【音樂科學】聽聽看!用科學方法重現史特拉第瓦里小提琴的音色

■ 下面這段影片來自6月在中研院戴桓青博士演講後的小提琴演奏。科學家試著重現琴漆塗料配方,做出了音色接近史特拉第瓦里的小提琴。演奏者是馮楚軒小姐,影片中比較了兩把琴的音色(戴博士帶來的2006年Nagyvary小提琴,和馮小姐自己的1922年現代義大利琴)。你喜歡它的聲音嗎?

撰文 ∣ 張茵惠

打造一把身價不凡的史特拉第瓦里小提琴到底需要什麼?當然不是像謠言中那樣,拿少女的血塗在琴身上。世界上最有名的小提琴出自義大利製琴師傅安東尼奧‧史特拉第瓦里(Antonio Stradivari)之手,在那個叫做克里蒙納(Cremona)的小鎮裡,有許多世代相傳的製琴世家。但當時的精湛手藝卻失傳了數百年,科學家們試圖 找出技藝失傳的原因。(參見〈絕世名琴音色來自真菌〉一文)

研究發現,一支好小提琴的音色似乎可以從它的聲學特性看出來。好的小提琴應該是低頻飽滿有力(影響這個特性的頻率落於250-500 赫茲)、少鼻音(~1500 赫茲)、明亮(2k-3k 赫茲)跟少噪(> 6k 赫茲)的,名琴的音色通常共鳴好、具有穿透力,沒有多餘的噪音,史特拉第瓦里小提琴尤以明亮著稱。但如何達到這樣的效果呢?加州理工學院的戴桓青博士說,特別的塗漆(varnish)可能是關鍵。

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琴身塗了兩層塗料,一層使其呈現紅色等色澤。

油畫顏料與奈米微粒

向來有人認為漆可能是使小提琴外型跟音色皆優美的原因,不過到底琴漆裡頭有些什麼東西則不太清楚。最近戴桓青博士以分析化學的角度研究史特拉第 瓦里小提琴,參考各種相關文獻後發現它們的塗料箇中大有蹊蹺。一般的小提琴塗料有兩層,一層是透明漆,一層混合顏染料。而史特拉第瓦里小提琴的漆特別堅硬,因為它用的是與油畫 材質接近的油性漆(oil varnish)而非酒精漆(spirit varnish)。

戴桓青說,從史特拉第瓦里遺留下來的簡短書信裡其實也可以看出端倪,教育程度不高的史氏曾提到「上了漆的琴需要拿到戶外曬乾」。因為油性漆比較難乾,所以才會有曬乾的漫長等待時間。史特拉第瓦里的油性漆是由植物油跟樹脂混合而成的,也可能添加蛋白質成為乳化配方,而樹脂與蛋白質可以增加油性漆的硬度,同時增加小提琴明亮的音色。

另外一件令人覺得神奇的發現,是史特拉第瓦里小提琴的透明底漆中還藏有直徑約數百微米的礦物粉末,這使得琴漆異常堅硬,也更能發出明亮的聲音。 「這種奈米尺寸的礦物粉末並不存在於自然界,應該是人造的。」戴桓青說,「可以推測史特拉第瓦里應該是去跟當時煉金術士開的美術用品店兼藥行買的,但到底 十七世紀的人怎麼磨出這種粉末我們還不清楚。」

製琴技藝失傳

在上個月26號中研院的演講中,戴桓青博士帶來了另一位身兼學者與製琴師身份的德州農工大學教授納基維利(Joseph Nagyvary) 根據史特拉第瓦里所使用的材料科技來打造的現代小提琴,並讓演奏家馮楚軒小姐現場展示音色。根據臨場的感受,納基維利小提琴音色高亢明亮,即使坐在演講廳的最後一排也能清楚聽見;而另一把1922年的義大利琴(演奏家自己的愛琴)則是低沈溫柔,兩把琴具有截然不同的個性。

至於17世紀的技藝怎麼失傳的呢?答案跟中國漆傳入歐洲有關。就在史特拉第瓦里晚年之時,歐洲人越來越風迷中國跟日本漆器,歐洲沒有亞洲的漆樹,但人們又喜歡亞洲漆的質感,仿造的酒精漆因而崛起取代了油性漆,油性漆造就的小提琴自然絕種。一項特殊的工藝,因為當代流行文化的變遷而改變了形貌。恐怕是當初歐洲人沒有想過的事。

