現代技術在提琴研究中的應用

鄭荃

長期以來，提琴的研究工作有兩個主要方向——通過研究提琴的過去，考證提琴的歷史和古代提琴制作家使用過的制作方法，目的是能重現昔日古典提琴的光輝;或是使用現代科學的研究方法，尋找提琴聲音的奧秘和規律，目的是改進現有和未來提琴的聲學演奏性能。由于在中國國內缺乏可用于研究的古典提琴樣本和歷史資料，我們把更多的注意力放到研究提琴發音的機理及規律，并尋找改進現代提琴聲音的方法。

無論對藝術家還是對科學家來說，提琴是一種富有魅力而多少帶點神秘色彩的樂器。300多年前，意大利天才的阿瑪蒂、瓜納里、斯特拉地瓦里制琴家族，把提琴推上了樂器之王的寶座。從那以后，曾有許多制作家、科學家和熱愛提琴的人們都夢想著要趕上和超越他們的前人，制造出比他們更好的樂器來。有許多次，人們報告說他們找到了斯特拉地瓦里的秘密，制成了“像他一樣好的樂器”，但是這些發現和樂器，在時間的長河里都消失得無影無蹤了。古典意大利提琴的秘密，依然是一個迷，留待我們和我們的后代去探索。

在科學技術高度發展的今天，人們又重新燃起了使用現代測試手段來揭開意大利提琴秘密的希望。下面就對目前各方面對提琴的研究和取得的進展做些簡略的介紹。

一、對提琴木材理性化性能的研究

對提琴木材理性化性能的研究主要是對古舊木材的綜合研究，包括它的儲存期的性能變化，吸濕性能，聲發射性能等等。一般認為古舊木材在潮濕條件下吸水率降低，大約穩定在10%左右，對空氣的溫濕度的相關度不顯著，聲發射性能改善，水萃取物、醇苯萃取物明顯增加，全纖維素、α纖維素降低，β聚糖和木質素的變化則很少。揚氏彈性模量和壓電模量在300年內逐漸增加，以后隨年份增加而減少。

根據以上的研究結果，現已試用各種人工老化和處理的手段來改變木材的聲學品質性能應用的方法有：熱處理、酸處理、發酵處理、氨化處理、氧化處理、光處理、微波處理等等，主要是加速木材的老化。

二、對提琴涂料的研究

提琴涂料和油漆被稱為最重要的“意大利的秘密”，往往一把古意大利琴失去了油漆就會失去它原有的燦爛音色。提琴的油漆除了一般的油漆所具有的裝飾和保護性能之外，還能吸收高頻率的噪聲（6～12KHz），對提琴的聲音至關重要。在提琴油漆中處于木材表面和外表油漆之間的一層涂料被稱為“底漆”的漆層，實際上可以認為是一種木材處理劑，對于木材有增強、防潮、防腐的作用。對于涂料的研究，目前使用一般有機化學分析技術、色譜分析技術和紅外微光譜技術、光學偏振顯微術，電子顯微探針和掃描顯微術（SEM），最近還使用了一種先進的能量分散X光分光法（EDAX）技術。這些技術被用以研究古琴上的涂料的組成成份和重新復制這些成份和涂料的可能性。據劍橋大學研究組用EDAX方法測試報告，古意大利提琴的油漆中含有鋁、硅、磷、硫、鉀、鈣、鈦、鐵和錳，另一份來自美國俄亥俄州的Michelman的報告提出意大利油漆中含有大量的鈣。Michelman認為古意大利提琴的表面油漆和底層涂料的配方是不一樣的，由于含有大量鈣，他認為這些油漆的主要成份是松香酸鈣和茜草，目前在試驗中被用以處理木材的涂料有：茜草——松香鈣皂涂料、硅酸鹽涂料、幾丁質涂料和一般常用的天然樹脂涂料、干性油涂料。

