三百年義大利名琴的秘密

斯特拉迪瓦里在1703年製作的小提琴。
圖片來源：Wikipedia

斯特拉迪瓦里琴（Stradivarius）指得是由安東尼奧‧斯特拉迪瓦里（Antonio Stradivari，1644 – 1737）在十七～十八世紀所製作的小提琴、中提琴、大提琴。由於音樂家們都認為斯特拉迪瓦里琴具有高音甜美、明亮且投射能力佳等優點，使得這些琴在製琴師辭世以後，價格水漲船高。目前在市面上，由斯特拉迪瓦里在1690-1700年製作的琴，少則數十萬、多則數百萬美金；若是在1700-1725年間，所謂的「黃金年代」製作的琴，價格都是百萬起跳！到底這些琴有多好，讓所有的音樂家如此迷戀？

難道斯特拉迪瓦里有什麼秘訣？或是，過去他在克雷莫納（Cremona）所使用的材料，現在已經找不到了嗎？好像也不是。以小提琴（violin）來說，前板是雲杉（spruce，Picea abies）、後板與琴頸是楓木（maple，Acer sp.），這些材料現在在歐洲都還找得到。過去也有許多製琴師製作了許多的琴，但是音樂家們都認為還是斯特拉迪瓦里琴最好（另一個音樂家們的心頭好是瓜奈里 Guarneri）。

這真是讓人不服氣，所以科學家們想盡辦法要了解到底為什麼，一樣是兩塊木板，為什麼別人的兩塊木板就不如他們的？

遠從1817年開始，就有人進行盲測，想了解究竟斯特拉迪瓦里琴是否真的「聽起來就是好」；但是，因為聽覺的短期記憶只有兩秒、而只聽一個音符其實也聽不出個所以然來，所以盲測總是沒有結論。試試看錄音吧？但是錄音的設備也會影響到聲音的品質，而所謂的「投射能力」--指在音樂廳的最後面還可以清清楚楚地聽到琴音--也沒辦法用物理學去解釋。過去在音樂廳裡的盲測，也一樣沒有結果。所以，到底這些名琴是不是真的好？為什麼好？沒有人知道。

最近，台大戴桓青老師的研究團隊，試著用其他的方法來找出這些名琴的秘密。他們用化學與物理的方法來分析斯特拉迪瓦里琴的背板（楓木）與現代楓木，想要了解木板中的纖維、纖維素的結晶狀態、木板的含水量、熱氧化特性（thermooxidative properties）以及無機鹽的含量等。

看起來很有趣吧？可是...等一下！這些測試，難道不會損毀這些珍貴的名琴嗎？怎麼可能有人願意把自己數百萬、甚至千萬美金的名琴拿來作這些測試呢？

別緊張！由於名琴也難免需要修理，歷年來的修補所取下來的木屑，並沒有被扔掉；這時，都成為珍貴的研究材料了。除此以外，有一把斯特拉迪瓦里琴在柏林空襲時毀於戰火，但琴頸仍在，且被奇美博物館好好地收藏著；為了研究，奇美館方也慷慨地將琴頸捐出。

戴老師的研究，有許多非常有趣的發現。首先他們以「交叉極化魔角旋轉」（CPMAS，cross-polarization magic angle spinning）分析發現，名琴中的半纖維素（hemicellulose，為存在於植物細胞壁中的雜聚合物）與木質素（lignin）的含量都變少了。尤其是半纖維素，與現代楓木比較起來，整整少了三分之一強（36.9±3.9%）。由於半纖維素在木材中會把木質素與纖維素連結在一起、也會影響到木材的吸水能力，三百年來它整整少了三分之一，對這些名琴會產生什麼樣的影響呢？

由於半纖維素是木材中主要吸水的分子，半纖維素的減少也反映在在木板的含水量上。以加熱分析發現，名琴的楓木的濕氣，比現代楓木少了四分之一！過去許多製琴師都發現，濕氣少的木頭用來製琴，聲音會比較明亮，這應該也是為何斯特拉迪瓦里琴的聲音向來有「甜美、明亮」的評語。

那些半纖維素去哪裡了？由CPMAS分析發現，應該是已經被分解了。有意思的是，在加熱分析上，研究團隊發現，斯特拉迪瓦里小提琴比中提琴、大提琴多了一個波峰！研究團隊認為，這個波峰是因為纖維素與木質素分離的結果，但為什麼中提琴、大提琴沒有呢？可能是因為小提琴較常被使用，重複的震動讓纖維素與木質素分開了。

