top banner 03

Το ξύλο, ως κορμός ή κλαδιά ενός δέντρου, είναι ένας ζωντανός οργανισμός. Το πραγματικά όμως ενεργό και παραγωγικό τμήμα στον κορμό ενός δέντρου είναι μόνο μία πολύ λεπτή κυλινδρική επιφάνεια, η οποία παρεμβάλλεται ανάμεσα στον εξωτερικό φλοιό και το ξύλο του κορμού, και ονομάζεται κάμβιο. Αυτό παράγει τα κύτταρα για τη δική του ανάπτυξη, τα κύτταρα του φλοιού προς τα έξω και τα κύτταρα του ξύλου προς τα μέσα. Τα κύτταρα του ξύλου είναι ανθεκτικές μοριακές αλυσίδες που αποτελούνται από κυτταρίνη (περίπου 40-50%), ημικυτταρίνη (περίπου 15-25%) και λιγνίνη (περίπου 15-30%). Το ξύλο περιέχει επίσης ρητίνες, λίπη, λευκώματα, δεψικές και χρωστικές ουσίες, σε ποσοστό 2-7%.

            

Το ξύλο κατατάσσεται σε δύο μεγάλες κατηγορίες, με βάση το είδος των δέντρων που το παράγει: Το ξύλο που παράγεται από τα πλατύφυλλα δέντρα (σφενδάμι, μουριά, καρυδιά κ.α.) το οποίο χαρακτηρίζεται ως σκληρό ξύλο, και το ξύλο που παράγεται από τα κωνοφόρα δέντρα (έλατο, κέδρος, πεύκο, κυπαρίσσι) το οποίο χαρακτηρίζεται γενικά ως μαλακό ξύλο ή ασπρόξυλο.

Τα περισσότερα κύτταρα του ξύλου έχουν τη μορφή πολύ λεπτών μακριών σωλήνων, και κατά κανόνα διατάσσονται σε δέσμες παράλληλες με τον κεντρικό άξονα συμμετρίας, την «καρδιά» του δέντρου, και αυτά είναι οι «ίνες» του ξύλου. Ορισμένα άλλα κύτταρα, οι «ακτίνες», διατάσσονται ακτινωτά, από την καρδιά προς το φλοιό και σχηματίζουν τον εγκάρσιο ιστό στήριξης. Στα πλατύφυλλα δέντρα συναντάμε επίσης τα «αγγεία», σωληνόμορφους μεγάλους αγωγούς για τη μεταφορά των χυμών, που σε εγκάρσια τομή του ξύλου εμφανίζονται ως «πόροι».

Τα νέα κύτταρα του ξύλου σχηματίζονται κυρίως την άνοιξη, όταν το δέντρο βγει από τη χειμερία νάρκη του και έως την αρχή του καλοκαιριού, και ονομάζονται «πρώιμο» (εαρινό) ξύλο. Στο τέλος του καλοκαιριού και κατά τη διάρκεια του φθινοπώρου δημιουργείται επίσης ένας αριθμός νέων κυττάρων, τα οποία ονομάζονται «όψιμο» (φθινοπωρινό) ξύλο, κατά κανόνα πιο συμπαγές από το πρώιμο. Πρώιμο και όψιμο ξύλο μαζί αποτελούν έναν «ετήσιο δακτύλιο ανάπτυξης» ή «αυξητικό δακτύλιο» του δέντρου. Σε δέντρα με φυσιολογική ανάπτυξη, το όψιμο ξύλο αποτελεί περίπου το 15-20% του αυξητικού δακτυλίου. Το πάχος των ετήσιων δακτυλίων εξαρτάται άμεσα από το περιβάλλον ανάπτυξης του δέντρου (γεωγραφικό πλάτος και υψόμετρο). Το πάχος των δακτυλίων επηρεάζεται επίσης από την απόσταση μεταξύ των κορμών των δέντρων: δέντρα που αναπτύσσονται σε ανοιχτό χώρο και σε απόσταση το ένα από το άλλο, αναπτύσσουν πλατείς αυξητικούς δακτυλίους. Σημαντικό ρόλο, τέλος, έχει και η ηλικία του δέντρου: δέντρα με μεγάλη ηλικία αναπτύσσουν πολύ στενούς εξωτερικούς αυξητικούς δακτυλίους.

