مقدمه

ویولن‌سازی هنری است که علم مواد، تجربه‌ی زیسته و اقلیم طبیعی را در هم می‌آمیزد. از سده شانزدهم میلادی، استادانی مانند استرادیواری و گوارنری با شناخت دقیق خواص چوب، توازن میان حجم صوت و پاسخ ارتعاشی ساز را تثبیت کردند. انتخاب چوب براساس سه معیار کلیدی است: ویژگی‌های فیزیکی، رفتار در رطوبت و کیفیت آکوستیکی.

بررسی چوب‌های اصلی ویولن

افرا [Maple]

چوب افرا [Maple] یکی از اصلی‌ترین مصالح در ساخت بدنه‌ی ویولن است و معمولاً برای ساخت صفحه ی پشتی ساز [Back Plate]، کناره‌ها یا کلاف‌ها [Ribs]، دسته‌ی ویولن [Neck] و گاهی خرک [Bridge] نیز از گونه‌ای خاص از افرا ساخته می‌شود. در ساختار آکوستیکی ویولن، افرا نقش بازتاب‌دهنده و شکل‌دهنده‌ی ارتعاشات صوتی را دارد. برخلاف صنوبر که بیشتر نقش تولید و تقویت ارتعاش را ایفا می‌کند، افرا وظیفه دارد ارتعاشات ایجاد شده را بازتاب و متمرکز کند تا صدا وضوح و تمرکز بیشتری داشته باشد.چند گونه‌ی خاص از افرا برای ویولن سازی حائز اهمیت است. مهم‌ترین و تاریخی‌ترین نوع مورد استفاده در ویولن‌سازی کلاسیک افرا اروپایی [European Maple – Acer pseudoplatanus] می باشد. این نوع از چوب افرا در مناطقی از ایتالیا، سوییس، آلمان و ناحیه بالکان یافت می شود. رگه های موج دار زیبا، تراکم مناسب از خصوصیات مثال زدنی این نوع از افرا می باشد که در مجموع باعث پایداری پاسخ آکوستیکی متعادل می شود. افرا سخت آمریکایی [Hard Maple – Acer saccharum]
نیز در مناطقی از کانادا و ایالات متحده یافت می شود از گونه اروپایی سخت تر، کمی چگال تر است و بیشتر در سازهای مدرن استفاده می شود. چگالی متوسط افرا حدود ۰٫۶۰ تا ۰٫۷۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب می باشد که این مقدار تقربیا دو برابر صنوبر است. این ویژگی باعث می شود که صفحه پشتی ساز انرژی صوتی را با پرتاب [Projection] بهتر بازتاب بدهد و ارتعاشات کنترل شده موجب تولید صدایی واضح و متمرکز شود. شاخص سختی افرا در مقیاس Janka hardness حدود ۱۴۰۰ تا ۱۵۰۰ lbf (سه برابر سخت تر از صنوبر) است. این مقدار برای مقاومت در برابر فشار سیم ها مناسب است و در عین حال اجازه می دهد چوب مقدار محدودی ارتعاش را منتقل کند.

ساختار الیاف و الگوی موج دار رگه ها [Flame Maple یا Curly Maple] باعث افزایش استحکام عرضی، بازتاب بهتر امواج صوتی و ایجاد جلوه بصری خاص در ساز می شود. در سازهای ارزشمند، این رگه‌ها به صورت متقارن [Bookmatched] در صفحه‌ی پشت قرار می‌گیرند.برای ساخت ساز افرا برای کاهش تاب برداشتن، افزایش پایداری ابعادی، بهبود انتقال ارتعاشات، نمایان شدن الگو موج دار چوب معمولا با برش شعاعی [Quarter-sawn] تهیه می‌شود. افرا در برابر رطوبت نسبت به صنوبر پایدارتر است اما همچنان جاذب رطوبت است. معمولا برای بهبود رزوناس صوتی و تنش داخلی چوب افرا باری ۵ الی ۱۰ سال خشک سازی طبیعی صرف می شود. افرا به دلیل بافت متراکم و سطح صاف، بهترین واکنش را به لاک ویولن [Violin Varnish] نشان می‌دهد.

