ( Millitia laurentii )، كبدائل غير مكلفة لأخشاب صناعة الآلات الموسيقية التقليدية.

لطالما كان وادي فيم ، في جبال الألب بشمال إيطاليا، بمثابة مصدر لخشب التنوب عالي الجودة للآلات الموسيقية، ^{[ 24 ]} التي يعود تاريخها إلى الكمان الذي صنعه أنطونيو ستراديفاري وحتى ألواح صوت البيانو التي صنعها الصانع المعاصر فازيولي .

تختلف أنواع الأخشاب المستخدمة في صناعة الآلات الموسيقية اختلافًا كبيرًا. يفضل صانعو الغيتار عمومًا الخشب المقطوع شعاعيًا لأنه يوفر صلابة إضافية وثباتًا في الأبعاد. أما الأخشاب اللينة، مثل خشب التنوب، فقد تُشق بدلًا من نشرها إلى ألواح بحيث يتبع سطح اللوح اتجاه الألياف قدر الإمكان، مما يحد من عدم استقامة الخشب . وهذا مهم بشكل خاص للدعامات لأنه يزيد من قوتها إلى أقصى حد.

في معظم التطبيقات، يجب تجفيف الخشب قبل استخدامه، إما في الهواء أو في أفران خاصة. ^{[ 25 ]} يفضل بعض صانعي الآلات الموسيقية تجفيف الخشب لعدة سنوات إضافية. يُستخدم الخشب المستخدم في صناعة الآلات الموسيقية عادةً بنسبة رطوبة 8% (وهي نسبة متوازنة مع الهواء عند رطوبة نسبية 45%). هذه النسبة أقل رطوبة من نسبة الرطوبة التي تنتجها الأفران عادةً، والتي تبلغ 12% (رطوبة نسبية 65%). إذا حُفظت الآلة الموسيقية في بيئة ذات رطوبة أقل بكثير من تلك التي صُنعت فيها، فقد تتشقق. لذلك، يجب حفظ الآلات الموسيقية القيّمة في بيئات مُحكمة لمنع التشقق، وخاصةً تشقق سطحها.

يُخضع بعض مصنّعي الغيتارات الخشب لعملية التخفيف ، التي تُحاكي عملية التقادم الطبيعية لأخشاب صناعة الآلات الموسيقية. كما تُستخدم عملية التحميص لهذا الغرض، ولكنها غالبًا ما تُغيّر الخصائص الجمالية للخشب. ويدّعي صانعو الغيتارات الذين يستخدمون ألواح صوتية مُحمّصة تحسّنًا في النغمة، يُشبه نغمة الآلات القديمة. وتُعدّ الأخشاب اللينة، مثل التنوب والأرز والخشب الأحمر، والتي تُستخدم عادةً في ألواح صوت الغيتار، أسهل في التحميص من الأخشاب الصلبة، مثل القيقب.

في الغيتارات الرخيصة، أصبح من الشائع بشكل متزايد استخدام خشب الورد للوحة الأصابع، والذي يحاكي خشب الورد، ولكنه في الواقع شكل من أشكال خشب القيقب المعدل حرارياً .

تزداد شعبية أعناق الغيتار المصنوعة من خشب القيقب "المحمص" مع ادعاءات المصنّعين بزيادة صلابتها وثباتها في الظروف المتغيرة (الحرارة والرطوبة). ومع ذلك، فبينما أشارت الاختبارات الهندسية للخشب المُعدّل حراريًا إلى زيادة مقاومته للرطوبة، فقد أظهرت أيضًا انخفاضًا ملحوظًا في قوته (نقطة الكسر القصوى)، في حين بقيت صلابته (معامل الانحناء) ثابتة أو انخفضت قليلًا. ^{[ 26 ] [ 27 ]} ورغم إمكانية التحكم في انخفاض القوة عن طريق خفض درجة حرارة العملية، إلا أن الشركة المصنّعة لا تنصح باستخدام منتجها لأغراض إنشائية. مع ذلك، ربما يكون من الممكن تعويض هذا النقص في قوة الغيتارات باستخدام دعامات من ألياف الكربون في الأعناق وزيادة التدعيم في الأسطح.

• مقال تجاري عن أنواع الأخشاب المستخدمة في صناعة آلات النفخ الخشبية
• قاعدة بيانات Guitarbench لأنواع الأخشاب المستخدمة في صناعة الموسيقى
• دليل آلان أرنولد التفاعلي لأخشاب صناعة الموسيقى
• دليل الهراطقة لأخشاب صناعة الموسيقى
• المزيد عن خشب الجيتار
• أخشاب صناعة الجيتارات
• خشب غيتار تايلور الصوتي