Οι εξωτερικοί ετήσιοι δακτύλιοι εξυπηρετούν κυρίως την κίνηση των χυμών του δέντρου, είναι ανοιχτόχρωμοι και ονομάζονται «μαλακό» ή «σομφό» ξύλο. Οι εσωτερικοί δακτύλιοι αντίθετα, λειτουργούν κυρίως αποθηκευτικά και συσσωρεύουν ουσίες όπως τανίνες, ρητίνες, κερί, ανόργανα στοιχεία (κάλιο, νάτριο κ.α.). Έτσι αυτό το ξύλο γίνεται βαρύτερο και πιο σταθερό, συνήθως σκουραίνει το χρώμα του και μετατρέπεται σε «εγκάρδιο» ή σκληρό ξύλο, η καρδιά του κορμού.
Τα ξύλα των πλατύφυλλων δέντρων κατηγοριοποιούνται επίσης, με βάση την κατανομή των πόρων σε «δακτυλιόπορα» όταν οι πόροι διατάσσονται σύμφωνα με τους αυξητικούς δακτυλίους (π.χ. μουριά) ή «διασπορόπορα» όταν η κατανομή των πόρων είναι ομοιόμορφη (π.χ. σφεντάμι).

Οι φυσικές και μηχανικές ιδιότητες του ξύλου που ενδιαφέρουν οργανοποιητικά είναι η πυκνότητα, η ελαστικότητα, το ποσοστό υγρασίας και η απόσβεση. Αυτές ελέγχουν την ταχύτητα διάδοσης του ήχου στο ξύλο και γενικότερα καθορίζουν την ηχητική συμπεριφορά του.

Η διαφορετική πυκνότητα κάθε είδους ξύλου οφείλεται κυρίως στο διαφορετικό πορώδες του. Οι τιμές μέσης πυκνότητας για κάθε είδος ξύλου δεν είναι ιδιαίτερα χρήσιμες, καθώς υπάρχει μεγάλη διακύμανση τιμών ανά είδος. Υπάρχει επίσης σημαντική διακύμανση της πυκνότητας του ξύλου σε σχέση με το ύψος του κορμού στο οποίο έχει παραχθεί καθώς και τη θέση του προς το κέντρο ή την περιφέρεια του κορμού. Σε δύο κομμάτια ξύλο που προέρχονται από το ίδιο δέντρο μπορούμε να έχουμε διαφορές πυκνότητας μεγέθους έως και 25%.

Η ασφαλέστερη μέθοδος οργανοποιητικά για την εκτίμηση της πυκνότητας του ξύλου προς χρήση, είναι να μετράται το ειδικό βάρος κάθε κομματιού ξύλου που χρησιμοποιείται. Η μέθοδος είναι πολύ απλή, και μας δίνει τη δυνατότητα ταυτόχρονα να μετρήσουμε με καλή ακρίβεια και το ποσοστό υγρασίας του ξύλου που χρησιμοποιούμε (βλέπε στο βιβλίο «Η λύρα της Κρήτης και του Αιγαίου» ή στο Baker 2008). Απαιτείται μία ζυγαριά ακριβείας, και ένας διαφανής σωλήνας, ύψους 30-40 εκ. και διαμέτρου 3-5 εκατοστών. Συνοπτικά, η διαδικασία μέτρησης είναι η εξής: κόβουμε μία ράβδο ξύλου, μήκους 30 εκ., με τετράγωνη διατομή πλευράς 1,2-1,5 εκ. Στη συνέχεια διαιρούμε τη ράβδο σε δέκα κύρια ίσα τμήματα. Ζυγίζουμε τη ράβδο και σημειώνουμε τη μέτρηση μέχρι το δεύτερο δεκαδικό. Τοποθετούμε στη συνέχεια το ξύλο στον φούρνο μιας ηλεκτρικής κουζίνας, στους 105ο , και το αφήνουμε για 4 ώρες. Από τη διαφορά τιμής της τελευταίας με την πρώτη μέτρηση, μπορούμε να υπολογίσουμε το ποσοστό της υγρασίας του ξύλου μας, που είναι το ποσοστό της διαφοράς του βάρους σε σχέση με την τελική τιμή του. Η τιμή αυτή είναι σημαντική οργανοποιητικά, για την επιλογή των ενδεικτικών αρχικών μεγεθών του πάχους που πρέπει να υπολογίζουμε για το αντηχείο ή το καπάκι. Το ξύλο με μεγάλη πυκνότητα πρέπει να λεπταίνεται περισσότερο από αυτό με μικρότερη, για να έχουμε τα ίδια ηχητικά αποτελέσματα.