更有趣的是無機鹽的含量分析。研究團隊發現，斯特拉迪瓦里可能有將木材進行過特別的處理，因為在名琴的楓木中發現了鋁、銅、鈣、鉀、鈉、鋅這些元素。由於鋁與鈣可以和木材中的纖維產生連結（crosslink），這是否就是一些音樂家們提到的，名琴「比較有彈性」的來源呢？到底這些元素是如何進入木材的？為什麼斯特拉迪瓦里要處理這些木材呢？有可能是為了防蟲而將木材浸泡於鹽類溶液中，過去發現斯特拉迪瓦里琴真的比較不容易被蟲蛀；也有可能是進行所謂的「樹液置換」（將木材倒掛使維管束內的液體流出）。雖然以鹽類浸泡木材來進行防腐在以前的義大利是常常進行的事，但查閱過去的文獻也只提到明礬或其他成分相當簡單的鹽類。如斯特拉迪瓦里琴的木材含有這麼多不同的無機鹽，實在也頗為罕見。雖然過去有科學家們想要找到斯特拉迪瓦里是否有「秘方」，但很可惜的是，那個年代的工匠，多半都是十一、二歲就開始拜師學藝，所受的正式教育極為有限。他們查遍了許多斯特拉迪瓦里的書信，試圖找出可能的偏方，但是他連寫給顧客的信都錯字連篇，想來處理木材的工序，可能只存在在他的大腦裡吧。

這些名琴，除了其中兩把，其它都被音樂家小心的使用著。但是，正如前面提到，這個研究之所以能進行，是因為名琴還是會損壞、需要維修；所以，到底這些古琴能用多久呢？目前存世的古樂器，除了斯特拉迪瓦里琴以外，還有十六世紀中葉由阿馬蒂（Andrea Amati，1505-1577）所製作的琴，以及唐朝（公元八世紀）的琵琶。不論是阿馬蒂的琴、或是唐朝的琵琶，都已經不能發出「明亮」的聲音了，而只有溫潤的音調。這是否意味著，再過一、兩百年，斯特拉迪瓦里琴也無法再發出它那著名的「甜美、明亮」的聲音呢？或許在此時對這些名琴進行更多的研究，可以讓我們更了解斯特拉迪瓦里製琴的技術，從而可以由現代人的手上，再現斯特拉迪瓦里的工藝呢？

另外，筆者在查閱相關的資料時，發現一個很有意思的研究。在2008年有人以兩種木腐菌（透明變色臥孔菌 Physisporinus vitreus P. Karst 與長柄炭角菌 Xylaria longipes Nitschke）腐蝕過的雲杉和梧桐製作小提琴，並進行盲測；結果發現大部分的聽眾都以為用真菌腐蝕過的木材製作的小提琴才是斯特拉迪瓦里！為什麼這個研究團隊會想到用木腐菌來處理這些木材呢？原來在1645-1715年，正好是所謂的「蒙德極小期」（Maunder Minimum）--這段時間太陽黑子極少、地球處於小冰河期，歐洲氣候寒冷多雨，造成樹木的年輪極窄且容易被真菌感染。因此，他們決定將木材先泡在1%的麥芽溶液中，直到木材的濕度來到飽和（28%）後，再以木腐菌處理木材20週。沒想到這樣的木材製作的小提琴，竟然得到了半數參與者（90名）同意它應該是斯特拉迪瓦里，而真正的斯特拉迪瓦里卻只得到39票！當然，以木腐菌處理木材要極為小心，如果太久，整個木材就分解、無用了。這個研究另外讓筆者注意到的是：這段時間的木材年輪特別窄，是否這樣的木材也會有不同的特性呢？而在戴老師的文章中也提到，目前用以製琴的木材會放置3-10年甚至更久來乾燥，不知道過去是否也會放置那麼久，而以當時處在寒冷多雨的狀況，或許這些木材也受到不同程度的木腐菌的作用？如果真的是因為氣候影響造成，大約只能說斯特拉迪瓦里也真的是「天時、地利、人和」的傑作吧！

最後，背板其實只影響小提琴30%的聲音，另外70%是由前板的雲杉提供的。所以，戴老師對於背板的研究，其實只是這個系列研究的開端，未來我們將拭目以待前板的研究成果，有朝一日或可重現斯特拉迪瓦里的工藝呢！

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參考文獻：

Wikipedia. Stradivarius.

Hwan-Ching Tai et. al. Chemical distinctions between Stradivari’s maple and modern tonewood. 2016. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. doi: 10.1073/pnas.1611253114

Fungus-treated Violin Outdoes Stradivarius. Science Daily.

Francis W. M. R. Schwarze, Melanie Spycher, Siegfried Fink. Superior wood for violins – wood decay fungi as a substitute for cold climate. 28 June 2008.New Phytologist. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2008.02524.x