【研究成果】小提琴還是老的好?臺灣科學家破解名琴之謎!

by Yang-Kuang Chao
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撰稿  /  楊渝惠 (科學推展中心特約編輯)


俗話說「工欲善其事,必先利其器」,想要演奏出悠揚的樂曲,除了精進自己的琴藝,挑選一把好琴也是讓琴音悅耳的關鍵。

然而,即便科技不斷進步、人類社會在各方面都發展出更好的設備,提琴演奏家們卻仍獨鍾四百年前,由義大利克里蒙納的名家,史特拉底瓦里家族(Stradivari)和瓜奈里家族(Guarneri)所做出的名琴。

兩百年來,人們不斷研究克里蒙納的名琴為何如此悅耳,卻一無所獲。工匠們一樣使用楓木、雲杉來做正面音板、並照著名琴的版型製作,卻無法複製、甚至超越那悠揚的琴聲。更有趣的是,為了承受住演奏家施予琴身的壓力,確保小提琴不會輕易斷裂、毀損,現代小提琴的音板多是3到3.5毫米厚,但克里蒙那名琴的音板卻只有2-2.9毫米,意外地比現代工藝製作出來的小提琴還要堅固。

由臺灣大學化學系戴桓青教授、及中興大學蘇正寬教授帶領的科學團隊想要解開名琴之謎,他們跳脫過往以木材產地及烤漆組成為主的研究方向,以感應耦合電漿質譜儀(ICP-MS)定量名琴裡的組成元素。過去研究曾在安德烈˙瓜奈里以雲杉製作的大提琴音板中發現700ppm的鋁含量,臺灣團隊在定量過程中發現,瓜奈里的老師阿瑪蒂(Amati)的2個樣品幾乎都不含鋁;同師門的史特拉底瓦里所製作的提琴中,八個樣品的鋁含量也未超過50 ppm;但瓜奈里的孫子所製作的琴卻含有高劑量的鋁,分別為1200ppm及2900ppm。這顯示了瓜奈里家族的手工琴經過長期實驗,有獨家的配方,也是瓜奈里名琴樂聲悠揚的秘密。

另一方面,臺灣科學家使用雙光子顯微術探測時,發現史特拉底瓦里名琴的二次諧波消失了95%。相較之下,阿瑪蒂名琴儘管年代也已久遠,二次諧波卻仍清晰可見,這可能是阿瑪蒂名琴沒有經過太多的化學處理。不管是以雲杉還是楓木製成的史特拉底瓦里名琴裡,都能發現大量的化學處理痕跡,部分半纖維鍊被破壞移除,使纖維素的微纖絲聚集現象明顯。使用鹼處理來破壞細胞壁中最容易吸水的半纖維素,能夠降低琴身的吸濕性,或許就是史特拉底瓦里家族製琴的秘方。

從克里蒙納名琴較薄卻堅固的音板就能發現,製琴師們增進了琴板的韌性,也能防黴、減少蟲害,讓名琴能夠和人類搭擋數百年之久。兩百年來,科學家及工匠們總想破解克里蒙納名琴的秘密卻苦無頭緒,這次臺灣團隊的新嘗試,或許能讓21世紀的製琴師們有新靈感,不但跟上前輩的腳步,甚至做出屬於我們世代的美麗樂聲。

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