Η ελαστικότητα του ξύλου είναι γενικά συνάρτηση της ορθοσκοπικής μοριακής δομής του, και έχει ριζικά διαφορετικές τιμές κατά μήκος των ινών από ότι εγκάρσια σε αυτές. Εξαρτάται επίσης από τις τιμές της πυκνότητας και της υγρασίας του ξύλου. Ιδιαίτερα χρήσιμη είναι η κατανόηση της έννοιας της «δυσκαμψίας». Ως δυσκαμψία θα μπορούσε να περιγραφεί η αντίσταση ενός ελαστικού σώματος στην παραμόρφωση από μία δύναμη κατά μήκος ενός «βαθμού ελευθερίας του».

Κάθε αντικείμενο έχει έξι βαθμούς ελευθερίας, τρεις βαθμούς στρέψης και τρεις βαθμούς κάμψης, δηλαδή δύο ανά κάθε άξονά του στον τρισδιάστατο χώρο. Η δυσκαμψία είναι ιδιότητα της συγκεκριμένης δομής ενός συγκεκριμένου αντικειμένου: εξαρτάται εκτός από το είδος και το πάχος του υλικού, από το σχήμα καθώς και από τη δυνατότητα κίνησης των ορίων του κάθε αντικειμένου. Η δυσκαμψία του καπακιού π.χ. ενός οργάνου εξαρτάται εκτός από το είδος του ξύλου που κατασκευάστηκε, από το πάχος, το σχήμα, το μέγεθος και το αν είναι ελεύθερο ή κολλημένο στο ηχείο.

Ιδιαίτερα σημαντικό για τον οργανοποιό είναι να κατανοηθεί η σχέση του πάχους του ξύλου με τη δυσκαμψία. Είναι γνωστό στον καθένα ότι όσο λεπτότερο είναι ένα ξύλο τόσο πιο εύκαμπτο γίνεται και μπορεί να δονηθεί πολύ πιο εύκολα. Πρέπει όμως να είναι σαφής η σχέση πάχους και δυσκαμψίας: κάθε αύξηση πάχους στο ξύλο επιφέρει αύξηση της δυσκαμψίας του υψωμένη στον κύβο: αυξάνοντας το πάχος ενός καπακιού από 1 σε 2 χλστ., έχουμε οκταπλασιάσει τη δυσκαμψία του. Πολύ μικρές αλλαγές στο πάχος των τοιχωμάτων αντηχείου και καπακιού, μπορούν να έχουν σημαντική επίπτωση στην ηχητική απόδοση του οργάνου.

Ιδιαίτερα σημαντική επίσης είναι η σχέση της μορφής του τμήματος του οργάνου και της δυσκαμψίας του. Η θολωτή μορφή των σκαφτών καπακιών και της πλάτης των ηχείων δημιουργεί μία πιο εύκαμπτη δομή σε σχέση με το πάχος του υλικού, καθώς έχει ως αποτέλεσμα να μειώνεται δραστικά το μήκος των ινών του ξύλου. Για το λόγο αυτό η δυσκαμψία ενός επίπεδου καπακιού είναι πολύ μεγαλύτερη από εκείνη ενός σκαφτού θολωτού καπακιού ίδιου πάχους. Παράλληλα, το κυρτό σχήμα εγκάρσια, επιτρέπει να κατανέμονται με τον ασφαλέστερο τρόπο οι τάσεις που ασκούνται από τις χορδές στο κέντρο του καπακιού. Λειτουργεί δηλαδή με τον ίδιο τρόπο που λειτουργεί το τοξωτό σχήμα στις γέφυρες, στις αψίδες κ.α.

