0

0
0

文字

分享

0
0
0

能做好提琴的就是好木頭

科景_96
・2011/02/10 ・968字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 498 ・六年級

Original publish date:Apr 15, 2007

編輯 John C. H. Chen 報導

 

科學家發現,頂級提琴師傅對於分辨哪些木板可以用來做好提琴上,判斷的標準大部分是建立在木板的外觀上,而並不一定是能夠發出好聲的木板。

對於提琴製造者而言,挑出一塊適合製琴的木板可以說是要製作一把好琴的第一步。對一把小提琴而言,琴的各部位通常使用的木頭材質都不一樣。例如花梨木及黑檀木常被用來製作指板;楓木拿來作琴馬(bridge);雲杉木則常拿來製作響板(soundboard)。響板主要的功能是增強弦的共鳴,對決定小提琴的音色具有決定性的因素。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

奧地利University of Natural Resources and Applied Life Sciences的Christoph Buksnowitz將84塊樂器製造級的挪威雲杉木(Norway spruce, Picea abies)切割成長40公分寬15公分的木板。接著他請15位奧地利的頂級製琴師傅來給這84塊木板打分數,看看哪些木板最適合拿來製作上等小提琴。接著他把這些木板帶回實驗室,利用科學儀器來測量木板的物理性質,例如硬度、密度、聲學性質等等。

老經驗的製琴師附鑑別木板大概不外乎觀察木板的紋理、色澤,接著便是用手敲敲木板來測試木板所發出的聲音。這些辨別方法需要長時間的經驗累積。但是跟實驗室中的儀器測試結果一比較,研究人員發現,製琴師傅在辨別木板的硬度、強度方面有很好的結果,但是他們選出來的木板卻往往不是具有最好聲學性質的木板。換句話說,製琴師傅基本上是靠木板的外貌在選木板的。不過這並不表示這些製琴師傅只在意這些膚淺的表面。因為事實上木板的紋路結構可以有效的透露出這塊木板的密度,進而影響到聲音的表現。

但是挑到一塊好木板只能是製造出好琴的第一步,後面還有許多細節會影響到最後這把琴的表現。例如切割木板的方式,切割的形狀等等。好的製作方法可以補足木板的不足進而讓這塊木頭起死回生。因此有些製琴師傅會自豪的說,給我一塊木板我就可以做出一把好琴來。但是對頂級的製琴師傅,例如STRADIVARI(註:STRADIVARI為世紀義大利製琴名家,現存由他們所做的小提琴平均每把價格均在百萬美金以上)這種製琴技術已到頂峰的小提琴而言,木板的材質便是使提琴聲音再提升的關鍵。

不過科學檢測可以客觀的判定木板的性質,但是製作一把小提琴並不只是靠各項冷冰冰的數字,而是靠製琴師傅的巧手來讓每塊木板能夠發出獨特的聲音,這才是小提琴迷人的地方。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

 

原始論文
The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 121, No. 4, pp. 2384–2395, April 2007

參考來源:

相關連結:

 

 

 

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
科景_96
426 篇文章 ・ 7 位粉絲
Sciscape成立於1999年4月,為一非營利的專業科學新聞網站。

0

2
1

文字

分享

0
2
1
ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

2

2
3

文字

分享

2
2
3
同樣都是「中央 DO」,為什麼我們能聽出是哪種樂器的聲音?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/08/15 ・1966字 ・閱讀時間約 4 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

平時,在學校和補習班時,如果朋友從背後呼喊你的名字,你通常不需要回頭,就可以知道是誰的聲音;而在聆聽音樂時,即使各種樂器的聲音混雜在一起,還是可以聽出如鋼琴、吉他、爵士鼓等不同樂器的音色。可是,為什麼我們能分辨出不同的人聲和樂器呢?想知道答案,就得先認識基音和泛音!

首先,讓我們看一段動畫。在這段動畫裡,主角阿棋出生在醫生世家,卻想成為一位厲害的電吉他手。他不斷練習、上台表演,也邀請家人一同前來欣賞搖滾樂演出。可是,阿棋的二哥聽完表演後,卻只覺得電吉他很吵。

「音樂關鍵字(Unlocking Music)」EP8:Rock Me 搖滾夢想。影/YouTube

基音與泛音

不管是鋼琴、吉他、爵士鼓,還是人聲,只要振動頻率相同,就能發出相同的音高,比如中央 DO 的頻率是 261.6Hz,也就是說,只要聲音每秒來回振動 261.6 次,就能準確發出中央 DO 的音高。但仔細想想,如果音高都一樣,所有聲音聽起來不就都一樣嗎?