同場加映:下面這個影片是演講結束後,有聽眾興致勃勃地跑過來試琴。哪裡來的這麼厲害的聽眾!?其實這位是國家交響樂團的第二小提琴手啦。(7/9更新:之前誤植為愛樂第二小提琴手,特此更正)

延伸閱讀:納基維利教授的小提琴小提琴物理結構介紹(呂秀鈺博士音樂學網站)

附註:兩段影片是用一般家用可錄影相機側錄的,畫面解析度稍低。但收音效果沒有太大出入喔!請點選播放聽看看。

文章最後更新時間:2010年07月09日

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30 thoughts on “【音樂科學】聽聽看!用科學方法重現史特拉第瓦里小提琴的音色

  • 2010 年 07 月 08 日 at 23:10:39
    Permalink

    有朋友看了影片以後跟我說,這琴聽起來很棒,「那位樂團提琴手應該一回家就上網去訂了吧?」
    以及,身穿襯衫年紀很輕的戴博士在第一段影片裡有出現數秒喔。XD

    Reply
  • 2010 年 07 月 08 日 at 23:32:01
    Permalink

    如果這類琴大量生產的話,不知道會不會影響到歷史銘琴的價值?

    Reply
  • 2010 年 07 月 09 日 at 11:10:53
    Permalink

    這種琴一年只能手工製做8把,光是木頭的處理與上漆就要等六個月,上網是買不到的,好的琴都是本人去試琴去購買。Stradivari的工作坊當初可以年產二十幾把小提琴,算起來比較像是大量生產(他有一個合夥人Bergonzi和兩個兒子當助手,有沒有其他學徒還要查一下)。

    Reply
  • 2010 年 07 月 09 日 at 13:54:16
    Permalink

    戴博士 您若有看到網路上已有這麼多的 Nagyvary 負面意見 為何不也就那方面做些功課 便再向他買琴不遲 您玩琴的時間還短 若持續再玩個幾年您會了解我話中函意

    Reply
    • 2010 年 07 月 09 日 at 16:16:35
      Permalink

      請大家理性討論,注意禮貌喔。

      樂器的好壞也是藝術鑑賞一環,不是網路上公投可以決定的。您覺得呢?

      CASE PRESS板僕 敬啟

      Reply
  • 2010 年 07 月 09 日 at 17:28:07
    Permalink

    Taisio說的一點都不錯,網路上關於他的負面評論很多,假如去maestronet.com,就可以找到。根據我的了解,從1982年左右,到2007的25年間,美國小提琴協會基本上都與Nagyvary劃清界線,並不接受他的看法。藉由我在VSA Papers發表的論文,還有在maestronet上面說明他的研究,才改變了這個局面。等到下一期的VSA Papers出刊,大家就會看到美國小提琴協會邀請Nagyvary寫的文章(還有我的文章),總結他自己四十年的研究成果,而且這都是經過多名外部專家審核的。VSA Papers的總編輯本身是退休的科學家,是Optical Society of America的fellow,他也是讀了我的論文之後才決定向Nagyvary邀稿。請再去看maestronet,是不是2009以後就很少人批評Nagyvary,這是因為我幫助了很多人了解他的研究貢獻。

    Reply
    • 2010 年 07 月 13 日 at 13:04:44
      Permalink

      Hi Bruce:
      If you remove the varnish of a violin you will find that it is less than 10% of the total weight of a violin. If you varnish a violin the time needed would be less than 10% of the wood working of a violin. So do you really believe that the varnish is so important to the sound of a violin ? NOt to say that the 18th century Cremonese violins have gone 300 years of evolution there have been so many other factors get involved.

      Reply
  • 2010 年 07 月 10 日 at 01:45:50
    Permalink

    Listened her playing, I like the second violin's sound quality better which is during 3'40" to 5'.