صنوبر [Spruce]

چوب صنوبر [Spruce] مهم‌ترین ماده‌ی سازنده‌ی صفحه‌ی رویی ویولن مانند دیافراگم صوتی است. صفحه رویی نقش اصلی در دریافت انرژی ارتعاشی از خرک [Bridge]، تقویت ارتعاشات، انتقال صدا به بدنه ساز و انتشار امواج صوتی در فضا را دارد. در واقع، بیش از هر بخش دیگری از ساز، کیفیت صوتی ویولن به ویژگی‌های آکوستیکی این چوب وابسته است. دلیل اصلی این اهمیت، نسبت بسیار مطلوب میان وزن کم و سختی بالا است که اجازه می‌دهد صفحه‌ی ساز به‌سرعت و با کمترین اتلاف انرژی به ارتعاش درآید. به بیان فیزیکی، صنوبر دارای مدول الاستیسیته‌ی طولی بالا نسبت به چگالی [High stiffness-to-weight ratio] است؛ ویژگی‌ای که برای صفحات رزونانسی در سازهای موسیقی ایده‌آل محسوب می‌شود.

صنوبر آلپی [Alpine Spruce – Picea abies] مرغوب ترین نوع موجود برای ویولن های حرفه ای در مناطقی از سوییس، اتریش، ایتالیا و جنوب آلمان برداشت می شود. ویژگی اصلی این چوب رگه های یکنواخت، فیبر مستقیم و پاسخ آکوستیکی بسیار شفاف است. صنوبر سیـتکا [Sitka Spruce – Picea sitchensis] در مناطقی از آمریکای شمالی، کانادا و آلاسکا یافت می شود و نسبت به صنوبر آلپی کمی سنگین تر است اما مقاومت بیشتری دارد و در سازهای مدرن کاربرد فراوان دارد. صنوبر کارپات [Carpathian Spruce] در مناطقی از رومانی، اوکراین و اسلواکی یافت می شود این نوع از صنوبر شباهت زیادی به گونه آلپی دارد و کیفیت و پاسخ آکوستیکی بسیار مطلوبی دارد.

چگالی میانگین چوب صنوبر ۰٫۳۵ تا ۰٫۴۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب است. این چگالی پایین باعث می شود که صفحه رویی ساز به راحتی توسط فرکانس های تولید شده از سیم ها مرتعش شود و انرژی سیم ها سریع با کمترین اتلاف منتقل می شود. صدای ساز شفاف و پاسخ دهی بسیار سریع می باشد. علاوه بر این ویژگی سبکی و چگالی پایین چوب صنوبر استحکام طولی بسیار بالا در راستای الیاف دارد و این باعث می شود که صفحه رویی ساز در عین سبک بودن در برابر فشار متداوم سیم ها تغییر شکل ندهد. ساختار الیاف و رگه ها (ساختار فیبری مستقیم و منظم) باعث می شود که ارتعاشات تولید شده به صورت خطی با توزیع مناسب در طول صفحه ساز حرکت کنند و باعث پاسخ فرکانسی متعادل در ساز شود. برای سود بردن از از بافت منظم و مستقیم جهت برش چوب صنوبر همیشه باید با برش شعاعی [Quarter-sawn] انجام شود. برش اصولی باعث می شود الیاف در معرض و راستای ارتعاش قرار بگیرند و انتقال صوت بهینه می شود. علاوه بر این بافت صنوبر با برش درست باعث کاهش تاب برداشتن صفحه می شود. در این روش، تنه‌ی درخت به‌گونه‌ای برش داده می‌شود که حلقه‌های رشد تقریباً عمود بر سطح صفحه قرار گیرند.

