義大利名琴─美妙的音色來自木材的化學變化

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小提琴是安德烈・阿瑪悌(Andrea Amati)於1550年左右在義大利的克里蒙納(Cremona)小鎮所發明的。這座小鎮後來更孕育出史上最著名的兩位製琴大師:史特拉底瓦里(Antonio Stradivari, 1644-1737)和「耶穌」瓜奈里(Giuseppe Guarneri “del Gesù” 1698-1744)。在過去的兩個世紀裡,知名的小提琴演奏家最鍾愛的就是史特拉底瓦里與「耶穌」瓜奈里的名琴。縱使後代有無數的製琴高手都仿製這兩位大師的作品,仍無法複製其聲音。在人類的科技不斷地進步下,為什麼製琴的巔峰時代仍然停留在三百年前,已經成為西方文化中最令人好奇的奧秘之一。根據台灣大學化學系與名琴收藏獨步全球的奇美博物館的合作研究,這個神秘的關鍵可能隱藏於木材之中。這項研究的線上論文已於2016/12/19發表於《美國國家科學院院刊》 (Proceedings of the National Academy of Sciences, USA, 2016, doi: 10.1073/pnas.1611253114,
網址http://www.pnas.org/content/114/1/27 ),並隨即引起國際媒體的關注。

 

名琴的秘密到底藏在那裡,歷史上曾有許多專家認為來自於特殊的塗漆,但是這次的研究發現,名琴背板的楓木與現在製琴使用的楓木,其實是非常不一樣的材質。這項研究總共分析了四把史特拉底瓦里與一把瓜奈里名琴的木材。這些木材都是在修復時所移除的,但沒有被當成木屑丟掉,而是由戴桓青助理教授從世界各地輾轉蒐集而來,其中的一個樣品來自奇美博物館。名琴上的楓木與現代製琴的楓木,其樹種、產地與質地本來是相近的,但最大的不同是三百年前對楓木有進行化學處理,以至於今日分析起來,發現鈉、鉀、鈣、鋁、銅、鋅等元素的含量在名琴中異常增加。加入這些礦物質的目的可能有兩種,第一是阻止真菌和蛀蟲的生長,第二是藉由礦物質的吸水特性避免木材在低溫低濕度時發生乾裂。

 

木材的纖維有三種成分:纖維素、半纖維素與木質素。其中的半纖維素經過三個世紀後,大約有三分之一已降解,這是老化的自然現象。半纖維素是木材內吸水力最強的成分,所以其降解會導致名琴楓木吸收的濕氣減少四分之一,也減少了振動時內部的阻力,可能使得音色更為明亮。此外,研究數據顯示,長期的高頻振動已造成史特拉底瓦里小提琴內的纖維素與木質素異常分離,但他的大提琴則無此現象,可見長期演奏有可能改變木材的性質與名琴的音色。

 

在名琴的保存上,這項新研究帶來了好消息和壞消息。好消息是木材內的纖維素,仍然保有原來的結晶性,足以提供主要的結構支撐力。壞消息則是半纖維素的分解是無法阻擋的,遲早會破壞細胞壁的完整結構。由於古董小提琴的木材分解與結構變化比大提琴還要明顯,小提琴可能特別有保存上的風險。這或許意味著史特拉底瓦里小提琴甜美的傳奇音色,只能再持續一百至兩百年。許多製琴師同時認為,即使完美複製當初的史特拉底瓦里名琴,它們仍然需要五十至一百年的演奏使用才能發展出成熟的聲音魅力。假如我們預期名琴的音色將逐漸隨著歲月流逝,而打算做出同等美妙的替代品,從現在開始就需要努力研究與實驗,不能再等了。

 

製琴師們普遍認為,在歐洲要取得與史特拉底瓦里同等級的雲杉和楓木,一直都不成問題。真正的問題是今日所能買到的製琴木材並沒有經過化學處理,尤其沒有依照克里蒙納的方式進行處理。這種將木材內灌入礦物質的做法,源自於煉金術,但不論是在義大利還是歐洲的其他的製琴學派裡,早已被完全遺忘超過兩百年。當年也可能是由木材供應商負責耗時的浸泡處理,而克里蒙納的製琴師只需購買處理過的木板。我們仍然並不清楚那個時代的產業分工情形,而目前的分析證據也還不足以確認礦物質處理的原始配方和條件。礦物質、老化分解與長期振動三者加總起來的綜合效應非常複雜,科學界理解的還不多。但是很明顯的,史特拉底瓦里的楓木與現代楓木在化學成份與特性上有許多顯著不同之處,這或許可以解釋過去一百年來,為什麼製琴師想盡各種方法都難以複製出史特拉底瓦里名琴的音色。

 

對於克里蒙納的製琴技藝進行了兩個世紀的探索之後,原本眾人以為所有的關鍵因素都已經找到了,但是台大與奇美團隊的最新研究顯示,仍有許多未知因素隱藏在木材之中。木材所經歷的化學變化,絕不是肉眼可以看出,只能透過先進的儀器分析才能找出蛛絲馬跡,還有許多實驗需要進行。更重要的是,目前的研究只涵蓋了歷史名琴的楓木。由雲杉所製成的前板對於音色而言更為重要,但名琴雲杉的材料特性至今仍然沒有被研究過。台灣大學與奇美博物館的團隊也已針對名琴的雲杉展開研究,未來會不會發現更多的秘密,值得期待。當然,再神奇的木材,也要透過天才製琴師的巧手,才能轉換為發出天籟之音的樂器。

 

上述研究係由科技部探索計畫與教育部邁向頂尖大學計畫共同資助,所有的科學實驗都在台灣完成,共同作者包括台大化學系戴桓青、陳振中與陳浩銘三位教授的團隊,台大貴重儀器中心的黃信炅博士,奇美博物館的鍾岱廷顧問,以及德國提琴專家Brigitte Brandmair。

更新日期 : 2017/02/14