    Reply
  • 2010 年 07 月 10 日 at 11:10:12
    Permalink

    每個人的評斷當然都會有所差異,但我想時間自然會去淘汰不受喜愛的聲音,這卻也是不爭的事實;第一把琴很難想像是四年前製作的,琴聲渾厚飽滿類似中提琴,然而到高音域仍然有著一定質量的聲音並非普通的琴所能做到的~

    Reply
  • 2010 年 07 月 10 日 at 11:13:42
    Permalink

    http://life.fhl.net/Music/july2007/2_1.htm
    今早我太太不知從哪裡翻出了這兩篇文章在讀,文章留在我電腦上,我就順便讀了一下。

    如果我們的布落格有讀者貢獻這種對科學文化的深入剖析,不管是從藝術、樂器、漫畫、超級英雄...,那就酷斃了。

    Reply
  • 2010 年 07 月 12 日 at 23:46:07
    Permalink

    "戴博士 您若有看到網路上已有這麼多的 Nagyvary 負面意見 為何不也就那方面做些功課 便再向他買琴不遲 您玩琴的時間還短 若持續再玩個幾年您會了解我話中函意
    "
    請問 戴博士 的稱呼 有不禮貌之處嗎 ? 提供善意的建議有不理性嗎?
    我個人對nagyvary 甚至這把琴 也沒放任何批評 不知您如此反應是基於何種邏輯

    恭候指教

    Reply
  • 2010 年 07 月 12 日 at 23:55:48
    Permalink

    補充說明 "Nagyvary 負面意見"是從戴博士的部落格得知的 並非蔽人批評

    Reply
  • 2010 年 07 月 13 日 at 11:43:13
    Permalink

    請問 戴博士 的稱呼有不禮貌嗎
    善意的建議是不理性嗎
    我並未對 Nagyvary 有任何批評
    負面意見 之說得自 戴博士 部落格

    說不過人 您不敢回答?
    趕快刪除

    您這說法動作 不只是不禮貌了 不是嗎

    Reply
    • 2010 年 07 月 13 日 at 12:10:57
      Permalink

      因為您的留言似乎前後矛盾了(一開始您質疑是否知道網路上的評價,而現在您又改口說是從戴博士網站上看來的,實在不瞭解您想表達什麼),為了維持本站秩序,所以幫您移除。

      您的回應是否符合網路禮儀,與您是否用了尊稱無關。而是與您的回應脈絡有關。您可以就事論事地討論,但切勿針對「個人」發言。以免流於筆戰。

      此外,本網站為台大科學教育發展中心之部落格,性質上屬於廣義的科學(包括人文與自然科學)討論站台,若您對音樂鑑賞有個人之見解,建議您可以移駕至適合的版面,如音樂、樂器討論區。

      造成不便之處,還請見諒。從今開始我會嚴格執行規範,禁止任何人身攻擊之言論。

      CASE PRESS 板僕 敬啟

      Reply
  • 2010 年 07 月 13 日 at 12:01:57
    Permalink

    我剛才得知這是個學術單位的網站 如此不能接納不同建議聲音嗎? 若只能一言堂 那還能談什麼學術? 動不動用不禮貌的大帽子 要不就粗魯刪除 網路禮貌在哪
    ?

    Reply
  • 2010 年 07 月 13 日 at 12:15:13
    Permalink

    敬告所有使用者:

    刪除不適合本站的留言前,我會先信件通知。並將留言備份檔案發回給使用者保存。但無法通知到留下非真實資料的人(因為信箱不存在)。

    本站歡迎公開討論,但仍有自己的留言規範。造成不便敬請瞭解!

    CASE PRESS 板僕 2010/07/13 公告

    Reply
  • 2010 年 07 月 13 日 at 12:33:21
    Permalink

    我在這裡給戴博士建議 是找錯地方 一時不察 這我贊同
    但請您再仔細看看我的 文意 "您若有看到網路上已有這麼多的 Nagyvary 負面意見" --若你的語言邏輯沒問題 應可看出我自其部落格內得知訊息的說法 --並沒有說不過去之處 我也沒說謊不然你去他的部落格看看
    我只善意提醒 任何事情的另一面 給尚年輕的提琴愛好者參考
    何謂人身攻擊 ? 把一些事實點出 就叫人身攻擊 ? 這是甚麼學術邏輯?
    再點醒你 我並未對Nagyvary 先生有任何 批評 更遑論人身攻擊

