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现代技术在提琴研究中的应用

“长期以来,提琴的研究工作有两个主要方向——通过研究提琴的过去,考证提琴的历史和古代提琴制作家使用过的制作方法,目的是能重现昔日古典提琴的光辉;或是使用现代科学的研究方法,寻找提琴声音的奥秘和规律,目的是改进现有和未来提琴的声学演奏性能。由于在中国国内缺乏可用于研究的古典提琴样本和历史资料,我们把更多的注意力放到研究提琴发音的机理及规律,并寻找改进现代提琴声音的方法。”

现代技术在提琴研究中的应用
无论对艺术家还是对科学家来说,提琴是一种富有魅力而多少带点神秘色彩的乐器。300多年前,意大利天才的阿玛蒂,瓜纳里,斯特拉地瓦里制琴家族,把提琴推上了乐器之王的宝座。从那以后,曾有许多制作家,科学家和热爱提琴的人们都梦想着要赶上和超越他们的前人,制造出比他们更好的乐器来。有许多次,人们报告说他们找到了斯特拉地瓦里的秘密,制成了“像他一样好的乐器”,但是这些发现和乐器,在时间的长河里都消失得无影无踪了。古典意大利提琴的秘密,依然是一个迷,留待我们和我们的后代去探索。

在科学技术高度发展的今天,人们又重新燃起了使用现代测试手段来揭开意大利提琴秘密的希望。下面就对目前各方面对提琴的研究和取得的进展作些简略的介绍。

01.对提琴木材理性化性能的研究

对提琴木材理性化性能的研究主要是对古旧木材的综合研究,包括它的储存期的性能变化,吸湿性能,声发射性能等等。一般认为古旧木材在潮湿条件下吸水率降低,大约稳定在10%左右,对空气的温湿度的相关度不显著,声发射性能改善,水萃取物,醇苯萃取物明显增加,全纤维素,α纤维素降低,β聚糖和木质素的变化则很少。扬氏弹性模量和压电模量在300年内逐渐增加,以后随年份增加而减少。

根据以上的研究结果,现已试用各种人工老化和处理的手段来改变木材的声学品质性能应用的方法有:热处理、酸处理、发酵处理、氨化处理、氧化处理、光处理、微波处理等等,主要是加速木材的老化。

02.对提琴塗料的研究

提琴涂料和油漆被称为最重要的“意大利的秘密”,往往一把古意大利琴失去了油漆就会失去它原有的灿烂音色。提琴的油漆除了一般的油漆所具有的装饰和保护性能之外,还能吸收高频率的噪声(6—12KHz),对提琴的声音至关重要。在提琴油漆中处于木材表面和外表油漆之间的一层涂料被称为“底漆”的漆层,实际上可以认为是一种木材处理剂,对于木材有增强、防潮、防腐的作用。对于涂料的研究,目前使用一般有机化学分析技术,色谱分析技术和红外微光谱技术、光学偏振显微术,电子显微探针和扫描显微术(SEM)最近还使用了一种先进的能量分散X光分光法(EDAX)技术。这些技术被用以研究古琴上的涂料的组成成份和重新复制这些成份和涂料的可能性。据剑桥大学研究组用EDAX方法测试报告,古意大利提琴的油漆中含有铝、硅、磷、硫、钾、钙、钛、铁和锰,另一份来自美国俄亥俄州的Michelman的报告提出意大利油漆中含有大量的钙。Michelman认为古意大利提琴的表面油漆和底层涂料的配方是不一样的,由于含有大量钙,他认为这些油漆的主要成份是松香酸钙和茜草,目前在试验中被用以处理木材的涂料有:茜草——松香钙皂涂料、硅酸盐涂料、几丁质涂料和一般常用的天然树脂涂料、干性油涂料。

03.对提琴结构的研究

对提琴结构的研究主要是根据提琴琴体即要承受来自弦的很大的张力和压力,又要能进行充分振动的特点,研究其结构可能对音响产生的变化和受力后的变形情况。研究提琴的材料,弧度设计和厚度分布之间的配合关系,用以提琴制作工艺。研究的手段主要是对材料的理化性能的测试,对成琴和音板的机械式测试,研究弧度和变形情况的光技术和地理照相技术等等。

04.对提琴声学品质的研究

对提琴声学品质的研究主要是通过对古提琴的声学品质和振动状态的研究和记录对提琴音质评价的客观数据,用以指导和改善现代提琴制作工作,比较有代表性的有:1930年(Erwin Meyer)E.麦涅尔和H.伯克豪斯(C Herman Backhans)提出的在人工激发的条件下测定一只提琴的辐射声级与频率的关系,并用曲线记录下来。同时代的还有美国的F.A桑德斯(Frederick A.Saunders)和意大利的巴斯瓜里尼(G Pasgualini)都使用频谱分析和记录频率响应曲线的方法来研究提琴的音响。50年代起C.M哈金斯(Carlecn M.Hutchins)用声激振的方法研究琴板的振动和振动模式,R.L保威尔(R.L.Powell).和K.A斯坦特松(K.A.Stetsor)在1965年起使用激光全息摄影研究提琴的振动,这个方法后来被广泛地在提琴研究的范围内使用,近年来在这方面比较有成就的科学家还有P.贝尔第也(L.Crewer)但是至今为止这方面的研究只能部分的记录,了解提琴的振动状况和材料,结构与声音之间的关系,与直接用以指导制琴工作尚有距离。

05.对提琴的修复和鉴定方面的研究

提琴的修复和古提琴的鉴定技术,也是在近年来发展的比较快的,在鉴定方面,主要是通过化学分析手段,显微检测手段和利用紫外线检测手段来帮助凭主观经验鉴定的鉴定家做出正确的判断,在修复方面,则使用了许多综合的方法,比如用X光检测木材被蛀的情况并用射线照射的办法杀死蛀虫和它们的卵。用窥视照相技术拍摄琴体内部的照片,用地理照相的办法记录提琴的外形和弧面,为将来进一步修复提供原始的根据等等。

“小提琴是一座文化和科学的大迷宫,在这座迷宫里有许许多多秘密,有待我们去探索。”

《现代技术在提琴制作研究上的应用》是我在1993年12月在北京大学《全国首届音乐声学、音乐心理学研讨会》上发表的两篇论文中的一篇。在那次研讨会上我认识了北大物理系主任甘子钊、南京大学包紫薇教授、中国舞台科学技术研究所所长王湘教授等音乐声学方面的权威,受益匪浅。

1988年回国后,在我父亲的帮助下开始了对提琴制作资料文献的调查和收集。当时还没有互联网,也很少使用电脑,所以,收集资料的三大来源为图书馆,专利局和科技情报所。通查了中、英、德、日、法、意六种文字的资料,获得了近400篇论文、专利及报道,并将其中一些重要的文章译成了中文,根据调研总结报告编写成这篇论文。

通过资料调研使我们对国际提琴制作领域的研究工作的历史和现状有了一定程度的了解,从而奠定了开展研究工作的基础,确定了我们自己的研究方向及基本路线。印象很深的是当时收集的资料摞起来有一米多高,如果是现在,在百度和谷歌引擎上一键搜索就可以得到上百篇的资料,用一个U盘就能把这些资料全部装下。

30多年过去了,现代技术在提琴制作领域又有了许多新的应用,如CT扫描技术、3D打印技术、年轮学的应用、木材复合处理、振动模态分析等等。今天的信息化和电脑的运用已经大大提高了工作的效率,但了解前人做过的工作,在他们研究的基础上创新,仍是开展我们自己研究工作最好的捷径。

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