沒錯!所以當我們聽見一個音,其實是聽見了很多不同頻率疊加而成的聲音,只是我們的大腦習慣將這些聲音理解成一個音。換句話說,當我們聽見樂器發出 DO 的音高,其實是同時聽見了代表音高的 「基音」261.6Hz,還有代表音色的「泛音」,也就是頻率 261.6Hz 以外的聲音。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

想進一步瞭解基音和泛音,就得從一根弦的振動開始說起。

一根弦的振動

首先,讓我們來看看一根弦有幾種振動模式。當我們撥動琴弦彈奏一顆音,在最簡單的情況下產生的振動會呈現如圖一 1×f 的波形。假設這顆音是中央 DO,那麼這個波形就會每秒來回振動 261.6 次。

然而,一條弦並不會只有一種振動模式,有可能是圖中 2×f 的波形。在這種情況下,頻率就會變成兩倍,也就是每秒來回振動 2×261.6 次,變成高八度的中央 DO。除此之外,振動方式也有可能是圖中 3×f 或 4×f 的波形,變成高一個完全八度再加一個完全五度,或兩個八度的中央 DO。

按照相同的邏輯,一根弦可以有 n 種振動模式,產生 n×f 的波形和 n 種八度音高。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
一根弦的振動模式。圖/Wikipedia

現在,我們知道了振動模式、波形和音高之間的關係,可是實際上,弦的振動模式非常複雜,是所有振動模式混合而成。因此,在彈奏中央 DO 時,琴弦除了產生 261.6Hz 的頻率,同時也會產生 2×261.6Hz、3×261.6Hz、4×261.6Hz,以及所有整數倍頻率的聲音,而最低頻率的聲音(261.6Hz)就是「基音」,也就是大腦所認知的音高,其餘頻率則統稱為「泛音」,主要影響聲音的音色。

以小提琴和鋼琴為例,即使彈奏同一顆音,波形仍然不同,就是因為不同樂器發出的泛音強弱不同,改變了我們聽見的音色。這就是我們能夠分辨不同樂器聲音的原因。

小提琴和鋼琴的波形不同,是因為泛音(音色)不同。圖/馬爺爺

聲譜圖

現在,試試用一聲讀出注音「ㄚ、ㄝ、ㄧ、ㄛ、ㄨ、ㄩ」,你就會發現,即使音高一樣,卻還是能聽出差別,原因就在於它們的泛音(音色)不同。透過電腦軟體,我們可以將人聲轉換成「聲譜圖」,進一步解析泛音的區別,如圖三。

圖三的縱軸是頻率,橫軸是時間。水平線條是聲音能量的強度,顏色越深表示能量越強、聲音越大。每個音各有泛音較強以及較弱的頻率範圍,比如「ㄚ」在 500 至 700Hz 左右的泛音線顏色很深,表示聲音較強,但「ㄧ」和「ㄩ」就相對微弱,構成獨特的音色。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
「ㄚ、ㄝ、ㄧ、ㄛ、ㄨ、ㄩ」的聲譜圖。圖/科學發展

日常生活中的泛音

從上述說明,我們發現不只是樂器,就連人聲有不同的音色,也同樣是因為泛音不同。最後,讓我們回到文章開頭,看看阿棋的二哥為什麼覺得電吉他很吵。

影片提到,搖滾樂表演的電吉他音色,之所以聽起來很特別,正是因為電吉他手善用推弦技巧,增加泛音的「雜質」。假設基音頻率為 1,那麼除了整數倍頻率的泛音以外,推弦後可能會出現 1.9、2.1 等非整數倍頻率的雜質,讓搖滾樂聽起來雖吵,卻也更有靈魂、更有渲染力!