    只能接受說好聽的 不然就叫人身攻擊? 你可以提醒我 不要在這提到戴博士 這我接受 但你粗魯的稱人 不禮貌 不理性 且無法回應就刪除 這本身就是極不禮貌的行為

    Reply
    • 2010 年 07 月 13 日 at 12:47:00
      Permalink

      按照您的需求,我將您的留言回復到版面上,也可讓其他使用者瞭解您究竟說了什麼。

      另外本站的網路使用規範還是會被嚴格執行,請勿留下與本站無關的留言,違者將一律移除。

      CASE PRESS 板僕 敬啟

      Reply
  • 2010 年 07 月 13 日 at 13:07:47
    Permalink

    謝謝您 若有得罪處 請見諒 還是 再次強調 我的出發是善意 非為筆戰

    Reply
  • 2010 年 07 月 13 日 at 14:00:35
    Permalink

    看了看相關的論壇

    只能說,鄉民無國界,跳針無貴賤,而嘴炮更是恆久遠

    像是violinist.com的鄉民在2007年前說Nagyvary的琴很差,甚至不如廉價的入門級中國小提琴,說Nagyvary先生不懂小提琴,指稱他的琴只是中國製便宜粗胚琴身漆上一些“fancy varnish”(其實據Nagyvary先生說是用電腦切割的),批評報導他的琴的記者沒水準,說他只是想紅想撈錢

    然後現在他們都噤聲了,好奇怪喔

    當然也不是沒有人持客觀態度看待,只不過,似乎總有人會搞錯焦點,一個科學家只是對小提琴有熱情,賣的琴只不過別人零頭而且只是想讓大家知道他的研究成果罷了,卻要一直被人責難,令人心寒啊

    為什麼不花些時間看看別人的credit呢?
    只會成天懷疑他人而不看科學性的論述,我想這並不是這個網站的初衷吧

    Reply
  • 2010 年 07 月 13 日 at 18:35:05
    Permalink

    批評是科學家血液中的本質,批評的方式主要是靠評論,既然要論就要有說明與引論和引據,這是遊戲規則。許多鄉民的發表方式在專業期刊上是不會被接受的。這也是我們的部落格不僅有板僕,還有編輯的原因。

    話說回來,看看啟蒙運動時如伏爾泰那些人的批評,也夠嗆的。

    Reply
  • 2010 年 07 月 18 日 at 21:19:29
    Permalink

    只是,在傳統觀念裡,名琴之所以如此昂貴,除了聲音,還是在於它的歷史背景及文化上的價值(加上琴商、收藏家和市場供需炒作),才會讓琴價不斷上升。音樂家們多半是買不起這些名琴的,所以他們會找可以用的琴(所謂的可以用,是指聲音好又有穿透力的"獨奏琴",工藝水準和是不是古代大師的作品他們不是這麼在意,當然,這些製琴師的工藝還是很強,只是他們多半是複製名琴為主,鮮少有自己的風格)

    光是這一年,類似的科學發表(提琴的秘密來自於漆甚至是真菌說),這好像已經是第三篇了。如果只用厚度去看琴板和漆的差別,很難想像漆對琴聲會有大的影響,新琴的面板的範圍厚度在2.5~3.2mm,背板的厚度在2.5~4.5mm,但是漆的厚度有多少?大概是0.1~0.3mm吧。我想重點不在漆的本身,而是上漆之前,對木頭做了何種處理,使得面板和背板在完成之前就已經成為容易震動、發聲的振動體,再加上正確的作法,使琴板的特性完全發揮出來。

    "時間"(長時間的演奏)和"工藝"只是名琴之所以成為名琴的因素之二,"材料的特性"和琴板的弧度、厚度分布對琴聲的影響比外表所見的要大的太多了。有越來越多的證據和研究顯示,Stradivari在上漆之前,已經對材料做了預處理,也就是在琴完成之前,木頭就已經被"人工老化"過了(我去年參加一個研討會,其中一個主講者專門研究樹輪年代學,也提出Stradivari使用的木頭,不如以往所認為的存放更久),當代的製琴家也是使用人工老化的方式,整個改變材料的特性才能讓新琴就有老琴的聲音。