صنوبر چوبی نسبتاً هواخور [Hygroscopic] است؛ یعنی رطوبت محیط را جذب و دفع می‌کند به همین دلیل چوب ویولن معمولاً ۵ تا ۱۵ سال زمان برای خشک شدن لازم دارد. خشک‌کردن طبیعی چوب بسیار مهم است زیرا این کار باعث کاهش تنش داخلی چوب، تثبیت ساختار سلولی افزایش کیفیت رزونانس می شود. به دلیل تخلخل نسبتاً بیشتر نسبت به افرا، صنوبر باید با دقت بیشتری پوشش داده شود. پوشش های رایج شلاک [Shellac] و لاک روغنی [Oil Varnish] هستند که باعث محافظت از چوب بدون ایجاد محدودیت ارتعاشی صفحه و حفظ رزونانس چوب و همچنین باعث گرم تر شدن ظاهر ساز می شود.

جالب است بدانیم که بسیاری از کارگاه‌های مشهور ویولن برای دسترسی به چوب با کیفیت، امکان خشک کردن طبیعی در اقلیم مناسب و کاهش هزینه های مرتبط به بخش حمل و نقل در نزدیکی منابع طبیعی و جنگل‌های صنوبر شکل گرفتند. مراکز مهم تولید و ساخت ساز Cremona نزدیک جنگل های آلپ واقع در شمال ایتالیا، Mittenwald در نزدیکی نزدیکی به جنگل‌های صنوبر باواریایی آلمان و فوگتلند [Vogtland]¹ می باشند.

آبنوس [Ebony]

سخت‌ترین چوب مورد استفاده در ویولن، دارای چگالی بالا، تخلخل بسیار ریز [Micro-porosity] و بسیار مقاوم به رطوبت است. در گریف، گوشی و چانه‌گیر کاربرد دارد و پایداری مکانیکی آن مانع تغییر شکل در بلندمدت می‌شود. آبنوس چوبی است از جنس [Diospyros]، متعلق به مناطق گرمسیری گابون، کامرون، نیجریه، تانزانیا، هند، سریلانکا و اندونزی. گونه‌های رایج در ویولن‌سازی [Gabon Ebony] – سیاهِ یکنواخت، سنگین، مرغوب‌ترین برای گریف، [Ceylon Ebony] – کمی رگه‌دار، سختی بسیار بالا، [Macassar Ebony] – رگه‌های قهوه‌ای؛ کمتر مورد استفاده برای ویولن، بیشتر در سازهای فرت‌دار هستند. در قرن‌های ۱۶–۱۸، کارگاه‌های اروپایی مانند کرمونا [Cremona]، میتن‌والد [Mittenwald] و مارک‌نوی کیرشن [Markneukirchen]، آبنوس را به‌عنوان کالای وارداتی لوکس دریافت می‌کردند و به همین دلیل استفاده از آن در گریف تبدیل به یک استاندارد جهانی شد.

میانگین چگالی آبنوس بین ۰.۹۵ تا ۱.۲۰ گرم بر سانتی متر مکعب می باشد به دلیل دانسیته یا چگالی بالا وزن این چوب بالا می باشد و این چگالی باعث افزایش پایداری گریف در برابر فشار سیم ها و مقاومت بسیار بالا در تغییر شکل در طول زمان و همچنین کاهش لرزش های ناخواسته و حفظ انتقال خطی نیرو از سیم ها بخاطر سختی سطحی [Hardness]. شاخص Janka hardness² آبنوس حدود ۳۰۰۰ الی ۳۵۰۰ lbf می باشد. این شاخص برای چوب های مثل افرا [Maple] ≈ ۱۴۵۰ lbf و برای صنوبر [Spruce] ≈ ۵۰۰ lbf می باشد. این سختی بسیار بالا آبنوس را به انتخاب شماره یک برای ساخت گریف [Fingerboard]، گوشی ها [Pegs] و چانه گیر [Chinrest] تبدیل کرده است.