  1. 音樂與泛音
  2. 一次搞懂「泛音列」!
  3. Harmonic series (music) – Wikipedia
  4. 馬爺爺 23:漫談聲音
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
所有討論 2

0

0
0

文字

分享

0
0
0
能做好提琴的就是好木頭
科景_96
・2011/02/10 ・968字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 498 ・六年級

Original publish date:Apr 15, 2007

編輯 John C. H. Chen 報導

 

科學家發現,頂級提琴師傅對於分辨哪些木板可以用來做好提琴上,判斷的標準大部分是建立在木板的外觀上,而並不一定是能夠發出好聲的木板。

對於提琴製造者而言,挑出一塊適合製琴的木板可以說是要製作一把好琴的第一步。對一把小提琴而言,琴的各部位通常使用的木頭材質都不一樣。例如花梨木及黑檀木常被用來製作指板;楓木拿來作琴馬(bridge);雲杉木則常拿來製作響板(soundboard)。響板主要的功能是增強弦的共鳴,對決定小提琴的音色具有決定性的因素。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

奧地利University of Natural Resources and Applied Life Sciences的Christoph Buksnowitz將84塊樂器製造級的挪威雲杉木(Norway spruce, Picea abies)切割成長40公分寬15公分的木板。接著他請15位奧地利的頂級製琴師傅來給這84塊木板打分數,看看哪些木板最適合拿來製作上等小提琴。接著他把這些木板帶回實驗室,利用科學儀器來測量木板的物理性質,例如硬度、密度、聲學性質等等。

老經驗的製琴師附鑑別木板大概不外乎觀察木板的紋理、色澤,接著便是用手敲敲木板來測試木板所發出的聲音。這些辨別方法需要長時間的經驗累積。但是跟實驗室中的儀器測試結果一比較,研究人員發現,製琴師傅在辨別木板的硬度、強度方面有很好的結果,但是他們選出來的木板卻往往不是具有最好聲學性質的木板。換句話說,製琴師傅基本上是靠木板的外貌在選木板的。不過這並不表示這些製琴師傅只在意這些膚淺的表面。因為事實上木板的紋路結構可以有效的透露出這塊木板的密度,進而影響到聲音的表現。

但是挑到一塊好木板只能是製造出好琴的第一步,後面還有許多細節會影響到最後這把琴的表現。例如切割木板的方式,切割的形狀等等。好的製作方法可以補足木板的不足進而讓這塊木頭起死回生。因此有些製琴師傅會自豪的說,給我一塊木板我就可以做出一把好琴來。但是對頂級的製琴師傅,例如STRADIVARI(註:STRADIVARI為世紀義大利製琴名家,現存由他們所做的小提琴平均每把價格均在百萬美金以上)這種製琴技術已到頂峰的小提琴而言,木板的材質便是使提琴聲音再提升的關鍵。

不過科學檢測可以客觀的判定木板的性質,但是製作一把小提琴並不只是靠各項冷冰冰的數字,而是靠製琴師傅的巧手來讓每塊木板能夠發出獨特的聲音,這才是小提琴迷人的地方。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

 

原始論文
The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 121, No. 4, pp. 2384–2395, April 2007

參考來源:

相關連結:

 

 

 

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
科景_96
426 篇文章 ・ 7 位粉絲
Sciscape成立於1999年4月,為一非營利的專業科學新聞網站。

1

40
2

文字

分享

1
40
2
為什麼義大利名琴的音色難以複製?
科技大觀園_96
・2021/06/26 ・2165字 ・閱讀時間約 4 分鐘

戴桓青的研究發現,小提琴音色的秘密在於木材經過化學處理。圖/沈佩泠繪

戴桓青小時候學過幾年小提琴,但並不在行;在美國加州理工學院念博士班時,有位會拉小提琴的同學選擇以此為科普文章題目,發現很多名琴研究都是德州農工大學教授納吉瓦里 (Joseph Nagyvary) 所著,兩人決定利用耶誕假期前往拜訪,沒想到從此與小提琴研究締結不解之緣。戴桓青延續已退休的納吉瓦里針對小提琴木材的相關研究,分析名琴修復時留下的木屑,研判小提琴好聽的秘密,可能就存在小提琴的木材中。

名琴的音色秘密在木板?