Η υγρασία που περιέχει το ξύλο είναι καθοριστικός και κρίσιμος παράγοντας για τη χρήση του στην οργανοποιία, καθώς επηρεάζει δραματικά την ελαστικότητα, την πυκνότητα, τον όγκο και την απόσβεση του ήχου. Στο ζωντανό δέντρο περιέχεται νερό σε τρεις καταστάσεις: 1) ως ελεύθερο νερό, που πληρεί τις ίνες, τους πόρους και τα διάκενα των κυττάρων του ξύλου, 2) ως υγροσκοπικό νερό, ηλεκτροχημικά δεσμευμένο από τα κύτταρα του ξύλου, και 3) ως αέρια φάση στον ενδοκυτταρικό ιστό. Το ελεύθερο νερό και η αέρια φάση απομακρύνεται από το ξύλο σε σύντομο χρονικό διάστημα μετά την κοπή του.

Η υγρασία που παραμένει είναι το υγροσκοπικό νερό (25-30%, «σημείο ινοκόρου»). Αυτό απομακρύνεται με μικρότερες ταχύτητες από ότι το ελεύθερο και η φυσική ξήρανση σταματά σε ένα ποσοστό υγρασίας που καθορίζεται από τη θερμοκρασία και, κυρίως, από τη σχετική υγρασία του αέρα της ατμόσφαιρας του χώρου που έχει αποθηκευτεί. Το ξύλο ως υγροσκοπικό υλικό, απορροφά ή αποβάλλει υγρασία διαρκώς, ανάλογα με την υγρασία της ατμόσφαιρας που το περιβάλει. Για τη χώρα μας η αναμενόμενη μέση τιμή υγρασίας είναι περίπου 10-12%, με τάσεις αύξησης στις πιο υγρές και μείωσης στις πιο ξηρές περιοχές και εποχές. Η τιμή αυτή είναι ικανοποιητική οργανοποιητικά, χαμηλότερες όμως τιμές, της τάξης του 7-8% είναι προτιμητέες. Ο απλούστερος τρόπος για να ελέγχει ο οργανοποιός το ποσοστό υγρασίας του ξύλου που χρησιμοποιεί, είναι να έχει ένα υγρόμετρο στο χώρο που αποθηκεύει τα ξύλα του. Από τον πίνακα που παρατίθεται εδώ μπορεί να γνωρίζει το ποσοστό υγρασίας των ξύλων που αποθηκεύει σε αυτό το χώρο.

Το ποσοστό υγρασίας επηρεάζει σημαντικά την πυκνότητα και την ελαστικότητα του ξύλου, καθώς και την απόσβεση του ήχου σε αυτό. Όσο αυξάνεται η υγρασία στο ξύλο, τόσο αυξάνεται το βάρος του και μειώνεται η ελαστικότητά του. Αυτό συνεπάγεται ότι όσο χαμηλότερη είναι η υγρασία, όσο πιο ξηρό είναι το ξύλο, τόσο καλύτερα αποδίδει ηχητικά καθώς πάλλεται πιο εύκολα και για μεγαλύτερο διάστημα απορροφώντας λιγότερη ηχητική ενέργεια. Υπάρχει όμως ένα κατώτερο όριο υγρασίας, που πειραματικά ορίζεται στο 4%, όπου πιο κάτω από αυτό η ηχητική απόδοση του ξύλου χειροτερεύει.

Ένα άλλο στοιχείο ιδιαίτερα σημαντικό κατασκευαστικά, είναι η αυξομείωση του όγκου του ξύλου αντίστοιχα με την αυξομείωση της υγρασίας του. Το ξύλο όταν ξηραίνεται υπόκειται σε μία πολύ σημαντική μείωση του όγκου του εγκάρσια στις ίνες (4-15%) ενώ ασήμαντη είναι η μείωση του όγκου κατά μήκος των ινών (0,1-1%). Σε αυτή τη συρρίκνωση οφείλεται και η δημιουργία των ρωγμών στο ξύλο κατά την ξήρανσή του. Για τον κατασκευαστή οργάνων είναι πολύ σημαντικό να συναρμολογεί το όργανο, και ιδιαίτερα το καπάκι, με το χαμηλότερο δυνατό ποσοστό υγρασίας στο ξύλο. Εάν το ξύλο περιέχει μεγάλο ποσοστό υγρασίας όταν συναρμολογείται, η συρρίκνωσή του όταν βρεθεί σε συνθήκες ξηρής ατμόσφαιρας οδηγεί συνήθως σε ρωγμές στο καπάκι. Το αντίθετο (διόγκωση από απορρόφηση υγρασίας) οδηγεί σε κατώτερη ηχητικά απόδοση, σπάνια όμως δημιουργεί προβλήματα στην κατασκευή.