همچنین خاصیت بافت و ریزتخلخل‌ها [Micro-porosity] در چوب آبنوس باعث جذب و نفوذ بسیار محدود رطوبت می شود لذا عدم تورم و انقباض و پایداری آن در اقلیم های خشک و مرطوب و ایجاد سطح بسیار صاف و صیقلی پس از مرحله پرداخت [Polishing] از مزیای دیگر استفاده چوب آبنوس می شود. رفتار و تداوم چوب در برابر رطوبت [Moisture Absorption / Dimensional Stability] این چوب را به یکی از پایدارترین چوب های جهان کرده است. تخلخل کم اجازه ورود رطوبت را بسیار محدود می کند. دیواره های سلولی ضخیم هستند و وجود مواد استخراجی [Extractives] ³ طبیعی موجب حفظ خاصیت ضد باکتری و قارچ می شود.

خواصی که عنوان شد باعث نقش پذیری بسیار مهم آبنوس در بخش‌های مختلف ویولن از جمله گریف، گوشی ها و چانه گیر شده است. گریف ساخته شده از چوب آبنوس علاوه بر مقاومت به سایش در اثر تماس مداوم سیم ها و انگشتان پایداری طولی بسیار مطلوبی را تحت فشار مداوم سیم ها حفظ می کند. صافی سطح و قابلیت پرداخت در حد دقت میکرون همگی بخاطر مقاومت بالا و چگالی مناسب این چوب است. در ساخت گوشی های نکته بسیار مهم «اصطکاک قابل کنترل» است. بافت فشرده‌ی آبنوس این اصطکاک ایده‌آل را ایجاد می‌کند و باعث می شود که گوشی ها ضمن حفظ کوک سیم ها تحت فشار مداوم اصطکاک مناسبی ایجاد کند که در فرآیند کوک کردن سیم های ساز نه زیادی با جعبه گوشی ها درگیر شود و گیر کند و نه دچار لغزندگی افراطی شود. چانه گیر هم به دلیل تماس دائم با پوست و تعریق زیاد احتیاج به چوبی دارد که در برابر نفوذ رطوبت مقاوم باشد تا در طول زمان نه تغییر شکل بدهد و نه ترک بخورد.

پرنامبوکو [Pernambuco]

چوب پرنامبوکو [Pernambuco] بهترین و استانداردترین ماده برای ساخت آرشه‌های حرفه‌ای ویولن، ویولا و ویولنسل، کنترباس است. در فیزیک سازهای آرشه‌ای، آرشه یک سیستم «جرم – فنر – میرایی» است. پرنامبوکو در این سیستم بهترین گزینه برای ایفای نقش فنر، انتقال عالی انرژی حرکتی نوازنده و انتقال دقیق فشار رو به پایین محسوب می شود. خصلت پاسخ دهی دقیق و پیش بینی پذیری باعث شده که از قرن ۱۸ تا امروز، پرنامبوکو استاندارد طلایی در ساخت آرشه‌های باکیفیت باشد.

این چوب از گونه‌ی گیاهی [Paubrasilia echinata] به‌دست می‌آید و یکی از قوی‌ترین و پایدارترین چوب‌های دنیا از نظر انعطاف، بازگشت‌پذیری، و رفتار ارتجاعی محسوب می‌شود. در سیستم آکوستیکی سازهای آرشه‌ای، آرشه فقط یک ابزار تولید صدا نیست؛ بلکه یک منبع انتقال انرژی از دست نوازنده به سيم‌ها است. چوب پرنامبوکو در میان تمام چوب‌های جهان، به دلیل وزن مناسب، انعطاف پذیری، پایداری در برابر رطوبت و سرعت بازگشت پس از خم شدن بهترین تجربه تعادل را در حین نوازندگی به وجود می آورد. چگالی متوسط چوب پرنامبوکو ۰٫۹۵ تا ۱٫۱۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب می باشد. این چگالی باعث می شود که چوب آرشه ویولن در محدوده ی استاندارد ۵۸ الی ۶۳ گرم قرار بگیرد و اینرسی متعادلی هنگام نواختن به وجود بیاورد و از ارزش های اضافی جلوگیری می کند. یک دستی تراکم این چوب باعث می شود که نوک و بخش های میانی بدون سنگینی و یا سبکی نخواسته رفتار کند. سختی و مقاومت طولی (Modulus of Elasticity) چوب پرنامبوکو یکی از بهترین و بالاترین مقادیر مدول الاستیسیته طولی [Longitudinal Elastic Modulus] را در میان چوب‌های سخت دارد. این خاصیت انتقال سریع انرژی آرشه از دست نوازنده به روی سیم و جلوگیری از هدر رفت حرکت و کنترل دقیق وزن و سرعت در آرشه کشی امکان اجرای تکنیک های سریع sautillé، spiccato و ricochet را به نوازنده می دهد.