戴桓青總共分析了八把史特拉底瓦里小提琴 (Stradivarius) 與二把耶穌.瓜奈里小提琴 (Guaneri del Gesù) 的木材,這兩類名琴在製琴界、演奏界皆以音色優美聞名。針對音色的定義,戴桓青表示:「聲音的屬性除了音高跟音量外,其他都叫做音色。音色很主觀,雖然科學家還不知道要怎麼去定義、分析音色,但演奏家對於音色上的共識認知是存在的,很少人會說其他琴比這兩種名琴好聽。」

戴桓青辦公室掛著名琴海報,左側為公認最完美的史特拉底瓦里小提琴。其名為 Messiah,產於 1716 年,保存於英國牛津阿什莫林博物館(Ashmolean Museum)。圖/文詠萱攝

世界上的木材上千萬種,而小提琴的木材萬中選一。前板得使用阿爾卑斯山南麓的雲杉,背板使用來自巴爾幹半島或是義大利平地的楓木。戴桓青針對木材解釋:「先前納吉瓦里教授分析這些名琴的光譜,發現這些製琴師應該不是直接使用天然木材,而是有經過處理,我們延續他的研究。過去針對這些名琴的研究,都是以研究幾何形狀為主,小提琴有很多曲線、細微的比例、木板不平均的厚度等,但大家模仿出來後,還是沒有辦法做到和這些名琴一樣的聲音,所以我們認為往材料的方向研究是正確的。」

製琴小鎮的配方對決

300 年前製琴師都在義大利北部的克里蒙納 (Cremona) 小鎮中製琴,「我們已經發表的論文,主要在分析這幾把名琴的背板楓木,發現木材確實有做過化學處理,但並不確定是由供應木材的供應商所處理,還是由製琴師處理。」

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

至於前板雲杉,戴桓青的研究尚未發表,但針對木材處理來源,交叉比對後發現,那些化學處理的痕跡,應為每位製琴師的秘密配方。「近期的研究發現,小提琴三大家族所做出來的琴,配方都很明顯不一樣,也都相當複雜,因此可以排除是由木材供應商處理的可能性。這也相當合理,因為克里蒙納人很少,製琴的人彼此會互相競爭,各自有各自的配方並不奇怪。」

研究人員於小提琴前板與背板刮取木屑,用於研究分析。圖/文詠萱攝

外型幾何容易模仿,但木材的化學處理就很難用肉眼看出來。「配方我們尚未解出來,製琴是一項工藝,順序也是很關鍵的一件事,配方有可能很複雜地先泡再洗掉,還要考慮溫度、pH 值、處理時間等,沒有辦法從現在的化學分析回推工序與配方。」戴桓青用食物當做各家配方的例子:「就像炸雞排,每家店的原料都差不多,但炸出來味道都不一樣,你不可能買一塊雞排回來分析,就知道他的工序。」

影響琴聲音的可能性

也有許多研究是針對名琴的塗漆,想知道漆對聲音的影響,或是模仿名琴塗漆,看看是否能複製出名琴的聲音。對此,戴桓青認為,「塗漆是一定有影響的,上不同的漆會有不同的差別。但研究名琴塗漆這麼多年,漸漸發現裡面的成分都是我們已知的,但就是沒辦法只透過模仿塗漆和模型,複製出名琴的聲音。」

桌上的大書為名琴塗料研究相關書籍,書中分析不同琴的表面塗漆。圖/文詠萱攝

世界上有許多木製的樂器,很少會聽到樂器放越久越好聽。「我問過很多專家,只有兩種樂器會放久了聲音變好聽,一種是中國古琴,另一種就是義大利小提琴。至於為什麼會有這個現象,目前還有沒人理解,需要更多的研究。而有些樂器本來設計就不是可以用很久的,例如古箏。」

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

關於小提琴纖維素分子研究,戴桓青團隊利用「同步輻射」小角度 X 光散射探照,發現琴的木頭纖維素是會重新排列的,「我們針對小提琴的木頭分析,發現纖維素分子之間本來有半纖維素把它們區隔開來,但隨著時間過去,半纖維素會自然分解,纖維素會重新排列。至於這件事對聲音的確切影響,目前還不是很清楚,只知道老的琴會有這樣的現象。」

針對這樣的研究,難免有人會懷疑這些名琴是不是真的比較好聽,畢竟這不是隨隨便便就可以聆聽現場演奏的珍品。戴桓青表示:「事實上,確實要近距離地聽很多把名琴來演奏,才能感受到他們的差異。可是通常一位演奏家表演或比賽,只會帶一兩把琴出門。若真的要做相關研究,首先盲測畢竟有其限制,且『音色』是人類很不了解的領域,很難用科學的方法去解釋和比較。」

戴桓青於實驗室介紹研究用樣本小提琴。圖/文詠萱攝
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
所有討論 1
科技大觀園_96
82 篇文章 ・ 1126 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。