Υπάρχει ακόμη ένα κατώτατο όριο υγρασίας για την οργανοποιία, που αφορά στη συμπεριφορά της ψαρόκολλας. Η ψαρόκολλα γίνεται ιδιαίτερα εύθραυστη σε ποσοστά υγρασίας κάτω από 6%, γεγονός που ορίζει αυτή την τιμή ως κατώτατο όριο υγρασίας για ένα όργανο που συναρμολογήθηκε με τέτοια κόλλα.

Δεν έχει γίνει δυνατό μέχρι σήμερα να βρεθεί αποτελεσματικός τρόπος προστασίας του ξύλου των μουσικών οργάνων από την υγρασία. Τα υποστρώματα λούστρου, η γομαλάκα και η ψαρόκολλα επηρεάζουν ελάχιστα. Ορισμένα συνθετικά λούστρα απλά επιβραδύνουν ελαφρά τη διαδικασία απορρόφησης (αλλά και αποβολής) της υγρασίας της ατμόσφαιρας. Το ίδιο συμβαίνει και με τα άλλα μέσα επικάλυψης όπως τα έλαια και κεριά. Όλα τα τελευταία όμως επιδρούν αρνητικά στην ηχητική απόκριση του ξύλου.

Η απόσβεση του ήχου από το ξύλο εξαρτάται από τη μοριακή δομή και τη χημική σύσταση του ξύλου, τη θερμοκρασία και την υγρασία του. Ιδιαίτερα επηρεάζεται από τις ρητίνες, τα λίπη και άλλα στοιχεία που υπάρχουν στο ξύλο πέραν της κυτταρίνης και λιγνίνης. Για τη συνήθη θερμοκρασία περιβάλλοντος (20-30 οC), η ελάχιστη εσωτερική προστριβή επιτυγχάνεται σε ποσοστά υγρασίας της τάξης των 6-7%.

Όλα τα παραπάνω ελέγχουν ουσιαστικά την ταχύτητα διάδοσης του ήχου στο ξύλο. Ο βασικός όμως παράγοντας που ορίζει την ταχύτητα διάδοσης του ήχου στο ξύλο είναι η ανισοτροπία της δομής του. Οι ταχύτητες διάδοσης του ήχου στην κατεύθυνση των ινών, κυμαίνονται από 3500 έως 5000 m/s, ανάλογα με το είδος, τη δομή, την πυκνότητα και την υγρασία του ξύλου. Εγκάρσια στις ίνες όμως, οι ταχύτητες μειώνονται περίπου στο 1/5 για ξύλα με έντονη ανισοτροπία όπως π.χ. το έλατο, και περίπου στο 1/3 για ξύλα σχετικά ισότροπα όπως π.χ. το σφενδάμι.

Οι ατέλειες που μπορεί να παρουσιάζει το ξύλο είναι επίσης ιδιαίτερης σημασίας στην οργανοποιία. Ξύλα με ρόζους, με ίνες που συστρέφονται ή περιπλέκονται ακανόνιστα (στρεψόινα, στρυφνά νερά), δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην οργανοποιία (δρυς, ευκάλυπτος, φτελιά κ.α.). Επίσης τα ξύλα με μεγάλο ποσοστό ρητινών και άλλων στοιχείων πέραν της κυτταρίνης και λιγνίνης, δεν αποδίδουν ικανοποιητικά τον ήχο (π.χ. πεύκο). Τα παραπάνω επιφέρουν πέραν των κατασκευαστικών προβλημάτων μείωση της ταχύτητας του ήχου και αύξηση της απόσβεσής του.