بازگشت‌پذیری ارتجاعی (Elastic Recovery) به معنای خمش کنترل شده و بازگشت آنی به فرم اولیه می باشد. این رفتار انعطافی در چوب پرنامبوکو، در چوب‌های جایگزین مثل Ipe, Bamboo, Carbon Fiber به‌صورت طبیعی دیده نمی‌شود. ساختار الیاف عمودی و بسیار مستقیم یک ساختار فیبری را فراهم می کند که مقاومت بالا در برابر شکست، انعطاف پذیری در امتداد طولی، انتقال پیوسته ارتعاشات و کاهش پیچش (Torsion) ناخواسته آرشه به وجود می آورد. در هنگام انتخاب بخش هایی از تنه و برش به الیاف بدون انحراف و بافت یکنواخت و فاقد گره و پیچش دقت می شود.

پرنامبوکو گیاهی بومی در شمال شرقی برزیل (ایالت Pernambuco – منشأ نام چوب)، بخش‌هایی از گویان و سورینام و جنگل‌های آتلانتیک جنوبی یافت می شود. علت کیفیت بسیار خوب این چوب مرغوب در این مناطق به خاک اسیدی، فصل های خشک و پر باران منتاوب، رشد کند (دلیل ایجاد چگالی بیشتر) و فیبرهای متراکم و مستقیم است. امروزه متاسفانه به دلیل برداشت های بی رویه منابع اصلی این گیاه بومی تحت حفاظت جدی قرار گرفته است. فرآوری و آماده سازی در آرشه سازی چوب پرنامبوکو به دلیل سختی و چگالی بالا باید فرآیند خشک کردن طبیعی ۵ الی ۱۵ ساله داشته باشد و به صورت Quarter-cut برش داده شود و با حرارت کنترل شده خم شود. کلیه این مراحل تضمین محصول نهایی بدون تاب خوردگی با پایداری مناسب با منحنی استاندارد (camber)⁴ ساخته شود.

نتیجه‌گیری

هر گونه‌ی چوب شخصیت آکوستیکی خاص خود را به ویولن منتقل می‌کند. علم تراکم و ارتجاع، در کنار تجربه‌ی استادکار، در شکل‌گیری این شخصیت دخیل است. نزدیکی کارگاه‌ها به منابع طبیعی و شناخت رزین‌ها و اقلیم، پایه‌ی تاریخی تداوم این هنر تا امروز است؛ هنری که هم علم است و هم میراث فرهنگی صدا. ویولن‌ساز در انتخاب چوب نه‌تنها به مشخصات فنی، بلکه به حس لمس، صدای کوبیدن و بو نیز اتکا می‌کند. برش مماسی موجب تابیدگی است، در حالی که برش شعاعی الیاف را دست‌نخورده نگه می‌دارد. کارگاه‌ها باید دارای رطوبت کنترل‌شده (۴۰–۶۰٪) باشند تا تغییر ابعادی به حداقل برسد. به همین دلیل شهرهایی که در نزدیکی منابع آلپی قرار دارند، مراکز تاریخی ویولن‌سازی شده‌اند.