三、對提琴結構的研究

對提琴結構的研究主要是根據提琴琴體既要承受來自弦的很大的張力和壓力，又要能進行充分振動的特點，研究其結構可能對音響產生的變化和受力后的變形情況。研究提琴的材料，弧度設計和厚度分布之間的配合關系，用以提琴制作工藝。研究的手段主要是對材料的理化性能的測試，對成琴和音板的機械式測試，研究弧度和變形情況的光技術和地理照相技術等等。

四、對提琴聲學品質的研究

對提琴聲學品質的研究主要是通過對古提琴的聲學品質和振動狀態的研究和記錄對提琴音質評價的客觀數據，用以指導和改善現代提琴制作工作，比較有代表性的有：1930年（Erwin Meyer）E.麥涅爾和H.伯克豪斯（C Herman Backhans）提出的在人工激發的條件下測定一只提琴的輻射聲級與頻率的關系，并用曲線記錄下來。同時代的還有美國的F.A桑德斯（Frederick A.Saunders）和意大利的巴斯瓜里尼（G Pasgualini）都使用頻譜分析和記錄頻率響應曲線的方法來研究提琴的音響。50年代起C.M哈金斯（Carlecn M.Hutchins）用聲激振的方法研究琴板的振動和振動模式，R.L保威爾（R.L.Powell）.和K.A斯坦特松（K.A.Stetsor）在1965年起使用激光全息攝影研究提琴的振動，這個方法后來被廣泛地在提琴研究的范圍內使用，近年來在這方面比較有成就的科學家還有P.貝爾第也（L.Crewer），但是至今為止這方面的研究只能部分的記錄，了解提琴的振動狀況和材料，結構與聲音之間的關系，與直接用以指導制琴工作尚有距離。

五、對提琴的修復和鑒定方面的研究

提琴的修復和古提琴的鑒定技術，也是在近年來發展得比較快的，在鑒定方面，主要是通過化學分析手段，顯微檢測手段和利用紫外線檢測手段來幫助憑主觀經驗鑒定的鑒定家做出正確的判斷，在修復方面，則使用了許多綜合的方法，比如用X 光檢測木材被蛀的情況并用射線照射的辦法殺死蛀蟲和它們的卵。用窺視照相技術拍攝琴體內部的照片，用地理照相的辦法記錄提琴的外形和弧面，為將來進一步修復提供原始的根據等等。

“小提琴是一座文化和科學的大迷宮，在這座迷宮里有許許多多秘密，有待我們去探索。”

美國德克薩斯州大學 J.Nagyvary教授如是說。

《現代技術在提琴制作研究上的應用》是我在1993年12月在北京大學《全國首屆音樂聲學、音樂心理學研討會》上發表的兩篇論文中的一篇。在那次研討會上我認識了北大物理系主任甘子釗、南京大學包紫薇教授、中國舞臺科學技術研究所所長王湘教授等音樂聲學方面的權威，受益匪淺。

1988年回國后，在父親的幫助下，我開始了對提琴制作資料文獻的調查和收集。當時還沒有互聯網，也很少使用電腦，所以，收集資料的三大來源為圖書館、專利局和科技情報所。通查了中、英、德、日、法、意六種文字的資料，獲得了近400篇論文、專利及報道，并將其中一些重要的文章譯成了中文，根據調研總結報告編寫成這篇論文。

通過資料調研使我們對國際提琴制作領域的研究工作的歷史和現狀有了一定程度的了解，從而奠定了開展研究工作的基礎，確定了我們自己的研究方向及基本路線。印象很深的是當時收集的資料摞起來有一米多高，如果是現在，在百度和谷歌引擎上一鍵搜索就可以得到上百篇的資料，用一個U盤就能把這些資料全部裝下。

30多年過去了，現代技術在提琴制作領域又有了許多新的應用，如CT掃描技術、3D打印技術、年輪學的應用、木材復合處理、振動模態分析等等。今天的信息化和電腦的運用已經大大提高了工作的效率，但了解前人做過的工作，在他們研究的基礎上創新，仍是開展我們自己研究工作最好的捷徑。C1D07F86-5081-46E3-9087-D860B7D909FA