    有興趣的話,可以找找幾位製琴家的琴,他們都是現在這各領域的佼佼者Samuel Zygmuntowicz、Joseph Curtin、Peter Greiner、Roger Hargrave他們的共通點都是屬於科學製琴一派,長期和音樂家合作,身邊就有名琴隨時可供研究,專門做複製琴,很少用自己的模子,顧客也都是演奏家。

    有些人說,這些人的琴會有這麼好的聲音,是因為把面板做薄了,所以不用很多年,這些琴的聲音很快就不行了。不過,琴板薄的琴,就算音量大,聲音也會空洞、不集中,不太可能成為獨奏琴,而且通常會說這種話的是琴商居多。
    即便他們的琴聲真的只有剛做好的前十年最好,對演奏家而言也足夠了,一是名琴太貴、二是名琴年代久遠,狀態不見得每把都好。如果要花個一億去買名琴,那演奏家應該會考慮花一百多萬買一把聲音不相上下的新琴。

    這個討論串就談到我上述幾位製琴家,有興趣的人可以看看。
    http://bbs.cnstrad.com/thread-22141-1-4.html

    隨著當代新名琴的產生,如何定位這些古代的名琴是值得思考的問題,是因為當代利用科學的輔助能做出類似名琴的新琴,所以名琴不再高貴了;
    還是正因為古代的製琴家能在那種缺乏科學儀器的條件下,用簡單的工具,做出今日的名琴,才更顯出他們的價值?

    Reply
    • 2010 年 07 月 18 日 at 22:59:40
      Permalink

      介紹一下,這位是PTT小提琴板(Violin)板主,據說正在海外學製琴。:)

      Reply
  • 2010 年 07 月 18 日 at 22:30:41
    Permalink

    所以經濟價值、文化價值、音樂價值並立,確未必等值,還可能加上傳奇或運氣,再次證明社會問題之複雜非科學所能望其項背。

    Reply
  • 2010 年 07 月 20 日 at 15:50:16
    Permalink

    Roger Hargrave自己在maestronet.com上貼文說,他開始在漆裡加了礦物粉末後,聲音就好很多。據說70年代就不少現代製琴家開始用這招,只是到現在科學家言之鑿鑿了,很多人也都用了,包括業餘的,他們才會出來承認。據說60年代歐洲就有人用電子顯微鏡看過名琴塗漆了,只是沒講出來。在這領域很多都是據說,看你要相信誰,而且還不能說是誰說的。

    Reply
  • 2010 年 08 月 14 日 at 01:08:01
    Permalink

    Bruce 你好!!小弟對你的研究相當有興趣,請問如何與你連絡!!
    謝謝!!

    Reply
  • 2011 年 12 月 20 日 at 14:43:03
    Permalink

    拜讀科學月刊488期大作受益良多
    文中提大中國大漆用於小提琴製做
    本土製琴師蘇丁選已使用多年
    供您參考

    Reply
  • 2012 年 04 月 08 日 at 03:56:48
    Permalink

    比較起來, 馮小姐1922年的義大利琴音色變化比較多比較有趣, 你可以發現它對不同的bow pressure 會有不同的音色反映, 有陰沉, 有甜美, 也有活潑一面. 不同弦也有不同的音色, 在音樂上搭配得宜可以做出你想要的聲音.

    反觀, Nagyvary小提琴就像發燒級的音響一樣, 低音飽滿有力, 高音細膩, 對耳朵有很大的滿足感, 也許對一些大曲子而言效果會不錯, 但室內樂或獨奏曲大概就會稍嫌音樂性不足.

    另外, 我聽了蘇丁選提琴在YouTube上的示範, 其實還真不錯, 雖然演奏者不是什麼名師, 但琴卻能隨著他發出多樣化的聲音, 在音響和音樂上都有不錯的效果. 如果有心的話, 應該去弄一把來試試看. 價錢合理的話, 實在不用花那種冤枉錢去買義大利琴 (我本身有4把琴, 兩把義大利, 一把瑞典, 一把巴西, 花的錢超過百萬台幣, 得到只是如何鑑賞琴的經驗).

    Reply

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