1. فوگتلند [Vogtland]¹ در مرکز اروپا در ناحیه‌ای کوهستانی و جنگلی در مرز جنوب‌غربی ایالت ساکسونی آلمان قرار دارد و تا بوهمیا (Bohemia) در جمهوری چک امتداد پیدا می‌کند.شهر Markneukirchen در فوگتلند از قرن هفدهم تا امروز یکی از بزرگ‌ترین مراکز سازسازی در اروپا بوده است.
   ↩︎
2. شاخص Janka hardness (یا سختی جانکا) یک معیار استاندارد برای مقاومت چوب در برابر فرورفتگی است؛ یعنی این‌که یک چوب تا چه اندازه در برابر فشار (indentation) ناشی از یک جسم سخت مقاومت می‌کند. هرچه عدد جانکا بزرگ‌تر باشد، چوب سخت‌تر و مقاوم‌تر در برابر سایش/فرورفتگی است. توجه کنید که جانکا به شرایط آزمون و جهت الیاف، رطوبت، نوع چوب، و ناحیه برداشت نمونه حساس است. جانکا به‌تنهایی تمام ویژگی‌های مکانیکی را پوشش نمی‌دهد؛ مثلاً:مقاومت خمشی، ضربه‌پذیری، استحکام کششی و رفتار در طول زمان/رطوبت را مستقیماً نشان نمی‌دهد؛ اما برای «سختی سطحی و دوام در برابر سایش» شاخص خوبی است.
   
   
   ↩︎
3. مواد استخراجی (Extractives) به مجموعه‌ای از ترکیبات آلی و معدنی گفته می‌شود که جزء ساختار اصلی دیواره سلولی چوب نیستند و برخلاف سلولز، همی‌سلولز و لیگنین، نقش سازه‌ای در اسکلت چوب ندارند. این مواد درون حفره سلولی، درون‌زاد بوده و طی فرآیندهای متابولیکی درخت ساخته و ذخیره می‌شوند. این ترکیبات معمولاً با استفاده از حلال‌هایی مانند آب، الکل، استون یا اتر قابل استخراج‌اند؛ از همین‌رو «مواد استخراجی» نام گرفته‌اند.
   
   ↩︎
4. Camber در واقع مقدار و توزیع خمیدگی چوب آرشه است که هنگام ساخت با حرارت دادن چوب و خم‌کردن آن ایجاد می‌شود. این خمیدگی باعث می‌شود آرشه هنگام کشش موها فشار متعادلی روی سیم‌ها وارد کند.چوب بتواند الاستیسیته و بازگشت (spring) مناسبی داشته باشد.اگر Camber درست طراحی نشود آرشه یا بیش از حد نرم می‌شود یا بیش از حد خشک و غیرقابل کنترل می شود. محل بیشترین انحنا در آرشه‌های استاندارد ویولن معمولاً بیشترین Camber در حدود ۱/۳ طول آرشه از سمت Frog قرار دارد. یعنی اگر طول آرشه حدود 74 سانتی‌متر باشد، بیشترین انحنا تقریباً در فاصله 24 تا 26 سانتی‌متر از Frog دیده می‌شود. این توزیع باعث می‌شود تعادل دینامیکی آرشه بهتر شود پرش طبیعی (Spiccato) راحت‌تر انجام شود. Camber فرانسوی (Tourte style)، Camber آلمانی و Camber مدرن از انواع Camber در سبک‌های مختلف سازندگان محسوب می شود.
   
   
   
   ↩︎

منابع

1. Cremer, Lothar. The Physics of the Violin. Cambridge, MA: MIT Press, 1984.
2. Sacconi, Simone F. The Secrets of Stradivari. Cremona, 1972.
3. Bucur, Voichita. Handbook of Materials for String Musical Instruments. Springer, 2016.
4. Karl Roy. The Violin: Its History & Making. Mittenwald, 2007.
5. Hoadley, R. Bruce. Understanding Wood: A Craftsman’s Guide to Wood Technology. Taunton Press, 2000.